摘要石灰作為廣泛用于建筑、冶金、化工、輕工、食品、環(huán)保及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，作為經(jīng)濟(jì)建設(shè)不可或缺的重要原材料，其加工過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化物(NOX)污染物。工業(yè)加工過(guò)程需對(duì)氮氧化物的污染物進(jìn)行處理，使其達(dá)標(biāo)排放。本文針對(duì)新疆某活性氧化鈣環(huán)保型示范項(xiàng)目所采取的脫硝工藝處理技術(shù)進(jìn)行介紹。

　　關(guān)鍵詞氮氧化物煙氣脫硝處理技術(shù)

　　石灰是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)不可缺少的重要原材料，不僅用于建筑與道路工程，還廣泛用于冶金、化工、輕工、食品、環(huán)保及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。在冶金石灰生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中，會(huì)排放出含有多類型污染物的煙氣，這些煙氣中還含有二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等有害氣體。所以除了冶金石灰加工過(guò)程選用清潔的燃料外，還需要對(duì)排放的廢氣進(jìn)行凈化處理，要控制冶金石灰的污染源，在石灰生產(chǎn)過(guò)程中就要加以控制，設(shè)立尾氣凈化設(shè)施，讓焙燒窯爐所產(chǎn)生的廢氣通過(guò)凈化設(shè)備處理，降低污染物濃度，本次以新疆托克遜縣某活性氧化鈣環(huán)保型示范項(xiàng)目所采取的脫硝工藝處理技術(shù)為具體實(shí)例，進(jìn)行脫硝處理技術(shù)的介紹。

　　1項(xiàng)目簡(jiǎn)介

　　新疆托克遜縣某活性氧化鈣環(huán)保型示范項(xiàng)目是以濕法電石渣為生產(chǎn)原料，以蘭炭爐尾氣為燃料，經(jīng)過(guò)煅燒生產(chǎn)活性氧化鈣(CaO%≥85.0%)，屬于技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)項(xiàng)目。項(xiàng)目運(yùn)用高效的閃蒸干燥、補(bǔ)償式雙熱源動(dòng)態(tài)煅燒技術(shù)，脫去物料中的H2O生成氧化鈣，將電石渣Ca(OH)2變成氧化鈣產(chǎn)品。項(xiàng)目產(chǎn)生的煅燒廢氣采用低氮燃燒、低氧配風(fēng)、脫硝處理等手段處理達(dá)標(biāo)后煅燒廢氣回用于石灰窯及干燥系統(tǒng)進(jìn)行余熱利用。

　　2脫硝技術(shù)應(yīng)用

　　煅燒排放的SO2、NOx主要為燃料中所含有的S、N等元素在高溫燃燒過(guò)程產(chǎn)生的尾氣。窯爐排放的煙塵、SO2、NOx濃度均高于《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》及《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，如果不對(duì)這些污染物進(jìn)行及時(shí)有效的處理，那么勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致環(huán)境空氣質(zhì)量的污染現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。

　　煙氣中氮氧化物處理階段一般分為前期處理、 燃燒過(guò)程控制和后期煙氣脫硝。燃燒前期處理是對(duì)燃料進(jìn)行脫氮處理，無(wú)工業(yè)應(yīng)用;燃燒過(guò)程控制主要是改善燃燒狀態(tài)，控制過(guò)量空氣、燃燒溫度;后期煙氣脫硝技術(shù)主要是非催化還原反應(yīng)(SNCR)技術(shù)、催化還原反應(yīng)(SCR)技術(shù)和聯(lián)合脫硝技術(shù)(SNCR+SCR)[1]。另外還有微生物法、電子束發(fā)、活性炭吸附法等技術(shù)，但均因運(yùn)行成本、操作難度等原因未得到工程應(yīng)用與推廣。現(xiàn)有的脫硝設(shè)備種類多，分為濕法和干法兩大類，由于濕法脫硝投資較高、設(shè)備及工藝過(guò)程較復(fù)雜、效率一般、會(huì)產(chǎn)生大量的廢水和需要二次處理法的廢棄物等諸多不利因素，所以目前還是提倡用干法脫硝[2]。

