喜多（SIOD）水泥行业无氨脱硝新趋势

氨作为一种脱硝剂被广泛应用在水泥、火电、钢铁等行业的氮氧化物治理中。同时，氨也是一种危险化学品，其对环境、员工健康、生产安全都有着不小的危害。本文向大家介绍一种可广泛应用在水泥、火电、钢铁等行业无氨脱硝的新工艺喜多（SIOD）离子发生器，以及它的工艺原理、技术优势和烟气应用的案例。

1.1我国水泥行业市场情况及特点

中国是水泥生产大国，由于需求增长，供给紧张，2019年水泥行情再创新高，据国家统计局统计数据显示，水泥行业全国整年利润1867亿，同比增长19.6%，全国水泥产量达到23.5亿吨，同比增长6.1%，是近5年以来增长最快的一年。

图1-1 我国近五年水泥产量

水泥生产过程中的水泥煅烧系统是最重要的大气污染物排放源，其尾气量占全厂废气量70％左右，产生的污染物除有大量粉尘外，还生成二氧化硫(SO₂)、氮氧化物(NO_X)、氟化物、二氧化碳(CO₂)、一氧化碳(CO)等有害气体和汞及其化合物。水泥行业又是继电力、钢铁之后的NO_X第三大排放源，年排放量在200万吨左右，约占全国NOX排放总量的10%，是造成环境污染的主要元凶之一。

1.2我国水泥行业大气污染物排放标准及政策

1.2.1国家及地方现行排放标准及政策（单位：mg/m³）

表1-1国家及地方现行排放标准及政策

1.2.2地方超低排放标准及政策（单位：mg/m³）

以河南为例，2019年7月29日，河南省生态环境厅发布关于《水泥行业大气污染物排放标准》征求意见稿。根据排放标准要求，到2021年，所有位于河南省省辖市建成区的水泥工业企业的所有生产工序，颗粒物、二氧化硫、氮氧化物分别执行10 mg/m³、35 mg/m³、50 mg/m³的排放限值。

图1-2地方超低排放标准及政策

1.3水泥行业烟气治理现状

随着水泥行业排放政策趋紧，很多水泥企业因为NO_X排放不达标被迫错峰生产或停产，经济损失巨大。水泥企业大气污染物排放治理热情高涨，力度也在持续加大。

水泥工业二氧化硫排放在全国排放量中占比一直较低，窑尾烟气中二氧化硫的排放浓度一般为10mg／Nm³以内，目前市场上多种脱硫工艺比较成熟，二氧化硫排放很容易达到超净水平。氮氧化物和氨逃逸则成为水泥行业的治理重点与难点。

1.3.1水泥行业NO_X来源

水泥生产过程中产生的NOX主要成分为NO和NO₂(NO约占95%)，其来源主要有两个：在温度区间为500℃~1 500℃时，分解炉和回转窑中产生燃料型NO_X，大约占全部NOX 的75％~95％ ；温度＞1 200℃时在回转窑内生成热力型NO_X。

1.3.2水泥行业脱硝技术应用情况

水泥生产过程中窑尾段会产生大量烟气，这些烟气具有温度高、湿度大、NO_X含量高等特点。目前在水泥行业NO_X末端治理技术主要有SNCR、SNCR+SCR两种工艺路线。

1.3.2.1 窑炉低氮燃烧+SNCR技术

SNCR技术是目前水泥行业最成熟、采用最多的末端治理技术，优点就是投资少、装置简单、过程中无需使用催化剂，但是它也有自己的不足，其脱除效率较低、对烟气温度的要求高、气凝胶设备容易造成腐蚀、无法实现NOX的超低排放、并且在SNCR系统中，氨的喷入量很大，造成下游氨的浓度非常高以至于产生氨逃逸的现象，直接导致了二次污染。

1.3.2.2 SNCR+电除尘+SCR技术

SCR技术是国外同行借鉴传统脱硝工艺的基础上提出来的，优点是脱硝的效率高、对烟温的要求低、并且可以实现NO_X的超低排放；但是其投资成本却很高，因需要在原有的SNCR系统上增加除尘系统、SCR系统，另外，由于烟气中含有碱金属、重金属，还可导致催化剂中毒，从而影响系统的脱硝效率，并且目前该技术所使用的催化剂能否在水泥行业中长期稳定运行，还有待考察。

