水泥生产中的脱硝技术

水泥生产中的脱硝技术

陈潘

库尔勒天山水泥有限责任公司  新疆库尔勒市 841000

摘要：近些年来，水泥行业中原有的落后产能逐渐被淘汰，新型生产工艺替代基本完成。熟料烧制成的重要设备就是回转窑,由于高温烧成工艺，回转窑出氮氧化物排放水平较高。为了从源头实现大气污染物的综合治理，需要根据现有的水泥生产工艺特点，引进全新氮氧化物控制工艺为实现污染物治理提供有力的保障。

关键词：水泥；生产；脱硝技术

引言

脱硝技术是为了减少氮氧化物的排放，而氮氧化物是一种重要的温室气体，其对环境的危害远高于二氧化碳。在水泥生产过程中，氮氧化物的排放是一个常见问题，而通过脱硝技术可以有效减少这些有害气体的排放。

1水泥窑烟气特点

1.1 烟气含尘浓度高

高温高尘选择性催化还原技术（SCR）脱硝工艺布置在新型干法水泥生产线悬浮预热器C1下降管与窑尾余热锅炉间，此处温度为280℃~350℃，窑尾烟气C1含尘浓度为80~100g/m3，在高尘运行工况下存在催化剂堵塞、磨损，微细粉及碱金属堵塞中毒等问题。

1.2 粉尘粒径小

窑尾烟气中粉尘粒径小于5μm的占50%，小于10μm的占90%~97%。粉尘粒径小，物理黏性强，导致吸附在催化剂上的粉尘清灰困难，对脱硝催化剂选型及吹灰器设计要求较高。

1.3 烟气温度高

新型干法窑外分解窑窑尾C1下降管烟气温度为280℃~350℃。烟气含湿量低，露点温度为40℃左右，粉尘比电阻高达1012~1013Ω·cm。

2常用水泥回转窑脱硝技术路线分析

水泥-回转窑是水泥行业生产中重要技术设备，同时燃烧生产过程中会产生大量的NOx。目前在新型式干法水泥行业燃烧过程中生成NOx的方式主要有四种方式，第一种为热力燃烧型NOx，主要体现在燃料在水泥窑炉端部位置燃烧温度在1400℃以上，燃烧过程中产生较多NOx;第二种瞬时燃烧产生的NOx，在燃烧火焰前端低氧状态下生产瞬时NOx，通常这种瞬时的NOx产生量较低;第三种为燃烧原始燃料中含有NOx，在水泥窑燃烧燃料中含有大量氮化合物元素，在低氧燃烧过程中受热分解，且与氧气氧化而生成的氮氧化物。其氮氧化物产生量与燃烧温度及燃烧过程中氧浓度密切相关联。所以在新型式干法水泥水泥窑在较低温度的燃烧炉内产生的燃烧燃料NOx较多;第四种燃烧生料产生NOx，它是由水泥窑进料中初步燃烧过程中形成的NOx。在水泥窑炉尾部烟气污染物中NO2一般仅占NOx总量的8%～12%，主要污染物NO则占比在大于90%。

脱硝技术-水泥窑低氮燃烧，其控制水泥窑炉燃料进料口进料。其燃烧过程中应保证燃烧还原性，就可以进一步降低水泥窑内燃烧过程中生成NOx，通过调整燃烧氧气含量，以降低燃烧过程NOx的生成，然后在氧化过程中充分完全燃烧。近几年随环保污染治理技术的发展，针对水泥回转窑尾氮氧化物的超低(＜50mg/Nm3)标准要求被提上了日程。氮氧化物污染物治理技术，引入火电行业广泛使用催化选择还原性的脱硝技术路线。通过选择性催化还原法脱硝工艺SCR脱硝技术路线的应用，可以有效解决目前阶段对于氮氧化物总量的问题。将SCR脱硝技术路线结合SNCR技术应用在水泥窑现有的生产工艺流程中，充分保证水泥窑在生产过程中烟气通过SCR脱硝工艺实现超低排放要求。SCR脱硝工艺还原剂一般选用50%尿素溶液或20%浓度的氨水，还原剂通过蒸汽蒸发产生氨气喷入水泥窑内，氨气与烟气中的NOx充分反应，生产无害的氮气、水，从而对环境无污染。

