摘要：目前，选择性非催化还原（SNCR）在水泥窑中得到了广泛的应用，氮氧化物的去除率约为60%。很难满足日益严格的排放标准。SCR烟气脱硝技术在火电行业已经非常成熟，但在水泥行业，SCR烟气脱硝仍处于中试阶段，个别项目论证和试验数据和运行经验的积累，缺乏工程应用经验。虽然国外对水泥SCR烟气脱硝的研究比较早，但由于排放标准、成本、技术等原因，水泥SCR烟气脱硝在世界上还没有得到广泛的应用。本文对水泥窑SCR烟气脱硝存在的问题及建议进行了探讨，以供参考。
关键词：水泥工业；氮氧化物；脱硝；SCR
引言
面对日益严峻的减排形势，水泥厂进行深度脱硝改造势在必行。脱除方法中仅有SCR技术可实现水泥厂烟气中NOx的深度减排，但在水泥厂应用仍需克服催化剂中毒、低温催化活性低以及SCR装置占地大等问题。在实际过程中，可结合水泥厂的工况采用多种方法联用的方式进行烟气脱硝。
1、概述
氮氧化物是NO、NO2、N2O和NO3等氮氧化合物的总称，其中NO和NO2是大气污染的主要成分，氮氧化物可引起光化学烟雾、酸雨和臭氧层空洞等环境问题。2018年7月3日，国务院正式印发了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，计划要求“到2020年，二氧化硫、氮氧化物排放总量分别比2015年下降15%以上”。打赢蓝天保卫战是党的十九大作出的重大决策部署，控制氮氧化物排放已成为我国大气污染预防和治理的重要组成部分。我国是水泥生产大国，水泥产量常年位居世界第一，2017年我国水泥产量达到23.2亿t。受我国能源结构的限制，国内水泥厂大多以煤为燃料。众所周知，燃煤会造成严重的大气污染，NOx即是燃煤产生主要的污染物之一。水泥生产过程中，每生产1t水泥熟料会产生1.5~1.8kg氮氧化物，基于我国庞大的水泥产业规模，水泥厂已成为继火电厂和机动车之后的第三大NOX排放源，占全国总排放的15%~18%。值得注意的是，应国家要求，现有火电厂已基本完成了NOX超低排放的全面改造，新建火电厂也必须符合超低排放的标准；机动车排放也进入了由“国五”向“国六”排放标准过度的时期。因此，推动水泥工业绿色发展和转型升级，实现水泥工业NOX超低排放刻不容缓。
2、水泥工业NOx排放标准
现行水泥工业氮氧化物排放标准为GB4915-2013，标准规定水泥厂排放烟气中NOX排放限值为400mg/m3，重点地区为320mg/m3，部分地区还制定了比国标更高的地方排放标准。然而，随着大众对环境问题的关注度日益提升，水泥工业NOX排放限值并没有止于国家标准和上述地方标准。近年来，国内多省市相继出台水泥行业超低排放实施计划。2017年5月，江苏省环保厅印发《关于开展全省非电行业氮氧化物深度减排的通知》，通知明确提出全省水泥企业2019年6月1日前实现NOX排放浓度不高于100mg/m3的目标。2018年2月，河南省发布《河南省2018年大气污染防治攻坚战实施方案》，方案鼓励2018年10月底前在水泥熟料企业试点开展超低排放改造，水泥窑废气在基准氧含量10%的条件下，NOX排放浓度需不高于150mg/m3。某某市市政府9月3日下发的《某某市生态环境深度整治攻坚月行动方案》更是提出了水泥行业NOX排放浓度小于50mg/cm3的最严排放标准。
3、水泥工业NOX来源
水泥生产中，回转窑、分解炉、烘干机、烘干磨、煤磨及冷却机等设备均可产生NOX。相比于回转窑和分解炉，其他设备NOX排放量极小，因此水泥厂NOX的控制区域主要集中于回转窑和分解炉。关于水泥生产过程中NOX主要生成途径，目前普遍接受的是热力型和原/燃料型NOX。热力型NOX是指在温度高于1500℃时，空气中的氮气氧化生成的氮氧化物，回转窑内温度高于此温度，因而产生大量热力型NOX，此外窑内也生成原/燃料型NOX。原/燃料型NOX即原料和燃料中含有的有机物和小分子含氮化合物转化生成的氮氧化物，分解炉温度相对较低，因而主要生成原/燃料型NOX。