上述两种技术路线都有一个通病，那就是会大量喷入氨，易发生氨逃逸情况。水泥企业为了让原有的脱硝装置能够达到超低排放指标，往往采用过量喷氨或者多级喷氨的方式治理氮氧化物，结果导致大量的氨逃逸。逃逸的氨对环境和健康危害都十分巨大，且氨的制备与存储属于高风险、高能耗、高污染的过程，需要远离人口稠密区与生产区。

氨可对水体、土壤和大气造成严重污染，属第2.3类易燃易爆的有毒气体。低浓度氨对粘膜有刺激作用，高浓度可造成组织溶解坏死。急性中毒：轻度者出现流泪、咽痛、声音嘶哑、咳嗽、咯痰等；严重者可发生中毒性肺水肿，或有呼吸窘迫综合征，患者剧烈咳嗽、咯大量粉红色泡沫痰、呼吸窘迫、谵妄、昏迷、休克等。亦可发生喉头水肿或支气管粘膜坏死脱落窒息。高浓度氨还可引起反射性呼吸停止，液氨可致眼灼伤、皮肤灼伤等。

过喷的氨水对环境也有着巨大的负面影响。有资料显示，我国氨的年排放约为1000万吨左右，超过欧洲与美国氨排放的总和。氨气成为大气环境中含量最为丰富的碱性气体，与SO₂转化形成的硫酸和NO_X转化形成的硝酸发生化学反应，生成硫酸铵与硝酸铵二次无机颗粒物。硫酸盐、硝酸盐及铵盐约占PM2.5年均浓度的30%左右, 但在重污染过程中硫酸盐、硝酸盐及铵盐合计占PM2.5年均浓度的比例高达60%以上，是重污染天气二次无机颗粒物爆发式增长的重要前体物。PM2.5是构成雾霾的主要成分，因此，氨是造成雾霾的重要因素，氨逃逸引发了严重的雾霾问题。

由上可见，针对水泥行业NO_X的治理，现急需一种既能实现超低排放又能实现无氨脱硝的技术路线。

2一种新型无氨脱硝治理工艺：喜多(SIOD)离子发生器脱硝工艺

图2-1 喜多（SIOD）离子发生器

图2-2 离子发生器作为脱硝发生器入选钢协团标文件

2.1喜多（SIOD）离子发生器脱硝技术原理及工艺

2.1.1 技术原理

喜多（SIOD）离子发生器作为脱硝的核心技术，是中晶环境独立开发具有多项自主知识产权的工艺技术，具有效率高、运行可靠、占地面积小可灵活布置、可与高浓度SO2烟气和其他脱硫工艺结合共同脱硫脱硝等特点。相比SNCR和SNCR+SCR技术而言，本工艺路线是一种可实现无氨脱硝的技术，同时它可脱除多种污染物，是在现有水泥生产工艺的基础上，最大限度的利用现有设备，在实现烟气净化的同时保证原有水泥的产量和质量。

其技术原理是通过几种简单化学物质发生反应生成一种具有氧化性的气体物质，并在脉冲低电压的作用下产生电离离子，该离子具有强氧化作用，然后用空气稀释至一定比例并通过鼓风机送入烟道与烟气混合，该离子与烟气接触后，将NO氧化为高价位氮氧化物，该离子对于NO和SO2的氧化有选择性，其先氧化NO，过量后才会氧化SO₂，所以通过控制摩尔比，可控制该离子只氧化NO而不氧化SO₂。被氧化的NO变为高价位氮氧化物后被后面喷入的还原剂还原，因此利用该离子发生器可以实现NO的超净排放。

2.1.2 技术工艺

烟气经过离子发生器被产生的氧化性离子氧化后，紧跟着与还原剂物料S接触，在烟道内氧化后的高价氮氧化物与物料S充分混合反应，除去烟气中的氮氧化物，达到脱硝的目的，脱硝后烟气在旁路烟道与脱氨液接触完成脱氨，脱硝脱氨后烟气经布袋除尘器除尘后经风机从烟囱排入大气。