　　2.1低氮燃燒技術(shù)和低氮燃燒器

　　低氮燃燒技術(shù)是一種比較經(jīng)濟(jì)的控制氮氧化物的方法，它根據(jù)氮氧化物的生成原理，主要是控制氮氧化物的生成量，分解已生成的氮氧化物。設(shè)備上主要是采用低氮燃燒器，工藝上有空氣、燃料分級(jí)技術(shù)、還原爐膛等技術(shù)，采用冷卻、循環(huán)等方式控制燃燒溫度，減少空氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間等，從而達(dá)到低氮燃燒的目的。低氮燃燒器是通過(guò)調(diào)整燃燒理論當(dāng)量比、降低燃燒溫度、降低空氣濃度等技術(shù)原理，達(dá)到控制氮氧化物產(chǎn)生的目的[1]。低氮燃燒技術(shù)脫硝率達(dá)到20%，低氮燃燒器脫硝率達(dá)到20%，空氣分級(jí)燃燒技術(shù)脫硝率達(dá)到20%。

　　2.2還原法脫硝技術(shù)

　　還原法是通過(guò)向煙氣中加入還原劑，在催化劑的作用下或在一定的溫度下，對(duì)煙氣進(jìn)行脫硝的方法。目前主要包括選擇性催化還原技術(shù)(SCR)、選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)，以及選擇性的催化還原及非催化還原(SCR—SNCR)法。

　　2.2.1催化還原脫硝(SCR)

　　SCR法是最成熟的尾氣脫硝方法。SCR原理是在催化劑和合適的溫度條件下，促使噴入的氨基還原劑同煙氣中的NOX反應(yīng)生成無(wú)害的氮?dú)夂退�。催化劑用于促進(jìn)還原劑與NOX之間的化學(xué)反應(yīng)，噴入的還原劑為氣態(tài)，可采用的還原劑有氨水、尿素和液氨[3]。還原劑原料需有各自的制備工藝，主要由還原劑存儲(chǔ)制備系統(tǒng)、計(jì)量稀釋組件、噴氨組件和反應(yīng)器(催化劑)組成。脫硝效率可達(dá)90%以上。

　　2.2.2非催化還原脫硝(SNCR)

　　SNCR法中利用了煙氣余熱使還原反應(yīng)進(jìn)行。原理是氨基還原劑在700~1100℃的溫度下，同煙氣中的NOX反應(yīng)生成無(wú)害的氮?dú)夂退�。無(wú)需專門的反應(yīng)器，在煙道、允許的爐膛均可實(shí)施脫硝。噴入的還原劑一般為液態(tài)，可采用的還原劑有氨水和尿素[1]。主要由還原劑制備系統(tǒng)(尿素溶液制備、存儲(chǔ)或是氨水的存儲(chǔ))、高流量循環(huán)模塊、稀釋計(jì)量模塊、分配模塊、稀釋水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)組成。由于工藝過(guò)程中不使用催化劑，投資與運(yùn)行費(fèi)用比SCR法低，但其脫硝效率低(在30~70%)，且受溫度影響大，只能應(yīng)用對(duì)脫硝率要求不高的行業(yè)。

　　2.2.3聯(lián)合脫硝技術(shù)(SNCR+SCR)

　　SCR-SNCR法就是在兩種方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行的技術(shù)改進(jìn)。SCR一次投資過(guò)高和SNCR無(wú)法達(dá)到現(xiàn)有環(huán)保要求的問(wèn)題。采用投資少的SNCR作為一次脫硝，再通過(guò)SCR脫硝完成二次脫硝，其中采用的氨基還原劑可得到較好的連續(xù)利用，聯(lián)合脫硝是較為經(jīng)濟(jì)的組合脫硝技術(shù)。這種復(fù)合方法結(jié)合了各自的優(yōu)點(diǎn)，大大提高NOX脫除率且降低成本及減少氨的泄漏。聯(lián)合工藝系統(tǒng)可以用較低的設(shè)備投資，獲得更好的脫除效率[2]。

　　3脫硝技術(shù)方案

　　項(xiàng)目采用蘭炭爐尾氣為燃料，因蘭炭爐尾氣中存在大量的燃料型NOX，根據(jù)同類工程經(jīng)驗(yàn)以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，未采取措施的情況下，燃燒煙氣NOX含量一般在700~1100mg/Nm3，遠(yuǎn)超過(guò)環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求。項(xiàng)目擬采用低氮燃燒、SCR脫硝方案共同實(shí)施方式，以保證煙氣達(dá)標(biāo)排放。

