刘文明

（中材安徽水泥有限公司， 安徽 巢湖 238000）

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[1]。具体的反应方程式为：8NH3+6NO2→7N2+12H2O

图 1 某水泥厂选择性非催化还原法脱硝工艺流程图

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[2]。

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[3]。

图 2 某水泥厂脱硝技术安全防护情况

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。