水泥生产中的脱硝技术

水泥生产中的脱硝技术

脱厚东

吐鲁番天山水泥有限责任公司  新疆吐鲁番市  838001

摘要：时代发展的进步，带动了我国各行业领域的进步。现阶段，在水泥生产中，脱硝技术发挥着关键作用，有助于改善空气质量，减少氮氧化物等有害气体的排放。随着技术的发展，未来的水泥生产预计将更加侧重于采用脱硝技术来降低氮氧化物的排放，实现生产过程的高效化、数字化和自动化。然而，脱硝技术仍面临着一些挑战。

关键词：水泥生产；脱硝技术

引言

在如今的水泥工业生产中，应当如何有效控制和减少氮氧化物排放作为一项关键课题，需要加强研究、探讨与实践。要应用科学、有效的脱硝技术，如脱硝技术，并采取合理的脱硝技术应用布置方案，实现水泥生产过程当中的超低氮氧化物排放。

1水泥窑SCR脱硝技术现状

水泥窑内烟气和烟尘具有的特点：①烟气中粉尘含量高，在预热器出口处粉尘含量可达到80~120g/Nm3，比传统的燃煤电厂烟气中的粉尘高出10倍以上，容易造成催化剂堵塞；②烟气中CaO含量高，相关研究表明，烟气中的CaO对催化剂的活性有显著的影响，催化剂的失活速率与CaO的含量成正比。高碱的粉尘具有较大的黏性，易于附着在催化剂表面，对催化剂性能造成不利影响。

针对水泥窑烟气的特点，目前国内外水泥厂的SCR脱硝主要有4种布置方式，分别为高温高尘布置、高温中尘布置、中温中尘布置和低温低尘布置。其中，高温高尘布置方式是指在水泥窑上方的预热器出口处直接布置SCR脱硝装置，此处的温度较高，满足SCR催化剂所需的温度条件；高温中尘布置是指在预热器出口后安装高温电除尘器，然后再安装SCR脱硝反应器，这样进入脱硝反应器的烟气中尘含量降低，但是烟气温度也会有所下降，高温电除尘的负担也会增加；中温中尘布置是指在余热锅炉后安装SCR脱硝反应器，此处的尘含量较高，烟气温度进一步降低；低温低尘布置是指在SCR脱硝反应器前安装电除尘器和布袋除尘器，经过2次除尘后的烟气中粉尘含量很低，对SCR脱硝催化剂的影响最小，但是进入反应器的烟气温度低于常用催化剂的最佳反应温度，这样会导致烟气脱硝率不高，所以为了保证脱硝效率，要对烟气进行再加热，或者加大催化剂的用量。在高尘布置中，窑尾预热器出口直接连接SCR反应器，进入反应器的烟气尘含量为60~100g/Nm3，温度为370℃~400℃，如德国Solnhofen水泥厂、意大利Monselice水泥厂、德国Mergelstetten水泥厂等。此工艺方案使用常规温度区间的SCR催化剂，但高尘量易造成催化剂的堵塞、磨损。

2水泥生产中的脱硝技术分析

2.1脱硝循环利用技术的优化与创新策略

结合水泥生产过程的特点，包括不同生产线的氮氧化物排放特点，从而确定最适合的脱硝技术。循环利用是一个重要的方向。优化脱硝技术的同时，应关注如何有效循环利用脱硝过程中产生的副产物。将氮氧化物转化为农业肥料等可再生资源，实现资源的最大化利用。降低能耗也是优化脱硝技术的关键。引入先进的催化剂和反应器设计，以提高脱硝效率的同时降低能耗，有助于在经济和环保之间找到平衡点。进一步减少废物产生也是重要目标之一。通过技术创新，尽可能减少脱硝过程中产生的废物和副产物，从而减轻废物处理的负担。同时，将脱硝技术与其他水泥生产工序进行集成，以提高整体效率。通过优化生产流程，减少资源浪费，实现更好的经济效益和环境效益的平衡。引入数字化和自动化技术也可以推动脱硝技术的优化与创新。实时数据分析可以优化脱硝工艺参数，提高效率和稳定性，实现智能化监测和控制。跨学科合作也是实现脱硝技术优化与创新的关键。水泥工业内外的专家合作，可以为脱硝技术提供不同的视角和解决方案，促进全面发展。

