水泥行業(yè)應(yīng)對煙氣脫硝的技術(shù)路線與措施

許小雷

（合肥中亞環(huán)保科技有限公司，安徽 合肥 230051）

1 脫硝關(guān)鍵

生產(chǎn)加工過程中排出煙氣NOX主要成分是NO，占據(jù)了總成分的95%并且難于和水相融。高價(jià)態(tài)的NO2和N2O5都可以溶于水，具有良好的溶解能力能夠減少污染物的排放。脫硝過程的效率關(guān)系著煙氣脫硝的轉(zhuǎn)化率。

國外學(xué)者在研究實(shí)驗(yàn)過程中將臭氧加入到NO 中發(fā)生氧化作用，在確保NO 的摩爾比在0.9 以上時(shí)使用NaOh 溶液吸收，最終將其轉(zhuǎn)化為N2，而對NOX的轉(zhuǎn)化率達(dá)到了96%以上，二氧化硫甚至達(dá)到了百分百去除率。

國內(nèi)學(xué)者將O3注入到煙氣中進(jìn)行脫硝，使用堿來對煙氣進(jìn)行清潔。經(jīng)過試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)NOX的脫除率和O3量的多少有關(guān)，當(dāng)O3注入量超過250ppm 則NOX的去除率在86%以上。通過這種方式甚至可以對NOX和SO2的去除率達(dá)到98%和百分百。

使用臭氧氧化技術(shù)能夠提高對NOX的去除效率，脫除范圍高達(dá)95%以上并且能夠在不同的氧化劑濃度下不影響效率，也不會(huì)出現(xiàn)泄漏影響環(huán)境和工作人員人身安全。此種技術(shù)的使用中二氧化硫和一氧化碳不會(huì)對去除NOX有影響，也不會(huì)對造成環(huán)境的污染。使用臭氧技術(shù)不僅在脫除NOX方面有良好的效果，同時(shí)對重金屬等有害物質(zhì)也有一定程度的去除能力[1]。

2 影響氧化反映的因素

一氧化碳和NO 之間的摩爾數(shù)比例以及發(fā)生反應(yīng)的時(shí)間時(shí)影響氧化的主要因素。根據(jù)我國相關(guān)調(diào)查研究表示NO 的氧化效率和一氧化碳的升高呈正比，當(dāng)一氧化碳含量不超過1 時(shí)脫硝率能夠達(dá)到86%。但是在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中受到外部環(huán)境和其他物質(zhì)的影響使得一氧化碳不能充分的和NO 反應(yīng)，因此為了保證脫硝效率需要增加摩爾比的數(shù)值。

經(jīng)過工作人員的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，臭氧在氣體中只要保持足夠時(shí)間的停留就可以完成氧化反應(yīng)。我國研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)根據(jù)臭氧的特性在150℃環(huán)境中臭氧的反映分解率不高，無法更好的和NO 反應(yīng)。利用臭氧氧化后的煙氣再通過水吸收尾氣時(shí)對二氧化硫和NO 的脫除效率雙雙達(dá)到了百分百和87%。

3 工程應(yīng)用和存在問題

美國的BOC 公司使用了低溫氧化技術(shù)并將其授權(quán)給了貝爾哥公司，更好的將NOX去除技術(shù)和EDV 濕式洗滌器相結(jié)合，大規(guī)模的投入在了美國石油加工廠當(dāng)中，用于脫除一氧化碳和顆粒等污染物，并且實(shí)現(xiàn)了良好的效果和經(jīng)濟(jì)效益。

此外貝爾哥公司將技術(shù)投資在我國的四川和上海石化公司的工業(yè)爐中，安裝了脫硝系統(tǒng)并計(jì)劃在第二年大批量的使用。能夠看出當(dāng)前市場對于保護(hù)生態(tài)和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的意向更加明顯，對脫硝的投入和研究也更加深入，氧化吸收技術(shù)在國內(nèi)還是國外都發(fā)展十分迅速。使用臭氧進(jìn)行脫硫脫硝在國外已經(jīng)有了成功的案例，但是在我國還處于試驗(yàn)階段，暫時(shí)還沒有水泥廠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

煙氣中的顆粒以及二氧化硫?qū)Τ粞鯐?huì)造成消耗，使得臭氧無法保存，在當(dāng)前技術(shù)的前提下將會(huì)對臭氧造成巨大的消耗。我國工廠如果要消耗1kg 的臭氧則需要十萬元的機(jī)器設(shè)備以及消耗12Kg 的液氮，需要大量的資金支持。如此大量的維護(hù)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用嚴(yán)重影響了該技術(shù)的應(yīng)用和投資，因此只能通過減少臭氧的消耗才能為臭氧脫硝創(chuàng)造發(fā)展空間[2]。

