摘要：近些年随着我国水泥生产行业的发展迅猛，各种污染物排放量正在逐年递增。这些问题严重威胁人们的身体健康，因此对于氮氧化物的控制就变得至关重要。人们可以采用脱硝技术，从水泥生产源头来有效降低氮氧化物的排放量。但是，其间会出现一系列新的环境问题，人们只有做好相应防范工作，才能有效地降低该技术对生态环境造成的负面影响。
关键词：水泥厂；脱硝技术；现状；展望
1 水泥厂污染物种类分析及产生机理
1.1 二氧化硫（SO2）
二氧化硫（SO2）主要存在窑尾烟气中。硫的来源主要有两部分：原料、燃料。如表1所示，原料中的硫以有机硫化物、硫化物或硫酸盐的形式存在。硫化物大部分为黄铁矿和白铁矿（FeS2），还有一些单质硫化物（如FeS）；硫酸盐主要包括石膏（CaSO4·2H2O）和硬石膏（CaSO4）。硫化物在300~600℃发生氧化生成SO2气体，主要发生在预热器的二级筒或三级筒。硫酸盐矿物在低于烧成带温度下很稳定，在预热器内不会分解，大体上都会进入窑系统。燃料中硫的存在形式和原料中的一样，有硫化物、硫酸盐还有有机硫。煤在分解炉、回转窑燃烧，而分解炉存在大量的活性CaO，同时分解炉的温度正是脱硫反应发生的最佳范围，因此烧成带产生的SO2气体可以在分解炉被CaO吸收或者在过渡带和烧成带与碱结合生成硫酸盐。也就是说正常情况下，燃料中的硫很少会影响到硫的排放。
1.2 氮氧化物（NOx）
氮氧化物（NOx）产生于煤粉的燃烧过程，也主要存在于窑尾烟气。分为热力型、快速型（也有称瞬时型）和燃料型三种类型的NOx。热力型NOx主要为在燃烧过程中空气中的N2被氧化而生成的NO，主要产生于温度大于1500℃的高温区；快速型NOx是由燃料燃烧时产生的烃（CHi）等撞击燃烧空气中的N2分子而生成CN/HCN，然后HCN再被氧化为NOx；燃料型NOx则是燃料中的氮化合物在燃烧过程中经过一系列的氧化还原反应而生成的NOx。
1.3 粉尘（PM）
粉尘（PM）的产生机理比较简单，各种原材料在破碎及粉磨作业、煅烧、输送、装卸等过程产生粉尘并随工艺通风气流排放。另有一部分粉尘为物料在倒运、堆放存储、均化过程产生的扬尘，属于无组织排放。
2 水泥厂脱硝技术分析
2.1 低氮分级燃烧技术
作为水泥生产中脱硝技术的一种，低氮分级燃烧技术主要遵循燃烧学原理，通过改变运行工况，将燃烧工艺中生成的氮氧化物进行还原或抑制。在具体应用的过程中，人们要在烟室与分解炉之间建立还原燃烧区。同时，利用煤将原分解炉的一部分分入该区域，使其通过缺氧燃烧形成一系列还原剂，如一氧化碳、甲烷以及氰化氢等，从而将煅烧过程中产生的氮氧化物转化为无危害、无污染的氮气。与此同时，煤在缺氧燃烧的状态下对于氮氧化物的产生也起到了一定的抑制作用。现阶段，低氮燃烧技术主要包括空气分级燃烧、燃料分级燃烧以及浓淡燃烧等。采用该技术，可以更好地改造燃烧室，同时所需经费较少，但是其脱硝效率仅在30%左右，脱硝效果不是十分明显，很难满足氮氧化物控制技术的要求。
2.2 选择性非催化还原技术
选择性非催化还原技术是水泥脱硝技术的重要类型，也叫SNCR技术。其主要原理是：当燃烧温度在850～1000℃时，在有氧的条件下，在排出的气流体中注入氨或氨的先驱物，使一氧化氮按照相应的反应规律进行还原。现如今，水泥行业的还原剂都具有氨气基，其主要由氨水和尿素水组成，可以将煅烧过程的氮氧化物还原为氨气和水，在水泥熟料生产线的分解炉内，存在符合SNCR技术工作的反应温度窗口。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该技术对氮氧化物的脱除率较高，一般在50%～80%，同时其操作系统简单，为实际脱硝操作提供便利。但是，该技术对反应温度的要求较高，需要使用大量还原剂，导致运行成本显著增加。此外，该技术易受到反应温度、化学反应时间以及喷枪位置等因素的影响。