3水泥生产中的脱硝技术

3.1高温高尘SCR脱硝技术应用

3.1.1降低SCR反应器入口粉尘浓度

采用低阻高效高温电除尘技术（280℃~350℃），烟气进入SCR脱硝系统前对烟气粉尘进行预处理，将粉尘浓度降低至30~40g/Nm3。在电除尘器进口内设置折板型分布板，烟气粉尘撞击分布板，失去动能后降落至分布板下部灰斗进行预除尘，其余粉尘随烟气进入高温电除尘器再收尘，从而降低粉尘浓度。

3.1.2 反应器系统

该系统采用20%浓度氨水作为还原剂，由预热器C1下降管控制挡板门，缓慢将烟气并入电除尘及SCR脱硝系统，待SCR反应器温度上升稳定后，要求SCR脱硝反应器催化剂在300℃~420℃运行，观察并记录反应器进出口的压差，然后启动氨区氨水输送泵，通过氨水计量系统将氨水送至氨水蒸发器，对应调节氨水输送泵的频率及氨水背压阀组，控制反应器出口NOx≤50mg/Nm3。在适合的温度范围内，催化剂具有较高的活性，才能保证有效去除烟气中的NOx。本方案催化剂选用中温催化剂，其适用温度为300℃~420℃，当烟气温度高于催化剂最高温度420℃时，系统自动报警并将电除尘器入口控制挡板门关闭，隔离除尘脱硝系统，避免陶瓷载体催化剂发生烧结和脆裂，同时防止除尘脱硝设备因高温膨胀受损变形。SCR反应器每层催化剂压差的变化反映了各层催化剂积灰情况，从而决定系统是否吹灰。反应器进出口的压力传感器主要用于测量催化剂进出口压降，该压降不超过新装催化剂设计值的120%。本项目高温高尘方案SCR脱硝装置的中温催化剂每层设计压降为150Pa，4层催化剂压降共计600Pa,当催化剂压降超过720Pa时，系统发出高压差报警提示，立即投用吹灰系统。

3.2中温中尘SCR脱硝

中温中尘SCR脱硝反应器布置在水泥窑尾余热锅炉后，从高温风机引出的废气送入SCR反应器。SCR反应器入口烟气温度在220~260℃，颗粒物浓度通常为60~80g/m3。中温中尘SCR反应器布置余热发电和高温风机后，对余热发电量及窑系统工况的基本无影响。可根据现场情况利旧原系统的增湿塔进行改造利用，不新增占地面积，解决场地受限问题。烟气在经过余热锅炉之后经过沉降，粉尘浓度在40~60g/m3左右，相当于预除尘，适当减少了粉尘对催化剂的磨损和冲刷作用，减缓了催化剂中毒风险，延长了催化剂使用寿命。同高温低尘技术路线相比，该路线烟道走向设计简洁流畅，系统阻力增加幅度相对较低，该路线设计阻力小于800Pa，相对较高温低尘方案系统电耗大大减少。中温中尘SCR脱硝技术的难点在于，由于运行温度比传统催化剂温度偏低，对中温催化剂的活性要求高，中温催化剂的造价较高，同时需要重点考虑烟气中的硫成分对催化剂中毒的影响，目前市场上商用中温SCR脱硝催化剂成熟度还有待验证。存在硫酸铵沉积风险，通常需要配置再热系统，脱硝系统能高，运行成本高。中温催化剂价格相对较高，对于处理系统处置固体废物生产线、中毒等风险更大。

结束语

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

[1]王海,韩晨.水泥窑烟气SCR脱硝技术研究[J].能源科技,2023,21(04):93-96.

[1]刘晓肖,汪春荣.水泥窑烟气脱硝治理工艺技术探讨[J].中国水泥,2023,(02):58-60.

[1]程群,袁子剑.水泥窑采用SCR脱硝技术的工程应用[J].水泥,2023,(04):17-23.