2.2臭氧脱硝技术

臭氧脱硝技术是利用臭氧的强氧化性在120~230℃的温度条件下使NO产生氧化反应,在此过程中,NOx会被氧化成高价态氮氧化物,然后在洗涤塔中与吸收剂反应形成硝酸盐,达到脱除NOx的目的。臭氧的用量、反应温度以及烟气在吸收塔内的停留时间都对脱硝效率有影响,其中影响最大的是臭氧用量。通过对实际烟气的中试发现,随着臭氧发生器功率增大,臭氧用量呈线性增加,当臭氧发生器功率从118kW增加至250kW时,脱硝效率也从24%大幅提高到95%。臭氧脱硝技术的缺点也是十分致命的。臭氧发生器功率需足够高才有较好的脱硝表现,运行过程中制备臭氧耗电量很大,运行费用相当高;高价态的氮氧化物溶于水及中和反应形成的硝酸盐废水需要二次处理,这与湿法脱硫的废水问题相同,湿法脱硫因为废水问题已在我国部分地区被禁用。此外,臭氧脱硝的水溶吸收步骤是可逆的,实际运行中非常难以控制。因此,在许多臭氧脱硝项目中,常出现因运行控制不佳、烟气参数波动大等原因而发生烟囱冒“黄烟”现象。这是因为NO2未被反应吸收或逆反应又分解出NO2。一旦发生冒“黄烟”现象,企业就得停产整顿并受到相应的环保处罚,企业蒙受经济损失不言而喻。臭氧超标产生的二次污染问题也是臭氧脱硝技术无法解决的致命缺陷。

2.3空气分级燃烧技术

水泥企业加热炉烟气脱硝技术应用中，技术人员除了要关注已经形成烟气的有效治理，往往还需要着重考虑到加热炉生产过程，针对上述氮氧化物形成的各个路径进行优化控制，以便由此降低后续烟气脱硝压力。在空气分级燃烧技术应用中，技术人员可以将加热炉中的空气进行合理分级，通过两级或者三级空气的分布燃烧，有效解决上述来自于空气燃烧方面的氮氧化物形成问题。在空气分级燃烧技术应用中，加热炉在应用中往往可以形成较为理想的火焰温度控制以及氧浓度控制效果，对于上述热力型氮氧化物的形成表现出了明显的防控作用。当然，在空气分级燃烧技术应用中，技术人员还需要密切关注钢铁企业加热炉的运行需求，以便促使其在尽量不影响正常生产作业状况的基础上，合理控制空气分级比例以及时间，由此更好优化加热炉的运行效果，同时较好符合加热炉烟气脱硝需求。

2.4低温SCR

低温SCR是处理废气温度为80~150℃的SCR脱硝系统。受目前催化剂性能影响，此温度区间催化剂活性不足，脱硝效率将会大大降低，无法满足脱硝效率要求。现有低温SCR一般都是采取升温措施，将废气温度加热到180~220℃再进行脱硝反应，其本质上仍然属于中温SCR范畴。由于水泥生产线废气量较大，对低温废气进行二次加热需要消耗大量能源，经济上不具有可持续性。目前低温SCR应用比较多领域为废气量较小的垃圾焚烧发电项目，在水泥工业暂无成熟应用。

结语

脱硝技术的引入不仅为水泥生产带来了更为环保和高效的新方法，同时也显著降低了整个工业的环境负担。在全面推广脱硝技术的过程中，技术成熟度、投资成本以及规模化生产的难度等问题可能会成为阻碍。对于那些已经开始应用新技术的公司，如何克服这些挑战并确保持续、稳定的生产成为了关键。未来，我们应当进一步聚焦于脱硝技术的研发和完善，尤其是在低碳水泥生产中的应用，以及寻找与之相匹配的绿色替代材料，甚至无外入材料的脱硝技术。同时，为实现更加环保的超低排放目标，脱硝技术的深入研究和广泛应用将成为不可或缺的核心部分。

参考文献

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