水泥行业污染物治理技术探讨

摘要：水泥生产过程中不仅产生大量烟尘、粉尘，还生成二氧化硫、氮氧化物、氟化物、二氧化碳、一氧化碳等有害气体而污染大气。山东光焱环保对现有水泥行业废气治理技术进行了分析。

一、前言

水泥制造业是重要的基本行业，也是带动国家民生、交通、国防等相关行业发展的基础；但另一方面，水泥制造业却是一极为耗能、污染量大的行业，因此在国民生活水平提高、环保意识抬头之后，水泥行业更成为民众陈情抗争的主要对象之一。在水泥制造过程中，几乎每一操作流程均有污染产生，其中以粒状粉尘污染最为大家所熟知。除了粒状污染物外，因燃煤产生的硫氧化物，以及旋窑高温烧成而产生的氮氧化物也为重要的污染源，尤其NOX更成为破坏臭氧及带来酸雨的主要污染物，近年来也更受环保单位所重视。CO2也是燃烧的主要产物之一，由于其是主要的温室效应气体，近年来业已开始为大家所重视。

山东光焱环保科技有限公司结合多年从事设计、生产环保设备的实践经验，和大家探讨水泥行业污染物控制治理技术。

二、水泥污染物控制技术

水泥行业中水泥窑烟气是最主要、最关键的废气排放源，烟气治理由脱硝、除尘两个重要环节构成。由于水泥生产工艺的特殊性，水泥窑烟气温度高，产生的热力型氮氧化物浓度高，脱硝难度大；水泥窑窑内为碱性环境，预热器及分解炉的碱性物料在高温区域对窑尾燃煤排放出来的二氧化硫具有很高的捕捉力，在正常的水泥窑运行条件下，窑尾二氧化硫排放浓度很低，因此很多水泥窑烟气无需末端脱硫措施。水泥行业烟气净化工艺可采用的方法有很多，当前，烟气常用脱硝技术包括低氮燃烧技术、选择性非催化还原技术(SNCR)、选择性催化还原技术（SCR）、生产控制以及热碳催化还原复合脱硝技术；除尘技术为袋式除尘器、电除尘器以及电袋复合除尘器。

各污染物控制技术如下：

1、氮氧化物治理技术

（1）低氮燃烧技术

低氮氧化物燃烧技术主要包括低氮燃烧器和分解炉分级燃烧技术。低氮燃烧器通过增加燃烧器风道，降低一次空气比例，使煤粉分级燃烧。分解炉分级燃烧技术利用助燃风分级或燃料分级加入，减少分解炉内氮氧化物的生成，并通过控制燃烧过程，还原炉内的氮氧化物，可减少氮氧化物产生。

（2）选择性非催化还原技术(SNCR)

选择性非催化还原法（SNCR）是将氨或尿素等还原剂喷入炉内之高温区，将氮氧化物分解成N2与O2的方法。若为提高氮氧化物的去除效率，而增加药剂喷入量时，未反应的氨会残留在烟气中，与烟气中的HCl反应，而产生气态氯化铵，导致铵盐沉积在锅炉省煤器上。

（3）选择性催化还原法（SCR）

SCR是在水泥窑预热器出口处安装催化反应器，在反应器前喷入还原剂(如氨水或尿素)，在适当的温度（300-400℃）和催化剂作用下，将烟气中的氮氧化物还原成氮气和水。

从目前SCR技术的发展情况来看，有两种选择：一是将SCR设备安装在除尘器之前，这时烟气温度较高，可满足催化还原反应要求，但由于粉尘浓度过高，会造成催化剂磨损和堵塞。另一种选择是将SCR设备安装在除尘器之后，这时粉尘浓度非常低，没有了催化剂堵塞问题，但由于温度下降较多，催化还原反应温度不够。

（4）热碳催化还原复合脱硝

热碳催化还原复合脱硝技术是通过对分解炉进行风、煤和粉状催化剂投料的工艺改造，在分解炉下部的局部区域或新增还原区域创造贫氧还原氛围，以热碳和CO为还原剂，并在高效复合催化剂作用下将水泥窑内产生的氮氧化物（热氮与燃烧氮）还原为氮气和二氧化碳（一级热碳催化还原）。其次，对分解炉内燃煤产生的氮氧化物（燃烧氮和瞬时氮）再以NH3为还原剂，在分解炉后部喷入少量氨水还原为氮气和水（二级氨法还原）。该技术氮氧化物去除效率可达90%。

2、颗粒物治理技术

除尘系统的核心是各种除尘器，主要有袋式除尘器、电除尘器、电袋复合除尘器等。

静电除尘器是利用电能去除粒状物质的高效率集尘装置，可收集的粒状物粒径可小至0.1微米，收集效率在80%以上，在某些情况下效率可高达99.9%，效率的高低受气体性质如粒状物粒径大小等因素所影响。气体进入静电除尘器前，一般都加设前处理单元，前处理设备包括以机械式集尘装置收集部分大颗粒粉尘，以减轻负荷；或添加化学药品改变气体的物理性质，以加强收集效果。静电除尘器启用初期通常是很有效的，但随着使用年限的增长，其维护费用增高，收尘效率逐渐降低，甚至于还超标排放。从未来发展的状况来看，现在大型水泥生产线基本都全线采用袋式除尘器，而原来采用的电除尘器也逐步改造为袋式除尘器。因此，越来越多的水泥工业应用的是袋式除尘器，大力创新发展袋式除尘器已经成为未来废气治理的主流设备。

袋式除尘器是一种利用有机或无机纤维过滤布将含尘气体中的粉尘过滤出来的净化设备，因滤布多做成袋式，所以称袋式除尘器。袋式除尘器采用深层过滤或表面过滤的过滤机理将粉尘阻挡在滤布外部而通过洁净气体，从小量到大量气体均适合处理，对于一般废气粒状物的收集效率可达到99%，微细粉尘的效率可达到98～99%。为维持持续稳定的处理能力和较高的净化效率，需要采取清灰机构将附着的粉尘抖落。袋式除尘器具有价格合理、除尘效率高、适应性强、维护简单等优点，适合在水泥制造业、垃圾焚化炉以及预拌混凝土业等方面得到广泛的应用。

总体而言，与电除尘器相比，袋式除尘器的主要优点在于它具有较高的除尘效率。目前电改袋技术的研发也取得了较大的创新。例如，脉冲袋式除尘器的技术改造不需要拆除旧的电除尘器，也不需上游工艺很长的停机时间，就能将任何电除尘器改装成袋式除尘器。这样改造后，则降低了排放值、改善了流动状况，减少了维护费用。另外一种类型的改良是电袋复合式除尘器，这是从北美开始发展起来的，目前世界上主要有二种形式，国内应用的还都是其中的前电后袋式。前电后袋式又分为分体式和一体式二种，分体式就是将二台单独独立电除尘器和袋式除尘器中间通过管道连接成电袋复合式除尘器；而一体式是将电除尘器与袋除尘器在一个壳体之内有机的组合在一起。

三、结论

经过多年的治理，尽管水泥行业的污染状况比过往情况年已经有了很大改观，但水泥行业的污染问题仍然严重，尤其是粉尘污染还是全国的第一大户。水泥产业作为高能耗、高污染工业，更是被国家与人民密切关注，环保问题正成为水泥企业生死存亡的关键。随着各地多项环保政策的提出，显然，水泥行业的排放限值会越来越严格，水泥超低排放必然是大势所趋。

山东光焱环保期望通过本文关于水泥行业污染物治理技术内容的探究，为日后提高空气质量，提供宝贵的意见。