2.3 选择性催化还原技术
选择性催化还原法又被称为SCR脱硝技术，也是一种水泥脱硝技术。该技术应用要有一定的催化反应条件，通过具有氨气基的还原剂将烟气中的氮氧化物还原为水和氨气，从而降低氮氧化物的排放量。SCR脱硝技术对温度的要求较高，要求反应温度控制在300～450℃。在没有预热器参与的条件下，水泥炉窖中的烟气道温度远低于该温度，因此必须做好烟气的加热工作。同时，要采用合适的SCR催化剂，如二氧化钛或V205-M003，而催化剂的外形通常采用板式、波纹板式以及蜂窝式等结构。SCR脱硝技术的脱硝效果非常明显，通常氮氧化物的脱除率能够达到60%～90%。但是，其对于设备有着严格的要求，要求其具有较高的耐腐蚀性，同时投资运行所需费用较大，易对环境造成二次污染。
2.4 组合脱硝技术
组合脱硝技术就是指综合运用各种脱硝技术，通常将两种或三种脱硝工艺技术进行组合。通常，人们采用低氮分级燃烧技术与选择性非催化还原技术或选择性催化还原技术相结合的脱硝技术，同时也可以采用选择性非催化还原技术与选择性催化还原技术相组合的脱硝技术，其应用十分广泛。目前，日本、德国等发达国家通常先采用低氮分级燃烧技术来降低氮氧化物含量，再运用烟气脱硝工艺脱硝。这些组合脱硝技术能够提高传统脱硝效率，同时降低投资运行成本。
3 未来发展趋势
3.1 低温烟气循环流化床同时脱硫脱硝除尘技术
锅炉烟气中的NOx绝大部分以NO形式存在，在水中的溶解度远低于NO2、HNO2及HNO3等，这是导致传统脱硫工艺不能同时脱除NOx的主要原因。因此，将烟气中的NO快速氧化成高价态的NO2是同时脱除的技术关键。
3.2 脉冲电晕等离子体烟气脱硫脱硝除尘一体化技术
脉冲电晕法是20世纪80年代日本科学家在电子束烟气脱硫脱硝技术基础上提出来的，利用高压脉冲电源产生的高能电子激活烟气中的SO2和NOx，加入氨作为反应剂，生成硫酸铵（（NH4）2SO4）和硝酸铵（NH4NO3）肥料。该技术成本较低，无二次污染，可同时脱硫脱硝，形成的副产物可回收利用。20世纪90年代至今，日本、美国、意大利、韩国、加拿大、俄罗斯等国都进行了大量的相关研究工作。国内从20世纪90年代初也开始进行了研究，取得了不少的研究成果。低温等离子体烟气处理技术具有工艺简单、可同时去除多种污染物、占地面积小等优点，是目前烟气处理技术的研究热点之一。
该技术的核心是大功率等离子体脉冲电源，高效率、长寿命、低能耗的大功率脉冲电源是研究重点。与传统的脱硫、脱硝独立处理工艺相比，同时脱硫脱硝技术在设备投资、运行成本、技术选择性上都具有较大优势。
结束语
总而言之，近年来，我国社会经济不断发展，这也带动了城市建筑业的发展，水泥的市场需求量不断增大。在应用水泥脱硝技术的过程中，人们要全面分析该技术的环境影响，进而采取有效的应对措施，促进水泥生产，降低环境污染与危害，实现人与自然的和谐发展。
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论文作者:张林
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/28
标签：技术论文; 氧化物论文; 烟气论文; 水泥论文; 选择性论文; 硫化物论文; 温度论文; 《防护工程》2018年第32期论文;