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4、水泥SCR脱硝关键技术
4.1降尘防堵
水泥烟气中的粉尘具有浓度大、粒径小、钙质成分高的特点，降低粉尘浓度是水泥高温
SCR脱硝的关键技术之一。某矿环保凭借多年在水泥和电力行业烟气治理经验以及计算和实践，研发的高温电除尘器技术，能有效降低系统能耗、改善催化剂冲刷和堵塞风险。高温电除尘器通过对高温放电性能、绝缘性能、机械结构等方面进行研究改进，使其在经受高温工况仍有较高除尘效率。保证SCR脱硝系统的可靠稳定运行；选用大孔径蜂窝催化剂，同时选择合适的催化剂高度，提升清灰效果，有效降低粉尘对催化剂堵塞的几率。高温电除尘器相对比其它除尘方式，具有低阻高效的特点。
4.2高效清灰
经过高温电除尘器预除尘之后，进入反应器的烟气仍含一定的粉尘。相对于燃煤电厂粉尘粘性较大，会在催化剂的表面和孔道内堆积，造成脱硝效率降低，阻力不断上升，甚至造成催化剂堵塞风险。为保障催化剂长期运行，采用声波吹灰器和耙式吹灰器组合吹灰方式。声波吹灰器是将压缩空气蓄能转化为高强度声波，使沉积的粉尘产生震荡并处于悬浮流化状态，部分粉尘随烟气带走。耙式吹灰器是将压缩空气利用专用换热器加热后，通过可伸缩耙管的喷嘴喷出，对沉积的粉尘进行移动吹扫，保持催化剂孔道畅通，热态压缩空气可避免低温对催化剂的冷脆损坏。
4.3水泥行业SCR催化剂研发
水泥窑烟气粉尘中GaO等碱金属氧化物含量高，会造成催化剂产生碱金属中毒，活性大幅降低，导致脱硝效率低下。此外，水泥窑烟气脱硝温度区间较窄，且相对电厂脱硝温度，水泥窑烟气温度偏低。某矿环保积极与国内知名院所开展课题研究，致力适用于水泥行业烟气脱硝的国产催化剂研发。目前应用水泥行业首台套SCR烟气脱硝示范工程的催化剂运行时间已达数月，催化剂运行效果良好。
4.4还原剂制备与混合
目前水泥企业均已建成SNCR脱硝系统，可以利用现有氨站系统。SCR脱硝技术常采用蒸汽或热风将氨水蒸发为氨气，再经稀释风机稀释后利用喷氨格栅在烟道内均匀喷射，通过混合器使氨气与烟气中氮氧化物充分混合。水泥窑工艺热源短缺，没有洁净热风或富裕蒸汽等热源，电加热器能耗过大。结合水泥工艺特点，将氨水喷射和混合技术与高温除尘有机结合，即在高温电除尘器进气口内实现氨水蒸发和氨氮的充分混合。某矿环保开发出的适用水泥窑工艺特点的氨水蒸发与混合技术在降低能耗上有明显的优势，节省了氨水蒸发系统、稀释风机系统和喷氨格栅系统等，简化工艺流程，降低投资成本，运行维护简便。某矿环保始终坚持技术创新，针对水泥污染物减排需求，全面开展水泥SCR脱硝各类关键技术的研究和应用优化，保障系统可靠运行，脱硝效率稳定，系统能耗降低。
结束语
随着我国对水泥行业排放要求的进一步提高，一些地方提出要实现小于150mg/m3甚至100mg/m3的NOx排放标准，以目前的技术手段，除SCR以外的脱硝技术难以实现，即便采用SCR烟气脱技术，还有一些技术和工程应用问题需要进一步的研究与解决。因此，研究实现SCR脱硝技术在水泥行业的应用具有非常重要的意义。
参考文献
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论文作者:王红伟
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2019年1月上
论文发表时间:2019/7/19
标签：水泥论文; 烟气论文; 催化剂论文; 氧化物论文; 粉尘论文; 水泥厂论文; 电除尘器论文; 《新材料.新装饰》2019年1月上论文;