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        技術 | 水泥廠脫硝技術及安全防護探析

        來源:《中材台湾水泥有限公司》 發布日期:2020/1/10 編輯:水泥廠脫硝技術及安全防護探析
        核心提示:水泥廠脫硝技術及安全防護探析

        眾所周知,水泥廠每年的氮氧化物排放量十分巨大,是造成大氣污染的主要原因。隨著我國環保事業的不斷發展,國家和政府對於水泥廠的建設和生產提出了更高的要求。


        1 水泥廠脫硝技術的類型


        整體而言,根據水泥廠產生氮氧化物的原因,可以將具體的脫硝技術分為兩大類 :第一類是從根源進行治理,也就是減少煅燒中產生的氮氧化物。比如採取含量較低的氮燃燒器,或者是在分解爐中進行分段地燃燒,保證燃燒溫度符合生產要求, 也可以更改配料的方案,使用一些礦化劑,降低燃燒的溫度。 


        第二類是從末端進行治理,也就是減少煙氣中排放的氮氧化物。比如選擇性非催化還原法,或者是分級燃燒和選擇性非催化還原結合法,也可以是選擇性催化還原法,或者是選擇性催化還原法和非催化還原法相結合,還有一種是生物脫硝法。


        1.1 選擇性非催化還原法



        這種脫硝方法,簡稱為SNCR,能夠達到60%左右的脫硝效率,也就是說在普通的條件下,如果溫度較高,並且不添加任何的催化劑,那麼煙道中的氨自由基就會與一氧化氮和二氧化氮等氣體發生反應,之後產生大量的熱,需要注意的是,煙氣中含有大量的氧,這是反應中必不可少的物質。在具體的操作中,將濃度為 30%的氨水或者是濃度更高的尿素溶液,通過噴霧裝置,直接噴入分解爐中,這樣在溫度適宜的區域,霧化狀態的氨就會與一氧化氮與二氧化氮等混合氣體發生化學反應,這種反應是選擇性非催化還原反應,能夠直接將氮氧化物轉化為氮氣,而且氮氣無毒無害,同時不會造成污染。


        如果反應的溫度低於適宜的溫度,反應的效率會大大降低,但是如果溫度高於適宜的溫度,那麼霧化的氨直接會變成氮氣和一氧化氮,這樣就不會發生其他反應,導致脫硝失敗,反而加大了污染。一般而言,霧化氨反應的適宜溫度在900~1000℃之間。下面是選擇性非催化還原法的反應方程式:4NH₃+4NO+O₂ → 4N₂+6H₂O


        目前選擇性非催化還原法的設備相對比較簡單,並且投資比較少,得到了廣泛的應用,水泥廠脫硝工藝流程如圖 1 所示。

        1.2 選擇性催化還原法


        這種脫硝技術簡稱SCR,是通過垂直的催化劑反應塔,加上無水氨,之後從燃燒裝置和煙氣中發生脫硝反應,除去氮氧化物。這種技術將氨作為反應劑,並且和煙氣充分進行混合,之後一起經過催化劑層,發生一系列的反應。需要說明的是,在催化劑層中,氨可以將氮氧化物分解為水和氮氣,而且煙氣中的氧並不會與氨發生反應,不會產生很多熱量,所以這種技術的脫硝效果極高,可以達到80%以上,而且氨的逃逸率極低,設備運轉效果也很好,可以做到零污染。具體的反應方程式為 :8NH₃+6NO₂ → 7N₂+12H₂O


        但是選擇性催化還原法的投資較大,並且設備比較複雜,運行和維護費用也比較昂貴,加上並不十分成熟,沒有得到廣 泛的推廣和應用。



        2 水泥廠脫硝技術的問題


        2.1 排放不達標


        雖然大多數脫硝技術和工藝都能夠達到50%以上的脫硝效率,但是無效率的區域還是比較明顯,並且隨著我國環保事業的不斷進行,氮氧化物的排放標準一定會越來越嚴格,那麼這種脫硝效率肯定無法滿足社會的需求,並且會被社會淘汰,如果進行改革,一定首當其衝。


        2.2 成本比較大


        眾所周知,將氨水噴洒到分解爐中,雖然能夠充分反應,但是由於煙氣中有很多雜質以及延緩反應的成分,所以氨水容易被一些粉塵吸附,或者是沒有充分地接觸到氮氧化物,這就使得理論值與實際噴洒量出現偏差。通常使用的氨水超出理論值的2倍以上,這也就說明,有一半多的氨水沒有發生反應,也沒有得到有效的利用,這也就加大了脫硝的投入和成本。舉個簡單的例子,拿3000t/d的水泥生產線為例,氨水消耗量理論值為每小時300千克,但是實際卻使用了600千克,如果按年計算,每年將白白浪費200萬元。


        2.3 氨逃逸率高


        不需要催化劑的脫硝技術,主要是利用溫度發生反應,達到脫硝的目的,這也就說明反應的區域必須是高溫區,那麼氨水就會在霧化的過程中發生逃逸。這種現象不容忽視,因為氨本身具有一定的刺激性氣味,達到一定濃度后,將會刺激人體的中樞神經系統,讓人產生不良反應,與此同時,氨也極易溶於水,之後與氮氧化物發生反應,形成硝酸銨等物質,這也就導致了霧霾的發生。


        3 水泥廠脫硝技術的安全防護


        通常情況下,水泥廠脫硝技術的還原劑主要是氨水,並且得到了各大水泥廠的普遍認可,已近成為了市場上最常用的還原劑。但是氨水的性質很不穩定,如果溫度升高,就會分解,從而產生氨氣,這就在周圍埋下了一定的安全隱患。如果天氣炎熱,很可能發生爆炸,或者是容器的壓力過大,也會產生開裂,另外,氨的泄露對於人體的危害也是極其明顯的,所以必須做好安全防護工作。


        氨水的化學名稱叫做氫氧化銨,是氨氣溶於水后形成的溶液,為無色透明的液體,但是其具有特殊的氣味,並且極易揮發,整體呈弱鹼性。氨水與氨氣的性質一樣,都有腐蝕性,並且能夠使人窒息。一般情況下,氨水沒有危險,並且不會燃燒,從氨水中揮發的氨氣才是有毒氣體,可以爆炸和燃燒,並傷害人體的皮膚


        所以針對氨水的特點,需要採取必要和行之有效的預防措施。尤其是要預防爆炸,消除點火源,提高風險評估,制定相應的應急預案。比如設置安全指示標語,公布使用須知,尤其是在儲存區域要張貼明顯的安全警示標語,並且安裝避雷裝置,同時卸料區還有預防靜電,周圍還需要建立水池以及沖洗裝置, 當發生泄漏時,能夠及時沖洗,減少損傷。需要注意的是,水泥廠領導要組織和安全員工定期進行培訓,加強安全防護工作的宣傳,提高員工的安全意識,並且組織一些演習活動,不斷優化管理制度,保證管理工作科學有效進行,典型的安全防護情況如圖 2 所示。



        4 結語


        綜上所述,水泥廠採用脫硝技術已經是大勢所趨,隨著生產線上的脫硝設施也日益完善,尤其是配備了相應的監控系統和高效質量設備,顯著地提高了水泥廠的脫硝效果,相信不遠的將來,氮氧化物的排放量一定會大幅度地下降,我國的空氣質量將會明顯提升。

        作者:劉文明


        來源:《中材台湾水泥有限公司》


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        (本文來源網路,若涉及版權問題,請作者來電或來函聯繫!)

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