　　3.1低NOX燃燒器

　　熱風(fēng)爐自動(dòng)燒嘴采用低NOx自動(dòng)燒嘴，其特征如下：由燃燒器、風(fēng)機(jī)、煤氣壓力保護(hù)器、煤氣調(diào)節(jié)閥、空氣調(diào)節(jié)閥、煤氣安全切斷閥、母火燒咀(點(diǎn)火槍)系統(tǒng)、溫控儀、火焰探測(cè)器、PID調(diào)節(jié)儀、程序控制器等多個(gè)部件組成。具有自動(dòng)吹掃、電子點(diǎn)火、負(fù)荷比例調(diào)節(jié)、煤氣壓力保護(hù)、熄火保護(hù)等全自動(dòng)運(yùn)行控制的功能。蘭炭爐氣在燒嘴內(nèi)為兩級(jí)，由內(nèi)向外分別為內(nèi)層蘭炭爐氣和外層蘭炭爐氣，每級(jí)由數(shù)個(gè)蘭炭爐氣出口組成;進(jìn)入燃燒器的助燃空氣分為四股，由內(nèi)向外分別為點(diǎn)火風(fēng)、一級(jí)風(fēng)、二級(jí)風(fēng)和三級(jí)風(fēng)。

　　點(diǎn)火風(fēng)處于軸心位置，一級(jí)風(fēng)位于點(diǎn)火風(fēng)管外圈，呈旋流狀，量少，相對(duì)大量的中間內(nèi)燃?xì)馀c低速少量一級(jí)風(fēng)形成負(fù)壓區(qū)域內(nèi)濃燃燒，以及在鈍體原理作用下形成穩(wěn)定中間根部火焰，能提供火焰穩(wěn)定所需要的著火熱，此外還能形成還原氣氛。外側(cè)燃?xì)馀c二級(jí)風(fēng)形成二級(jí)濃燃燒，此處二級(jí)風(fēng)流速極低，風(fēng)量也極小;最后外側(cè)燃?xì)獯┻^(guò)二級(jí)風(fēng)域后，與三級(jí)風(fēng)形成淡燃燒。濃淡燃燒產(chǎn)生的還原氣氛，在高溫下結(jié)合燃?xì)庵械腍2、CH4等能將NOX還原成N2，有效抑制燃料型NOX的生成。

　　3.2煙氣循環(huán)燃燒

　　蘭炭爐氣的熱值在1700kCal/Nm3左右，而所需的燃燒煙氣溫度為1200℃，因此按助燃空氣配比，其空氣系數(shù)在2左右，即燃燒煙氣中O2含量將超過(guò)8%，這為NOX生成創(chuàng)造了高氧的條件。針對(duì)工程實(shí)際，采用循環(huán)煙氣回流、降低一次風(fēng)用量，在燃燒溫度、煙氣量不變的前提下，降低燃燒煙氣氧含量，同時(shí)做到余熱回收。該方法基于低氧燃燒的理論，通過(guò)將高溫?zé)煔馀c回流煙氣混兌的手段，在保證燃燒器穩(wěn)定燃燒的前提下，采用合理降低助燃空氣中氧含量的方法實(shí)現(xiàn)達(dá)到降低NOX排放的目的。

　　助燃空氣中的氧含量，助燃空氣溫度以及助燃空氣的過(guò)剩空氣系數(shù)是影響最終煙氣中NOx排放值的三個(gè)重要因素。采用煙氣回流方法就是利用氧含量較低(一般在2%～4%)，溫度較高的回流煙氣與預(yù)熱空氣混合后降低燃燒空氣中氧含量，提高助燃空氣的溫度的方式最終達(dá)到降低NOX排放的目的。本項(xiàng)目將布袋除塵后的約200℃的煙氣通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)回流至熱風(fēng)爐，在爐體的圓周上均布有若干循環(huán)煙氣噴入口，實(shí)現(xiàn)循環(huán)煙氣與燃燒煙氣的均勻混合。

　　3.3催化還原脫硝(SCR)

