水泥廠脫硝技術及安全防護探析

劉文明

（中材安徽水泥有限公司， 安徽 巢湖 238000）

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，國家和政府對于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。比如采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，并且不添加任何的催化劑，那么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，之后產生大量的熱，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。如果反應的溫度低于適宜的溫度，反應的效率會大大降低，但是如果溫度高于適宜的溫度，那么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，并且投資比較少，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，之后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，并且和煙氣充分進行混合，之后一起經過催化劑層，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，而且煙氣中的氧并不會與氨發生反應，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[1]。具體的反應方程式為：8NH3+6NO2→7N2+12H2O

圖 1 某水泥廠選擇性非催化還原法脫硝工藝流程圖

但是選擇性催化還原法的投資較大，并且設備比較復雜，運行和維護費用也比較昂貴，加上并不十分成熟，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，并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，那么這種脫硝效率肯定無法滿足社會的需求，并且會被社會淘汰，如果進行改革，一定首當其沖。

2.2 成本比較大

眾所周知，將氨水噴灑到分解爐中，雖然能夠充分反應，但是由于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灑量出現偏差。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，那么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，氨也極易溶于水，之后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[2]。

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，并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，氨的泄露對于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，是氨氣溶于水后形成的溶液，為無色透明的液體，但是其具有特殊的氣味，并且極易揮發，整體呈弱堿性。氨水與氨氣的性質一樣，都有腐蝕性，并且能夠使人窒息。一般情況下，氨水沒有危險，并且不會燃燒，從氨水中揮發的氨氣才是有毒氣體，可以爆炸和燃燒，并傷害人體的皮膚[3]。

圖 2 某水泥廠脫硝技術安全防護情況

所以針對氨水的特點，需要采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，并且安裝避雷裝置，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，并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，水泥廠采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。