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技术 | 水泥脱硝技术对环境的影响与分析

2019年03月08日 热度:694 ℃

当前,我国水泥生产行业发展迅猛,其氮氧化物的排放量正在逐年递增。作为一种活性较高且氧化性较强的污染物,氮氧化物也是酸沉降、土壤污染以及水体富营养化等环境问题出现的重要因素。这些问题严重威胁人们的身体健康,因此对于氮氧化物的控制就变得至关重要。人们可以采用脱硝技术,从水泥生产源头来有效降低氮氧化物的排放量。但是,其间会出现一系列新的环境问题,人们只有做好相应防范工作,才能有效地降低该技术对生态环境造成的负面影响。

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水泥脱硝技术分析

1.1 低氮分级燃烧技术

作为水泥生产中脱硝技术的一种,低氮分级燃烧技术主要遵循燃烧学原理,通过改变运行工况,将燃烧工艺中生成的氮氧化物进行还原或抑制。在具体应用的过程中,人们要在烟室与分解炉之间建立还原燃烧区。同时,利用煤将原分解炉的一部分分入该区域,使其通过缺氧燃烧形成一系列还原剂,如一氧化碳、甲烷以及氰化氢等,从而将煅烧过程中产生的氮氧化物转化为无危害、无污染的氮气。与此同时,煤在缺氧燃烧的状态下对于氮氧化物的产生也起到了一定的抑制作用。现阶段,低氮燃烧技术主要包括空气分级燃烧、燃料分级燃烧以及浓淡燃烧等。采用该技术,可以更好地改造燃烧室,同时所需经费较少, 但是其脱硝效率仅在 30% 左右,脱硝效果不是十分明显,很难满足氮氧化物控制技术的要求。

1.2 选择性非催化还原技术

选择性非催化还原技术是水泥脱硝技术的重要类型,也叫 SNCR 技术。其主要原理是:当燃烧温度在 850 ~ 1 000℃时,在有氧的条件下,在排出的气流体中注入氨或氨的先驱物,使一氧化氮按照相应的反应规律进行还原。现如今,水泥行业的还原剂都具有氨气基,其主要由氨水和尿素水组成,可以将煅烧过程的氮氧化物还原为氨气和水,在水泥熟料生产线的分解炉内,存在符合 SNCR 技术工作的反应温度窗口。该技术对氮氧化物的脱除率较高,一般在50% ~ 80%,同时其操作系统简单,为实际脱硝操作提供便利。但是,该技术对反应温度的要求较高, 需要使用大量还原剂,导致运行成本显著增加。此外, 该技术易受到反应温度、化学反应时间以及喷枪位置等因素的影响。

1.3选择性催化还原技术

选择性催化还原法又被称为 SCR 脱硝技术,也是一种水泥脱硝技术。该技术应用要有一定的催化反应条件,通过具有氨气基的还原剂将烟气中的氮氧化物还原为水和氨气,从而降低氮氧化物的排放量。SCR 脱硝技术对温度的要求较高,要求反应温度控制在 300 ~ 450℃。在没有预热器参与的条件下,水泥炉窖中的烟气道温度远低于该温度,因此必须做好烟气的加热工作。同时,要采用合适的 SCR 催化剂, 如二氧化钛或 V205-M003,而催化剂的外形通常采用板式、波纹板式以及蜂窝式等结构。SCR 脱硝技术的脱硝效果非常明显,通常氮氧化物的脱除率能够达到 60% ~ 90%。但是,其对于设备有着严格的要求, 要求其具有较高的耐腐蚀性,同时投资运行所需费用较大,易对环境造成二次污染。

1.4组合脱硝技术

组合脱硝技术就是指综合运用各种脱硝技术, 通常将两种或三种脱硝工艺技术进行组合。通常,人们采用低氮分级燃烧技术与选择性非催化还原技术或选择性催化还原技术相结合的脱硝技术,同时也可以采用选择性非催化还原技术与选择性催化还原技术相组合的脱硝技术,其应用十分广泛。目前,日本、德国等发达国家通常先采用低氮分级燃烧技术来降低氮氧化物含量,再运用烟气脱硝工艺脱硝。这些组合脱硝技术能够提高传统脱硝效率,同时降低投资运行成本。

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水泥脱硝技术产生的环境影响

2.1 新增逃逸氨气对环境的影响

如今,一些新型脱硝技术不断应用在水泥生产中。虽然它们能够有效降低氮氧化物的排放量,但是一些新型污染物的出现对环境造成一定负面影响。研究表明,安装脱硝装置后,新型脱硝技术使污染物中新增了一种氨气污染物,这种污染物也被称为逃逸氨气。逃逸氨气是指在还原反应中,部分气体没有充分和氮氧化物反应而流入空气中。这些逃逸氨气导致其间出现硫酸铵或其他铵盐,而这些铵盐会堵塞、腐蚀空气预热器等设备。若这些逃逸氨气与飞灰相互吸附,也会影响飞灰处理工作,其散发的氨气臭味也严重影响水泥厂附近居民的正常生活。

2.2 脱硝装置所产生的环境风险问题

脱硝技术在水泥生产中的应用,也会带来一定的环境风险。若采用氨水作为还原剂,那么其运输和存储很容易对生态环境造成威胁。其主要原因是氨水的性质与其他还原剂不同,具有较强的刺激性臭味, 易溶于水,具有一定毒性,也会腐蚀人体皮肤,甚至使人窒息。氨水极易分解为氨气,分解速度与空气温度成正比,一旦遇到明火,极易发生爆炸。一旦氨气在存储或运输中出现泄漏,容易引发爆炸事故,对周围环境造成严重威胁。

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水泥脱硝技术环境影响的防范措施

3.1 逃逸氨气的控制措施

当前,脱硝技术越来越广泛地应用在水泥生产中,该技术虽然能够有效地还原与分解氮氧化物,但是会产生新的污染源,进而污染环境。因此,采取相应的防范措施就变得至关重要。首先,要合理控制逃逸氨气,避免其影响周围环境。人们可以在炉膛中喷射合适的还原剂,严格控制温度、停留时间等反应条件,一旦温度过低,氮氧化物与还原剂没有充分反应,便会形成逃逸氨气。因此,要严格控制 SCNR 系统中的喷射系统,保证还原剂的喷射量和还原剂的分布符合相关要求。其次,要不断完善控制系统,优化相应流程,降低逃逸氨气出现的概率。

3.2 脱硝装置的环境风险防范措施

首先,水泥生产企业要制定完善的脱硝装置的环境风险防范措施。其次,在设计氨水储罐时,要尽量降低氨水储罐内部的容量,同时要使其远离火种和热源,将其布置在阴凉且通风的地方,在氨水储罐的上方设置顶棚,避免氨水暴晒而发生爆炸。最后, 应使用符合国家质检标准的容器运输氨水,运输车要配备相应的消防器材,以便及时处理泄漏问题。

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结语

近年来,我国社会经济不断发展,这也带动了城市建筑业的发展,水泥的市场需求量不断增大。在应用水泥脱硝技术的过程中,人们要全面分析该技术的环境影响,进而采取有效的应对措施,促进水泥生产,降低环境污染与危害,实现人与自然的和谐发展。

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