4 煙氣脫硝技術(shù)路線和措施

4.1 氧化＋半干式氨吸收法

杭州某公司使用氧化液和純氧結(jié)合了外國獨(dú)特的臭氧氧化技術(shù)深層次的對臭氧進(jìn)行氧化反應(yīng)。根據(jù)杭州公司的專利技術(shù)實(shí)行脫硝方案，在煙氣脫硝研究中已經(jīng)有了過年的研究。該公司使用的工藝路線為當(dāng)煙氣進(jìn)入到氧化器中，經(jīng)過氧化液和純氧以及少量臭氧將NO 轉(zhuǎn)化為NO2，之后再在反應(yīng)器中反應(yīng)。反應(yīng)器加入霧化的氨水進(jìn)一步吸收了二氧化硫和NOX，將不同形態(tài)的二氧化硫和NOX快速的進(jìn)行氣態(tài)和氣態(tài)之間的反映，配合氮?dú)庥行摮趸蚝蚇OX的最終目的。氧化器就是將氧化液、臭氧以及其他反應(yīng)物充分的融合和相互促進(jìn)，從而提高氧化的速度。氧化液主要由集中氧化性的液體合成，能夠?qū)O 氣體充分氧化，并實(shí)現(xiàn)降低煙氣反應(yīng)時(shí)的問題以及減少臭氧的消耗。如此一來用戶的生產(chǎn)成本和維護(hù)成本大幅度的降低。

4.2 實(shí)驗(yàn)調(diào)查研究

杭州某公司在煙氣處理實(shí)驗(yàn)中使用氧化液以及純氧進(jìn)行脫硝實(shí)驗(yàn)，并通過對半干式氨吸收方法進(jìn)行廢氣的收集和治理。通過收集的數(shù)據(jù)和內(nèi)容可以得出平均值：脫NO 效率已經(jīng)達(dá)到約79%，脫NOX達(dá)到約82%，脫SO2效率達(dá)到約90%，如果將純氧換成臭氧將會(huì)進(jìn)一步提高脫硝的效率并縮短環(huán)節(jié)。

4.3 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)勢

杭州某水泥公司經(jīng)過十多年的脫硫技術(shù)和項(xiàng)目的實(shí)踐中能夠發(fā)現(xiàn)半干式氨吸收法也能具有50%左右的脫硝效率，尤其是隨著我國對排放物提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，杭州公司對該技術(shù)進(jìn)行了更深入的探討?，F(xiàn)如今已經(jīng)在50MW燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組中完善了脫硝技術(shù)，并且使得脫硝率高達(dá)85%，脫硫率達(dá)到了96%。其優(yōu)勢有如下幾個(gè)點(diǎn)：

（1）運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用更低，只有SCR 法的一半不到，且不需要與其他設(shè)備結(jié)合使用，操作更加簡便和快捷。

（2）通過煙氣產(chǎn)生的剩余色量完成熱縮銨鹽，能夠有效減少固體化肥形成需要的熱量。

（3）同一塔內(nèi)進(jìn)行脫硝和脫硫，通過一個(gè)工程可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目的，綜合效果更加明顯和有效。

（4）總體的維護(hù)費(fèi)用和建造費(fèi)用更低，有利于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，且流程簡單耗電量低。

（5）占地面積小可以根據(jù)用戶的需求選擇地址，且物質(zhì)都可再生利用，能夠有效減少費(fèi)用支出[3-4]。

采用此種脫硫脫硝技術(shù)能夠進(jìn)一步控制二氧化硫和NOX的排放量并產(chǎn)生硝酸銨產(chǎn)品，能夠和化肥廠形成良好的產(chǎn)業(yè)循環(huán)，同時(shí)維護(hù)了生態(tài)環(huán)境也實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益。但是其需要臭氧的原材料價(jià)格高昂。國外水泥廠專門使用臭氧進(jìn)行氧化的過程中，其運(yùn)行費(fèi)用約2500 元/h，每年的維護(hù)費(fèi)用達(dá)到一千多萬元，產(chǎn)生了硫化銨4250kg/h，硝酸銨110kg/h，經(jīng)過出售每年能夠售出三千萬元，除去工人的工資和設(shè)備購買以及維護(hù)，年效益約700 萬元，經(jīng)過幾年的運(yùn)營即可以實(shí)現(xiàn)脫硝投資。我國的企業(yè)機(jī)構(gòu)也可以借鑒外國，雖然前期投入較大但后期回報(bào)率更加可觀。

