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详解最主流的烟气脱硝技术

2019/04/24 中国水泥网信息中心

需要再次指出的是,由于对水泥窑烧成系统的研究还处在较为粗放的状态,当前国内水泥行业对窑内工况和氮氧化物的生成机理,仍然存在很多的不足。甚至关于关于热力型氮氧化物产生量与原、燃料氮氧化物产生量熟多熟少,也存在争论。同时,氮氧化物的来源是多方面的,影响因素众多,氮氧化物来源比例除了烧成系统本身的结构以外,也与工况环境,原燃料差异甚至操作人员水平息息相关。......

  2018年年初,河南省人民政府办公厅印发《河南省2018年大气污染防治攻坚战实施方案》中明确指出,对2018年10月底前稳定达到超低排放限值(污染物排放浓度颗粒物≤10mg/m3、二氧化硫≤35mg/m3、氮氧化物≤50mg/m3)的水泥企业,2019年1月1日至3月15日期间,豁免其不再实施错峰生产。方案一出,一石激起千层浪,紧随其后全国其他省市相继出台政策,以超洁净排放为准则衡量水泥企业是否享受错峰豁免权,彼时起,超洁净排放聚焦了全行业的目光。

  本文就着重将目前市面上主流的烟气脱硝技术方案进行整理,并就其优劣进行比较。

  水泥工业氮氧化物从何而来

  在水泥熟料的煅烧过程中,会产生大量的氮氧化物,这些氮氧化物主要是NO和NO2,其中NO约占90%以上,而NO2只有5%~10%。按其来源划分主要取决于原、燃料中氮的含量、燃烧温度的高低和燃料类型。

  (1)燃料NOx

  水泥生产使用的原燃料均来自于自然界,其中不可避免的会含有一定量有机物和低分子含氮化合物,由该部分氮元素直接转化的NOx称为原、燃NOx。原料中的氮主要来源于矿石沉积的含氮化合物,其含氮量一般在20~100ppm(百万分之20~100)。燃料中的氮主要为有机氮,属于胺族(N-H和N-C链)或氰化物族(C=N链)等,其含量一般在0.5%~2.5%。

  (2)热力型NOx

  热力型NOx由空气中的氮气和氧气在高温下发生化学反应而来,其生成速度与温度的关系是由捷里道维奇提出来的,因此称为捷里道维奇机理。当燃烧温度低于1 500℃时,几乎观测不到NOx的生成,当温度高于1500℃时,温度每升高100℃,反应速率将增大6~7倍。因此,热力型NOx主要在燃烧的高温区产生,燃烧温度对其产生量具有决定性的影响。此外,热力型NOx的产生浓度还与N2、O2浓度及停留时间有关。

  (3)快速型NOx

  在欠氧环境下,燃料中的碳氢化合物燃烧分解生成CH、CH2以及C2等基团,它们与氮分子,以及O、OH等原子基团反应而在很短的时间内大量产生NOx,称为快速型NOx。快速型NOx对温度的依赖性很弱,它的生成量一般总NOx生成量的5%以下。

  总体来讲,氮氧化物的来源是多方面的,影响因素众多,氮氧化物来源比例除了烧成系统本身的结构以外,也与工况环境,原燃料差异甚至操作人员水平息息相关。

  脱硝技术措施分类

  常见的脱硝技术中,根据氮氧化物的形成机理,降氮减排的技术措施可以分为两大类:源头上治理和末端治理。

  源头治理的原理是控制煅烧中生成NOx。其技术措施主要有五种:1采用低氮燃烧器;1分解炉和管道内的分段燃烧,控制燃烧温度;③改变配料方案,采用矿化剂,降低熟料烧成温度。

  末端治理的原理是控制烟气中排放的NOx,其技术措施主要有四种:1“分级燃烧+SNCR”,国内已有试点;1选择性非催化还原法(SNCR),国内已有试点;③选择性催化还原法(SCR);1NCR/SCR联合脱硝技术;1生物脱硝技术(正处于研发阶段)。

  国内的脱硝技术,尚属探索示范阶段,还未进行科学总结。各种设计工艺技术路线和装备设施是否科学合理、运行是否可靠?硝效率、运行成本、能耗、二次污染物排放有多少等都将经受实践的检验。

  同时,根据燃烧过程,又可以将脱硝技术分为:(1)。燃烧前脱硝:1加氢脱硝1洗选;(2)燃烧中脱硝:1低温燃烧低氧燃烧1FBC燃烧技术1采用低NOx燃烧器1煤粉浓淡分离1烟气再循环技术;(3)燃烧后脱硝1选择性非催化还原脱硝(SNCR)1选择性催化还原脱硝(SCR)1活性炭吸附1电子束脱硝技术。

  各项烟气脱硝技术对比

       需要再次指出的是,由于对水泥窑烧成系统的研究还处在较为粗放的状态,当前国内水泥行业对窑内工况和氮氧化物的生成机理,仍然存在很多的不足。甚至关于关于热力型氮氧化物产生量与原、燃料氮氧化物产生量熟多熟少,也存在争论。同时,氮氧化物的来源是多方面的,影响因素众多,氮氧化物来源比例除了烧成系统本身的结构以外,也与工况环境,原燃料差异甚至操作人员水平息息相关。

  也正因为如此,氮氧化物源头治理显得相当困难,目前业内脱硝也主要集中在末端治理。

  而在末端治理中,技术最广为人知和成熟可靠的是选择性催化还原技术(SCR)和非选择性催化还原技术(SNCR)。下面我们就将两项技术进行对比:

  总而言之,无论是SNCR技术还是SCR技术,或者是其他烟气脱硝技术,只要适合本厂的实际情况,切能够达到国家排放标准都是可以应用的。

  作为体现行业社会责任的核心,同时也是践行“绿水青山就是金山银山”科学论断的切实需要,水泥行业有必要利用当前利润高涨创造的良好环境,加快环保升级步伐,全面推进绿色生产。去年,国内多省市相继出台特别排放值实施计划,无疑为水泥工业污染物深度减提供了契机。

  为此,中国水泥网拟定于2019年5月召开“2019中国水泥行业超洁净排放技术交流大会”,并将在会议上举行“2019中国水泥环保先锋企业”颁奖典礼,诚邀政府主管领导、技术专家、科研单位、水泥企业、装备服务商等共聚一堂,探讨更高效,更经济的水泥行业超低排放实施方案,推动行业绿色可持续发展。

  相关链接:2019中国水泥行业超洁净排放技术交流大会

(责任编辑:王琲建)

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