脱氨液与氨气反应生成铵盐把氨固定下来，最后被布袋捕集。

化学反应方程式：

H₂SO₄ + NH₃ = NH₄HSO₄

H₂SO₄ + 2NH₃ = （NH₄）2SO₄

图2-3 喜多（SIOD）离子发生器工艺原理图

2.2 喜多（SIOD）离子发生器技术路线对比

表2-1 喜多（SIOD）与水泥行业SNCR、SNCR+SCR两种技术路线对比

表2-2 喜多（SIOD）与水泥行业主要氮氧化物治理工艺对比

2.3喜多（SIOD）离子发生器技术特点

（1）无氨脱硝：拒绝氨逃逸、更环保、更安全、更健康；

（2）多污染物近零排放：在实现氮氧化物超低排放的同时，轻松满足水泥窑危废、固废处置中的氟化物、二噁英、重金属的协同脱除；

（3）循环利用：治理副产物可作为水泥生产原料添加到生料里面，对稳定和提高水泥质量有帮助；

（4）轻松应对指标提升，不折腾；

（5）占地小，改造工程量低，快速部署；

（5）工程投资较SCR低40%，运营成本更低（3元/熟料.吨以内）。

3喜多（SIOD）离子发生器应用案例

3.1案例概述

以河南省某家水泥厂脱硝改造项目为例。采用喜多（SIOD）离子发生器对厂区内1#5500t/d水泥窑烟气中氮氧化物进行深度治理，结合该水泥窑前端选择性非催化还原脱硝工艺（SNCR），在尾部新增一套离子发生器脱硝装置。

喜多（SIOD）离子发生器被安装在高温风机后面原烟气段，发生器后安装还原装置，氧化剂和还原剂在烟道内与烟气中的氮氧化物接触反应达到净化烟气目的，经布袋除尘器除尘后净化烟气随引风机进入烟囱排入大气。

该项目1#5500t/d预热器出口烟气量约31.5万Nm³/h，混合烟气温度275℃，已经装有SNCR系统，改造前NO_X出口浓度约350 mg/Nm³，中晶环境设计改造后达NOX≤30 mg/Nm³、氨逃逸小于5ppm。

本工程脱硝技术采用中晶环境自主开发专利技术工艺，包括烟气系统、原料储存系统、制备系统、物料输送系统、离子发生器系统、均布系统、检修系统及配套的电气系统、控制系统。脱硝剂为气态强氧化剂，由固、液等几种原料（固态原料需配套制浆、输送设备；液体原料用罐车输送至储罐）经离子发生器制备输送至原烟道中参与反应，反应后的烟气继续与还原剂接触混合还原，还原系统包括原料储存系统、制备系统、物料输送系统，还原剂（中晶环境提供专用物料S）以液体经双流体雾化喷枪送入烟道完成还原过程。

3.2 工艺流程图

图3-1 工艺流程图

3.3 烟气全成分检测报告

图3-2 烟气全成分检测报告

图3-3 烟气出口数据（实拍图）

3.4 案例数据

图3-4 出口烟气数据

图3-5 烟气进出口NOX趋势图

图3-6 出口烟气污染物趋势图

4结束语

近日，国内多地先后出台了2020年大气污染防止计划及新版重污染天气应急预案，全国各省市对部分指标、预警等级进了调整。从目前河南、河北、安徽等地区公布的重污染天气预警方案及《水泥工业大气污染物超低排放标准》来看，国内各个地区在逐步收紧氮氧化物和脱硝系统氨逃逸的控制指标，这对于水泥工业的发展会生产很大的影响。

超低排放只是非电行业烟气治理的一个新起点。无氨脱硝技术、多污染物协同治理技术、副产物可循环利用等技术则代表水泥、钢铁等非电行业未来烟气治理技术的发展趋势。相信会有越来越多的既符合中国国情又符合企业绿色发展需求的新技术不断得以应用在烟气治理领域，无氨脱硝未来可期。