水泥行業應對煙氣脫硝的技術路線與措施

許小雷

（合肥中亞環保科技有限公司，安徽 合肥 230051）

1 脫硝關鍵

生產加工過程中排出煙氣NOX主要成分是NO，占據了總成分的95%并且難于和水相融。高價態的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。脫硝過程的效率關系著煙氣脫硝的轉化率。

國外學者在研究實驗過程中將臭氧加入到NO 中發生氧化作用，在確保NO 的摩爾比在0.9 以上時使用NaOh 溶液吸收，最終將其轉化為N2，而對NOX的轉化率達到了96%以上，二氧化硫甚至達到了百分百去除率。

國內學者將O3注入到煙氣中進行脫硝，使用堿來對煙氣進行清潔。經過試驗后發現NOX的脫除率和O3量的多少有關，當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的去除率達到98%和百分百。

使用臭氧氧化技術能夠提高對NOX的去除效率，脫除范圍高達95%以上并且能夠在不同的氧化劑濃度下不影響效率，也不會出現泄漏影響環境和工作人員人身安全。此種技術的使用中二氧化硫和一氧化碳不會對去除NOX有影響，也不會對造成環境的污染。使用臭氧技術不僅在脫除NOX方面有良好的效果，同時對重金屬等有害物質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 之間的摩爾數比例以及發生反應的時間時影響氧化的主要因素。根據我國相關調查研究表示NO 的氧化效率和一氧化碳的升高呈正比，當一氧化碳含量不超過1 時脫硝率能夠達到86%。但是在實際實驗中受到外部環境和其他物質的影響使得一氧化碳不能充分的和NO 反應，因此為了保證脫硝效率需要增加摩爾比的數值。

經過工作人員的實驗研究發現，臭氧在氣體中只要保持足夠時間的停留就可以完成氧化反應。我國研究學者發現根據臭氧的特性在150℃環境中臭氧的反映分解率不高，無法更好的和NO 反應。利用臭氧氧化后的煙氣再通過水吸收尾氣時對二氧化硫和NO 的脫除效率雙雙達到了百分百和87%。

3 工程應用和存在問題

美國的BOC 公司使用了低溫氧化技術并將其授權給了貝爾哥公司，更好的將NOX去除技術和EDV 濕式洗滌器相結合，大規模的投入在了美國石油加工廠當中，用于脫除一氧化碳和顆粒等污染物，并且實現了良好的效果和經濟效益。

此外貝爾哥公司將技術投資在我國的四川和上海石化公司的工業爐中，安裝了脫硝系統并計劃在第二年大批量的使用。能夠看出當前市場對于保護生態和實現經濟效益的意向更加明顯，對脫硝的投入和研究也更加深入，氧化吸收技術在國內還是國外都發展十分迅速。使用臭氧進行脫硫脫硝在國外已經有了成功的案例，但是在我國還處于試驗階段，暫時還沒有水泥廠進行實驗。

煙氣中的顆粒以及二氧化硫對臭氧會造成消耗，使得臭氧無法保存，在當前技術的前提下將會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器設備以及消耗12Kg 的液氮，需要大量的資金支持。如此大量的維護費用和運行費用嚴重影響了該技術的應用和投資，因此只能通過減少臭氧的消耗才能為臭氧脫硝創造發展空間[2]。

4 煙氣脫硝技術路線和措施

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合了外國獨特的臭氧氧化技術深層次的對臭氧進行氧化反應。根據杭州公司的專利技術實行脫硝方案，在煙氣脫硝研究中已經有了過年的研究。該公司使用的工藝路線為當煙氣進入到氧化器中，經過氧化液和純氧以及少量臭氧將NO 轉化為NO2，之后再在反應器中反應。反應器加入霧化的氨水進一步吸收了二氧化硫和NOX，將不同形態的二氧化硫和NOX快速的進行氣態和氣態之間的反映，配合氮氣有效脫除二氧化硫和NOX的最終目的。氧化器就是將氧化液、臭氧以及其他反應物充分的融合和相互促進，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，能夠對NO 氣體充分氧化，并實現降低煙氣反應時的問題以及減少臭氧的消耗。如此一來用戶的生產成本和維護成本大幅度的降低。

4.2 實驗調查研究

杭州某公司在煙氣處理實驗中使用氧化液以及純氧進行脫硝實驗，并通過對半干式氨吸收方法進行廢氣的收集和治理。通過收集的數據和內容可以得出平均值：脫NO 效率已經達到約79%，脫NOX達到約82%，脫SO2效率達到約90%，如果將純氧換成臭氧將會進一步提高脫硝的效率并縮短環節。

