摘要：工业窑炉的NOx(氮氧化物)的减排需要技术的支持。在分析现有成熟脱硝技术的基础上，结合玻璃窑炉和水泥窑炉各自的情况，提出工业窑炉的可行脱硝工艺，并通过工程实践寻求证实和不断优化。
关键词：工业窑炉；烟气脱硝；工艺技术
引言
在大气污染物中，最主要的是NOx，直接或间接影响着我国大气环境质量。NOx的排放主要可从两方面控制:首先从源头控制(即控制燃烧过程中NOx的产生)，其次从尾部控制(利用脱硝技术，把产生的NOx转化为无污染的物质，从而降低NOx的排放量)。因此，采取高效脱硝技术治理烟气排放中的NOx已成为治理大气污染的重点。
1国内主要工业窑炉概况
窑炉是用耐火材料砌成、用以煅烧物料或烧成制品的设备。按煅烧的物料品种主要分为水泥窑、玻璃窑、搪瓷窑、陶瓷窑、石灰窑等。根据现有环保标准，水泥窑和玻璃窑已经有了对氮氧化物的排放要求。
2工业窑炉烟气脱硝的基本方法
2.1催化剂还原法
所谓催化剂还原法是指利用固体催化剂存在的条件下，将一定温度的工业窑炉烟气中的氮氧化物与氢气、一氧化碳、氨气等具有还原性质的气体反应转化生成环保的氮气的脱硝处理方法。催化剂还原法由于价格低廉，工艺技术研究时期较为成熟，在许多工业窑炉烟气排放中得到应用。其中以氨气为还原剂的脱硝工艺技术可以实现氮氧化物去除率高达91%以上。除此之外，催化剂价格低廉。但是，该法对于工业窑炉烟气温度要求苛刻，NH3具有很强的腐蚀性，容易造成二次污染。
2.2电子束放电法
电子束放电法对于氮氧化物去除的基本原理就是通过电子束放电巨大的高能电子流体，与工业窑炉烟气中非氮氧化物气体进行照射，碰撞电离成具有强反应活性的活化中性粒子，在处理时加入少量的可燃气体，形成化学反应，将工业窑炉烟气中的氮氧化物氧化除去。电子束放电法对于工业窑炉烟气气体温度要求较低，去除率可以实现85~89%。该法对于脱硝的优势是反应无水污染形成，副产物以硝酸铵为主，可以进一步加工成植物肥料。然而处理设备复杂，价格昂贵，电子束能量利用效率较低。
2.3吸收剂喷射法
所谓吸收剂喷射法是将氮氧化物吸收剂利用增压喷射设备，给工业窑炉烟气增湿除尘，进而达到净化去除的目的。氮氧化物吸收剂主要是碱性活化石灰、石膏和消石灰等。吸收剂喷射法对于工业窑炉烟气中氮氧化物的除去率约为70%，但对于工业窑炉烟气中二氧化硫的去除率可以高达90%以上。
3烟气脱硝技术
烟气脱硝技术是还原或吸附尾部烟气中生成的NOx，从而降低NOx排放。烟气脱硝技术分为干法脱硝和湿法脱硝。
3.1干法脱硝技术
有工程应用的干法脱硝技术包括选择性催化脱硝(SCR)、选择性非催化脱硝(SNCＲ)、活性炭法。
(1)SCR法
SCR法是采用NH3将NOx还原成N2。NH3有选择性，只和NOx发生作用，不与烟气中的氧发生反应。还原反应在低温下的反应速度很慢，为加快其反应速度，可加入催化剂。根据催化剂适用的烟气温度条件，将SCR工艺分为高温(＞450℃)、中温(320～450℃)和低温(120～320℃)工艺。目前商业上应用比较广泛的是中温催化剂，该催化剂以TiO2为载体，上面负载钒、钨和钼等主催化剂或催化助剂，脱硝效率可达95%以上。考虑到工业窑炉烟气的低温特性，选用SCR法有2条途径:一是对低温烟气加热，使之符合中温SCR法的温度条件，以利用成熟的中温催化剂脱硝，烟气脱硝后再考虑余热回收，需耗费额外的热量;另一种是使用低温催化脱硝，但商业化应用的低温催化剂不多，研究主要集中在金属氧化物催化剂和碳基材料催化剂。
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(2)SNCＲ法