5 SCR 與SNCR 脫硝技術(shù)

除了使用氧化＋半干式氨吸收法實(shí)現(xiàn)脫硝技術(shù)的實(shí)現(xiàn)外還可以使用SCR催化還原技術(shù)和SNCR 非催化還原技術(shù)。雖然效果上要比氧化＋半干式氨吸收技術(shù)略差但是依然被很多人選擇。二者技術(shù)都是通過對煙氣中加入氨或者尿素作為還原劑。SCR 技術(shù)在催化的作用下對NOX進(jìn)行還原，同時(shí)溫度較低。通過這種方式實(shí)現(xiàn)脫硝效率能夠達(dá)到92%以上，但是對場地和設(shè)備有一定的標(biāo)準(zhǔn)，如用于催化的反應(yīng)塔以及氨水噴淋裝置等，在最初的建設(shè)和安裝過程中需要投入大量資金。SNCR 技術(shù)不需要使用催化劑，加入還原劑就可以將NOX還原為氮?dú)?。還原的效益在55%作用，雖然效率較低但是投入的資金較低不需要過多的技術(shù)投入。但是SNCR 技術(shù)相對SCR 技術(shù)而言對環(huán)境要求較高，一方面煙氣和還原劑需要為1000℃的環(huán)境中才能加快反應(yīng)。同時(shí)使用的高硫煤也有使用標(biāo)準(zhǔn)。如果溫度不足，NH3和SO3反映過程中產(chǎn)生的硫酸氫銨會(huì)阻塞在下游部件造成機(jī)械設(shè)備無法工作。不僅造成NOX反映不充分出現(xiàn)氨逃逸問題，同時(shí)氨依附在灰塵上，灰塵隨風(fēng)飄散更加難以處理和收集。當(dāng)前SCR 技術(shù)是我國水泥行業(yè)應(yīng)用最多的技術(shù)，在煙氣脫硝技術(shù)更為發(fā)達(dá)的西方國家中情況也大體一樣。二者技術(shù)的選擇還需要根據(jù)國家對廢棄物排放標(biāo)準(zhǔn)以及國家經(jīng)濟(jì)有關(guān)。

SCR 和SNCR 技術(shù)適合于經(jīng)濟(jì)實(shí)力不強(qiáng)的水泥廠，但是SCR 技術(shù)在初期需要投入大量的資金，部分水泥廠無法承擔(dān)，因此更加傾向于脫硝率不高但是投入資金少的SNCR 技術(shù)。經(jīng)過調(diào)查人員發(fā)現(xiàn)二者技術(shù)相結(jié)合能夠優(yōu)勢互補(bǔ)取得可觀的效益，兩種技術(shù)相結(jié)合是將SNCR 工藝中加入爐膛還原劑進(jìn)行還原，并和SCR 技術(shù)通過逃逸氨和SCR 催化共同反應(yīng)，能夠有效將NOX脫除。通過技術(shù)的結(jié)合能夠大幅度減少NOX燃燒后的NOX排放量，有效降低約五成多，在最初的投資中比只單單使用SCR 技術(shù)減少一半的資金投入。

針對當(dāng)前我國水泥行業(yè)脫硝情況，相關(guān)領(lǐng)域工作者需要制定脫硝技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化規(guī)劃，確定該技術(shù)未來發(fā)展目標(biāo)以及需要重視和避免的問題，以確保脫硝效率和質(zhì)量的提高，推動(dòng)水泥行業(yè)脫硝技術(shù)完善。同時(shí)對該技術(shù)需要制定行內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)準(zhǔn)則，促進(jìn)脫硝技術(shù)合理穩(wěn)定的研發(fā)。國家也需要大力提供資金支持和補(bǔ)貼，開展煙氣脫硝的標(biāo)準(zhǔn)示范工程，在當(dāng)前技術(shù)水平基礎(chǔ)上開展工作帶動(dòng)該領(lǐng)域的共同進(jìn)步，同時(shí)加強(qiáng)和國外技術(shù)的溝通聯(lián)系，定期安排組織人員出國學(xué)習(xí)，并引進(jìn)符合我國國情和排放標(biāo)準(zhǔn)的脫硝技術(shù)。

6 結(jié)語

氧化＋半干式氨吸收法以及SCR 和SNCR 技術(shù)等相關(guān)脫硫技術(shù)能夠大幅度降低SO2和NOX的整體排放量，同時(shí)減少顆粒物的排放實(shí)現(xiàn)局部循環(huán)經(jīng)濟(jì)格局，不僅對環(huán)境起到了保護(hù)作用同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益。在我國水泥領(lǐng)域的探索出一個(gè)新的方向。水泥廠可以從化肥廠中購入氨水，在將硝酸銨運(yùn)輸?shù)交蕪S制成固體化肥，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的產(chǎn)業(yè)循環(huán)，水泥廠只需要投入資金維護(hù)和人工費(fèi)用即可，將運(yùn)營成本降到最低。通過對水泥行業(yè)煙氣脫硝技術(shù)的研究能夠有效的環(huán)節(jié)環(huán)境壓力，減少有害氣體和顆粒的排放，也更加符合國家可持續(xù)發(fā)展的策略。