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技术 | 水泥厂脱硝技术及安全防护探析

来源:《中材安徽水泥有限公司》 发布日期:2020/1/10 编辑:水泥厂脱硝技术及安全防护探析
核心提示:水泥厂脱硝技术及安全防护探析

众所周知,水泥厂每年的氮氧化物排放量十分巨大,是造成大气污染的主要原因。随着我国环保事业的不断发展,国家和政府对于水泥厂的建设和生产提出了更高的要求。


1 水泥厂脱硝技术的类型


整体而言,根据水泥厂产生氮氧化物的原因,可以将具体的脱硝技术分为两大类 :第一类是从根源进行治理,也就是减少煅烧中产生的氮氧化物。比如采取含量较低的氮燃烧器,或者是在分解炉中进行分段地燃烧,保证燃烧温度符合生产要求, 也可以更改配料的方案,使用一些矿化剂,降低燃烧的温度。 


第二类是从末端进行治理,也就是减少烟气中排放的氮氧化物。比如选择性非催化还原法,或者是分级燃烧和选择性非催化还原结合法,也可以是选择性催化还原法,或者是选择性催化还原法和非催化还原法相结合,还有一种是生物脱硝法。


1.1 选择性非催化还原法



这种脱硝方法,简称为SNCR,能够达到60%左右的脱硝效率,也就是说在普通的条件下,如果温度较高,并且不添加任何的催化剂,那么烟道中的氨自由基就会与一氧化氮和二氧化氮等气体发生反应,之后产生大量的热,需要注意的是,烟气中含有大量的氧,这是反应中必不可少的物质。在具体的操作中,将浓度为 30%的氨水或者是浓度更高的尿素溶液,通过喷雾装置,直接喷入分解炉中,这样在温度适宜的区域,雾化状态的氨就会与一氧化氮与二氧化氮等混合气体发生化学反应,这种反应是选择性非催化还原反应,能够直接将氮氧化物转化为氮气,而且氮气无毒无害,同时不会造成污染。


如果反应的温度低于适宜的温度,反应的效率会大大降低,但是如果温度高于适宜的温度,那么雾化的氨直接会变成氮气和一氧化氮,这样就不会发生其他反应,导致脱硝失败,反而加大了污染。一般而言,雾化氨反应的适宜温度在900~1000℃之间。下面是选择性非催化还原法的反应方程式:4NH₃+4NO+O₂ → 4N₂+6H₂O


目前选择性非催化还原法的设备相对比较简单,并且投资比较少,得到了广泛的应用,水泥厂脱硝工艺流程如图 1 所示。

1.2 选择性催化还原法


这种脱硝技术简称SCR,是通过垂直的催化剂反应塔,加上无水氨,之后从燃烧装置和烟气中发生脱硝反应,除去氮氧化物。这种技术将氨作为反应剂,并且和烟气充分进行混合,之后一起经过催化剂层,发生一系列的反应。需要说明的是,在催化剂层中,氨可以将氮氧化物分解为水和氮气,而且烟气中的氧并不会与氨发生反应,不会产生很多热量,所以这种技术的脱硝效果极高,可以达到80%以上,而且氨的逃逸率极低,设备运转效果也很好,可以做到零污染。具体的反应方程式为 :8NH₃+6NO₂ → 7N₂+12H₂O


但是选择性催化还原法的投资较大,并且设备比较复杂,运行和维护费用也比较昂贵,加上并不十分成熟,没有得到广 泛的推广和应用。



2 水泥厂脱硝技术的问题


2.1 排放不达标


虽然大多数脱硝技术和工艺都能够达到50%以上的脱硝效率,但是无效率的区域还是比较明显,并且随着我国环保事业的不断进行,氮氧化物的排放标准一定会越来越严格,那么这种脱硝效率肯定无法满足社会的需求,并且会被社会淘汰,如果进行改革,一定首当其冲。


2.2 成本比较大


众所周知,将氨水喷洒到分解炉中,虽然能够充分反应,但是由于烟气中有很多杂质以及延缓反应的成分,所以氨水容易被一些粉尘吸附,或者是没有充分地接触到氮氧化物,这就使得理论值与实际喷洒量出现偏差。通常使用的氨水超出理论值的2倍以上,这也就说明,有一半多的氨水没有发生反应,也没有得到有效的利用,这也就加大了脱硝的投入和成本。举个简单的例子,拿3000t/d的水泥生产线为例,氨水消耗量理论值为每小时300千克,但是实际却使用了600千克,如果按年计算,每年将白白浪费200万元。


2.3 氨逃逸率高


不需要催化剂的脱硝技术,主要是利用温度发生反应,达到脱硝的目的,这也就说明反应的区域必须是高温区,那么氨水就会在雾化的过程中发生逃逸。这种现象不容忽视,因为氨本身具有一定的刺激性气味,达到一定浓度后,将会刺激人体的中枢神经系统,让人产生不良反应,与此同时,氨也极易溶于水,之后与氮氧化物发生反应,形成硝酸铵等物质,这也就导致了雾霾的发生。


3 水泥厂脱硝技术的安全防护


通常情况下,水泥厂脱硝技术的还原剂主要是氨水,并且得到了各大水泥厂的普遍认可,已近成为了市场上最常用的还原剂。但是氨水的性质很不稳定,如果温度升高,就会分解,从而产生氨气,这就在周围埋下了一定的安全隐患。如果天气炎热,很可能发生爆炸,或者是容器的压力过大,也会产生开裂,另外,氨的泄露对于人体的危害也是极其明显的,所以必须做好安全防护工作。


氨水的化学名称叫做氢氧化铵,是氨气溶于水后形成的溶液,为无色透明的液体,但是其具有特殊的气味,并且极易挥发,整体呈弱碱性。氨水与氨气的性质一样,都有腐蚀性,并且能够使人窒息。一般情况下,氨水没有危险,并且不会燃烧,从氨水中挥发的氨气才是有毒气体,可以爆炸和燃烧,并伤害人体的皮肤


所以针对氨水的特点,需要采取必要和行之有效的预防措施。尤其是要预防爆炸,消除点火源,提高风险评估,制定相应的应急预案。比如设置安全指示标语,公布使用须知,尤其是在储存区域要张贴明显的安全警示标语,并且安装避雷装置,同时卸料区还有预防静电,周围还需要建立水池以及冲洗装置, 当发生泄漏时,能够及时冲洗,减少损伤。需要注意的是,水泥厂领导要组织和安全员工定期进行培训,加强安全防护工作的宣传,提高员工的安全意识,并且组织一些演习活动,不断优化管理制度,保证管理工作科学有效进行,典型的安全防护情况如图 2 所示。



4 结语


综上所述,水泥厂采用脱硝技术已经是大势所趋,随着生产线上的脱硝设施也日益完善,尤其是配备了相应的监控系统和高效质量设备,显著地提高了水泥厂的脱硝效果,相信不远的将来,氮氧化物的排放量一定会大幅度地下降,我国的空气质量将会明显提升。

作者:刘文明


来源:《中材安徽水泥有限公司》


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