4.3 優點優勢

杭州某水泥公司經過十多年的脫硫技術和項目的實踐中能夠發現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準，杭州公司對該技術進行了更深入的探討。現如今已經在50MW燃氣發電機組中完善了脫硝技術，并且使得脫硝率高達85%，脫硫率達到了96%。其優勢有如下幾個點：

（1）運行和維護費用更低，只有SCR 法的一半不到，且不需要與其他設備結合使用，操作更加簡便和快捷。

（2）通過煙氣產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）同一塔內進行脫硝和脫硫，通過一個工程可以實現兩個目的，綜合效果更加明顯和有效。

（4）總體的維護費用和建造費用更低，有利于實現經濟效益，且流程簡單耗電量低。

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

采用此種脫硫脫硝技術能夠進一步控制二氧化硫和NOX的排放量并產生硝酸銨產品，能夠和化肥廠形成良好的產業循環，同時維護了生態環境也實現了經濟效益。但是其需要臭氧的原材料價格高昂。國外水泥廠專門使用臭氧進行氧化的過程中，其運行費用約2500 元/h，每年的維護費用達到一千多萬元，產生了硫化銨4250kg/h，硝酸銨110kg/h，經過出售每年能夠售出三千萬元，除去工人的工資和設備購買以及維護，年效益約700 萬元，經過幾年的運營即可以實現脫硝投資。我國的企業機構也可以借鑒外國，雖然前期投入較大但后期回報率更加可觀。

5 SCR 與SNCR 脫硝技術

除了使用氧化＋半干式氨吸收法實現脫硝技術的實現外還可以使用SCR催化還原技術和SNCR 非催化還原技術。雖然效果上要比氧化＋半干式氨吸收技術略差但是依然被很多人選擇。二者技術都是通過對煙氣中加入氨或者尿素作為還原劑。SCR 技術在催化的作用下對NOX進行還原，同時溫度較低。通過這種方式實現脫硝效率能夠達到92%以上，但是對場地和設備有一定的標準，如用于催化的反應塔以及氨水噴淋裝置等，在最初的建設和安裝過程中需要投入大量資金。SNCR 技術不需要使用催化劑，加入還原劑就可以將NOX還原為氮氣。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投入。但是SNCR 技術相對SCR 技術而言對環境要求較高，一方面煙氣和還原劑需要為1000℃的環境中才能加快反應。同時使用的高硫煤也有使用標準。如果溫度不足，NH3和SO3反映過程中產生的硫酸氫銨會阻塞在下游部件造成機械設備無法工作。不僅造成NOX反映不充分出現氨逃逸問題，同時氨依附在灰塵上，灰塵隨風飄散更加難以處理和收集。當前SCR 技術是我國水泥行業應用最多的技術，在煙氣脫硝技術更為發達的西方國家中情況也大體一樣。二者技術的選擇還需要根據國家對廢棄物排放標準以及國家經濟有關。

SCR 和SNCR 技術適合于經濟實力不強的水泥廠，但是SCR 技術在初期需要投入大量的資金，部分水泥廠無法承擔，因此更加傾向于脫硝率不高但是投入資金少的SNCR 技術。經過調查人員發現二者技術相結合能夠優勢互補取得可觀的效益，兩種技術相結合是將SNCR 工藝中加入爐膛還原劑進行還原，并和SCR 技術通過逃逸氨和SCR 催化共同反應，能夠有效將NOX脫除。通過技術的結合能夠大幅度減少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 技術減少一半的資金投入。

針對當前我國水泥行業脫硝情況，相關領域工作者需要制定脫硝技術的產業化規劃，確定該技術未來發展目標以及需要重視和避免的問題，以確保脫硝效率和質量的提高，推動水泥行業脫硝技術完善。同時對該技術需要制定行內標準和技術準則，促進脫硝技術合理穩定的研發。國家也需要大力提供資金支持和補貼，開展煙氣脫硝的標準示范工程，在當前技術水平基礎上開展工作帶動該領域的共同進步，同時加強和國外技術的溝通聯系，定期安排組織人員出國學習，并引進符合我國國情和排放標準的脫硝技術。

6 結語

氧化＋半干式氨吸收法以及SCR 和SNCR 技術等相關脫硫技術能夠大幅度降低SO2和NOX的整體排放量，同時減少顆粒物的排放實現局部循環經濟格局，不僅對環境起到了保護作用同時還實現了經濟效益。在我國水泥領域的探索出一個新的方向。水泥廠可以從化肥廠中購入氨水，在將硝酸銨運輸到化肥廠制成固體化肥，能夠實現良好的產業循環，水泥廠只需要投入資金維護和人工費用即可，將運營成本降到最低。通過對水泥行業煙氣脫硝技術的研究能夠有效的環節環境壓力，減少有害氣體和顆粒的排放，也更加符合國家可持續發展的策略。