　　采用上述的低NOX燃燒器及煙氣回流技術(shù)后，煙氣中NOX可降低40%~50%，但仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)煙氣中NOX的達(dá)標(biāo)排放。因此還需對(duì)除塵后的煙氣進(jìn)行脫硝處理。脫硝系統(tǒng)就是將煙氣中的部分NO氧化為NO2，然后采用尿素水溶液噴淋吸收煙氣中的NO和NO2，并利用尿素與之發(fā)生還原反應(yīng)生成氮?dú)狻⒍�氧化碳和水，從而達(dá)到煙氣脫硝的目的。還原劑選用尿素而未采用氨水是因?yàn)槟蛩叵鄬?duì)氨水價(jià)格更低、運(yùn)輸方便且便宜、無(wú)害、安全性好、存儲(chǔ)方便，對(duì)設(shè)備的安全要求低，基本上無(wú)特殊要求。

　　尿素作為還原劑的煙氣脫硝原理如下：首先，煙氣中的NO和NO2在氣相中生成N2O3和N2O4，化學(xué)反應(yīng)如下所示：2NO+O2→2NO22NO2→N2O4NO+NO2→N2O3接下來(lái)，生成的產(chǎn)物通過(guò)分子擴(kuò)散作用從兩相界面由氣相擴(kuò)散到液相主體。在液相中形成HNO3和HNO2，并分別電離成H+、NO3-、NO2-，生成的NO2-與(NH2)2CO(尿素)反應(yīng)生成N2和CO2等。化學(xué)反應(yīng)如下所示：N2O3+H2O→2HNO2N2O4+H2O→HNO2+HNO32NO2+H2O→HNO2+HNO32HNO2+(NH2)2CO→2N2+CO2+3H2O綜上，尿素脫除NOx的總化學(xué)反應(yīng)式可以表述為：(NH2)2CO+NO+NO2→2N2+CO2+2H2O由上述機(jī)理，NOX的去除主要是通過(guò)NO氧化，隨后溶于水溶液，與尿素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)達(dá)到去除的目的。

　　SCR脫硝系統(tǒng)主要設(shè)備都模塊化設(shè)計(jì)，SCR系統(tǒng)一般由尿素溶液[CO(NH2)2]制備系統(tǒng)、尿素溶液儲(chǔ)存和供應(yīng)系統(tǒng)、尿素溶液輸送系統(tǒng)、脫硝主體控制系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)、反應(yīng)器系統(tǒng)、煙氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、檢測(cè)控制系統(tǒng)等組成。作為還原劑的固體尿素，被溶解制備成濃度10%的尿素溶液，尿酸溶液經(jīng)尿素溶液輸送泵輸送，在噴入脫硝系統(tǒng)之前，再經(jīng)過(guò)計(jì)量分配裝置的精確計(jì)量分配至噴槍，然后經(jīng)過(guò)雙流體噴嘴霧化后噴入反應(yīng)器內(nèi)，經(jīng)過(guò)反應(yīng)器作用，促進(jìn)煙氣和尿素溶液的混合，保證煙氣中氨離子濃度的均勻分布，發(fā)生反應(yīng)進(jìn)行脫氮。

　　脫硝裝置采用選擇性催化還原法(SCR)，在焚燒爐最大工況下處理100%煙氣量，系統(tǒng)采用壓縮空氣與催化劑一起噴射。催化劑采取“2+1”布置方式，催化劑采用蜂窩式低溫催化劑。在焚燒爐100%負(fù)荷時(shí)保證脫硝裝置出口NOx排放濃度不高于200mg/Nm3，最終在窯尾排氣筒上裝設(shè)在線煙塵連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CEMS)，實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)煙氣排放。

　　鍋爐論文范例： 燃煤工業(yè)鍋爐煙氣凈化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

　　3.4脫硝效果

　　SCR法脫硝技術(shù)相對(duì)工藝比較成熟，還原劑采用尿素溶液制備方便，SCR脫硝系統(tǒng)設(shè)備完備，煅燒廢氣采用低氮燃燒、低氧配風(fēng)、脫硝處理等手段處理后的窯爐尾氣濃度低于《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297-1996)排放標(biāo)準(zhǔn)240mg/Nm3以及《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB9078-1996)二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)300mg/Nm3的要求。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　結(jié)合各工業(yè)窯爐燃燒特點(diǎn)和煙氣的特點(diǎn)，脫硝工藝也在不斷的創(chuàng)新，并且吸收和引進(jìn)先進(jìn)工藝，必將能滿足國(guó)家的環(huán)保要求，隨著時(shí)間的推移和脫硝技術(shù)的發(fā)展，各工業(yè)窯爐的脫硝工藝也將逐步更加成熟和完備。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　作者：王勇