SNCＲ法是采用NH3或尿素为还原剂，其原理与SCR法相同，但该法不使用催化剂。由于无催化剂时该反应的最佳温度为900～1000℃，因此必须在烟气的高温区域加入还原剂。该法还原剂使用量大，同时必须控制好反应温度并保证还原剂有足够的停留时间。SNCＲ法的脱硝效率较低，约为30%～50%，主要用于燃煤锅炉炉膛喷射脱硝，不适用于工业窑炉烟气脱硝。
(3)活性炭法
活性炭法脱除NOx的过程类似于SCR反应过程，可认为是吸附与SCR过程相结合的一种方法，或低温的SCR反应。炭材料既起催化剂的作用，同时还承担吸附剂的作用。主要的反应是活性炭在90～250℃之间催化还原NOx至氮气和水，此温度范围恰好在工业锅炉烟气排放的窗口温度内，同时脱硫脱硝后的活性炭能用多种手段再生，重复利用来降低成本，消除二次污染。无论低温SCR法还是活性炭法脱硝，对烟气硫含量均有明确要求，一般要求＜30mg/m3，甚至更低。主要原因是SO2氧化为SO3，在H2O和NH3存在时生成硫酸铵，该盐在230℃以下粘附在催化剂表面，吸附粉尘，堵塞孔道，使催化剂逐渐失活，故成熟的工艺烟气温度一般为280℃以上，另干法催化剂有毒，需工业化废弃处理。
3.2湿法烟气脱硝技术
燃烧的烟气中NOx95%以上为NO，难溶于水，工业上湿法烟气脱硝效率低，目前应用较少。湿法烟气脱硝技术主要是用水以外的能溶解的介质，比如酸，特别是用硝酸来吸收NO，或先将NO氧化为易溶于水或碱的N2O5和NO2，再来进行吸附或吸收。
(1)氧化法
该方法是采用强氧化剂将不溶于水或碱液的NO直接氧化成NO2，再来进行碱液吸收脱硝。目前应用广泛的液相氧化剂有HNO3、KMnO4、NaClO2、NaClO、H2O2、KBrO3、K2CrO7、Na2CrO4、(NH4)2CrO7等。氧化催化剂有V2O5(酸性溶液中)、活性炭、分子筛等均可氧化吸收除去NO，但是由于氧化剂的投资运行成本较高、尾液无法循环利用且难处理，这些都是制约其发展的主要因素。
(2)络合吸收法
液相络合法是利用络合剂直接与烟气反应络合NO，产生的配合物加热时稀释释放NO，经富集回收。该法适用于处理含有NO的燃煤烟气中的NOx，络合吸收法NOx脱除率较高。但存在络合物的循环利用比较困难，在反应中络合物会有损失，吸收液易失活，再生困难，利用率低，废液处理复杂，运行费用较高等问题。络合吸收法脱硝目前大多停留在实验阶段，工业尚无应用。
(3)稀硝酸法
硝酸对烟气中的NOx吸收，这是由于NOx在酸中的溶解度远远高于水中的溶解度，以物理吸收为主，适用于应用和生产硝酸的化工工业尾气处理，但该法效率受吸收温度和压力等因素影响，技术上存在耗能高、吸收过程中对酸的循环量要求高等问题，国内还未用于NOx废弃处理，在美国应用较多。
(4)碱吸收法
碱吸收法脱硝是利用NOx与碱液的中和反应实现烟气脱硝。碱吸收液为NaOH、KOH和NH3•H2O溶液等，碱吸收法脱硝工艺比较简单，同时可回收脱硝产物(亚硝酸盐和硝酸盐等)，但也存在着脱硝效率不高、处理后的尾气基本达不到排放标准等缺点。
结束语
工业窑炉烟气属低温、低NOx浓度、低SO2含量、含氧、微尘烟气，但由于NOx超标和SO2波动，脱硝脱硫需综合考虑。各企业工业窑炉炉型、炉龄、燃料结构不同，所在地环保标准也不同，需考虑不同的工艺技术对自身烟气的适应性，兼顾投资运行成本使烟气达标排放。
参考文献
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[3]陈学功,申干成,雷本喜.玻璃窑炉SCR脱硝吹灰器的选择[J].江苏建材.2015(05).
论文作者:邢福生,牛明雷
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/28
标签：烟气论文; 催化剂论文; 窑炉论文; 工业论文; 氧化物论文; 低温论文; 温度论文; 《基层建设》2019年第6期论文;