张飞虎
(山西亚美建筑工程材料有限责任公司，山西 阳泉 045000)
NOx是形成酸雨、城市光化学烟雾等环境污染的重要因素。水泥工业是我国国民经济建设的重要基础材料产业，也是我国继火电厂、机动车之后的第三大NOx排放源。随着《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2013)的实施，根据环境保护工作的要求，我国水泥企业的NOx排放限值由800 mg/m3降到400 mg/m3，大大提高了NOx的排放控制要求[1]。目前，从水泥熟料生产线常用的脱硝技术来看，主要有选择性非催化还原(SNCR)法和选择性催化还原(SCR)法。此两种方法最主要的不同点就是是否加入了催化剂[1]。本文就SNCR与SCR脱硝技术作了简单比较。
1 水泥工业NOx生成及主要控制技术1.1 水泥工业NOx生成NOx是大气中主要的气态污染物之一。NOx主要分为热力型NOx、燃料型NOx和瞬时型NOx三种类型。在我国，水泥生产工艺大多是采用新型干法回转窑工艺，在水泥窑炉工艺生产时，会产生较多燃料型和少量热力型NOx。回转窑和分解炉是水泥生产工艺的两个主要设备，也是水泥生产过程中NOx生成的主要区域。其中，两种类型NOx体积比例随着煅烧温度的变化而变化，回转窑内温度相对较高，分解炉内温度相对较低，回转窑热力型NOx含量较分解炉高。
1.2 水泥工业NOx主要控制技术目前，水泥熟料生产线常用的脱硝技术，对于NOx的控制主要有燃烧前、燃烧中和燃烧后控制三种。其中，前两种控制相对技术难度大、成本较高；而燃烧后控制脱硝效率高，设备投入成本和运营成本低，常作为水泥工业控制NOx的主要技术措施。
燃烧后控制即为烟气脱硝，分为湿法脱硝和干法脱硝两种。考虑到运行成本及水泥工业的整体经济效益，目前工业生产中应用较多的是干法脱硝，即SNCR及SCR烟气脱硝[2]。
2 干法SNCR及SCR烟气脱硝工艺原理及流程2.1 SNCR工艺原理及流程SNCR技术是选择性非催化还原法的简称，该技术一般采用炉内喷氨、尿素或氢氨酸作为还原剂还原NOx。SNCR技术由于不用催化剂，而是采用氨水或尿素作为脱硝还原剂代替催化剂，因此必须在高温下进行，一般温度为850 ℃～1 100 ℃。SNCR常用于锅炉炉膛，还原剂只和烟气中的NOx反应，将NOx排放量降至大约200 mg/m3。采用氨作为还原剂的SNCR称为De NOx法，尿素为还原剂的称为NOxOUT法。
SNCR脱硝技术采用氨水或尿素作为脱硝还原剂，通过雾化喷射系统直接喷入分解炉合适温度区域(850 ℃～1 050 ℃)，在不加催化剂催化的条件下，其中的氨基成分与烟气中NOx进行选择性非催化还原反应，从而达到降低NOx排放的目的[3]。SNCR由还原剂供应、喷射及控制系统等组成，具体技术装置和流程如第67页图1所示。
2.2 SCR工艺原理及流程SCR技术是选择性催化还原法的简称，其工艺核心是催化反应系统。SCR主要通过采用氨(NH3)作为还原剂，并在反应器中设置催化剂，使得加入的NH3能够在较低的温度下对NOx进行脱硝反应。SCR工艺几乎不发生NH3与O2的氧化反应，减少了NH3的消耗。
图1 SNCR技术装置和流程示意图
SCR脱硝技术在反应器中设置催化剂及还原剂喷射系统(喷枪)，氨在反应器中催化剂的作用下，能够在较低的温度、有氧气的条件下选择性地与烟气中NOx发生化学反应，从而达到脱硝的目的。SCR由氨供应、氨气/空气喷射、催化反应及控制系统等组成，具体技术装置和流程如图2所示[4]。
图2 SCR技术装置和流程示意图
3 SNCR及SCR工艺脱硝技术对比分析3.1 脱硝效率SNCR与SCR工艺相比较而言，SNCR脱硝需要满足反应温度的要求，且对喷氨控制的要求很高，相对脱硝率较低。二者脱硝效率具体如表1所示。
表1 SNCR与SCR工艺脱硝效率比较
3.2 经济费用SNCR技术在850 ℃～1 100 ℃高温下进行反应，不需要催化剂，且其利用原有设备(如分解炉)作为反应器，可以节省较多的催化剂及反应器建造成本。总之，SNCR技术拥有运营成本低和操作简单等优势。
SCR技术脱硝效率高，但其需要催化剂的参与，且SCR脱硝技术需要新建反应器，将原烟气引入反应器，同时，新增反应器会导致系统压力损失增大，而为了解决此问题的出现，随之需要对风机系统等进行改造，这就更加增大了SCR技术的投资成本。此外，据研究显示，SCR技术需要的催化剂价格非常高，其成本几乎占总成本的40%，且为了保持活性，需要定时更换新催化剂，进而造成投入的成本更大，其经济性能下降。总之，SCR脱硝技术具有系统较SNCR复杂，投资及运行成本较高，检修和维护也较繁琐等特点。
3.3 对其余污染物的影响SNCR与SCR工艺可以有效地去除NOx，防止NOx的排放从而造成大气污染。同时，经研究显示，SNCR与SCR工艺对水泥工艺其他污染物也有一定影响，具体如表2所示。
由表2可知，SNCR与SCR技术对于二恶英/呋喃类、VOCS等有害气体也具有很好的去除效果。
3.4 综合比较SNCR与SCR两种脱硝工艺总体综合指标对比如第68页表3所示。
表2 SNCR与SCR工艺对其他污染物的影响对比
4 结论由以上分析可知，虽然SCR技术催化效率相对较高，但其具有如下缺陷：1) 需要使用催化剂；2) 会增大系统压力损失、SO2/SO3氧化及空预器堵塞或腐蚀；3) 设备占地面积大，需要预留空间；4) 检修、维护麻烦；5) 投资成本相对较高等。最重要的是，SCR技术温度窗口在300 ℃～400 ℃，不适用于水泥行业。
因此，SCR技术与SNCR技术相比，不具备优势，一般水泥行业更多地选择SNCR工艺。但值得注意的是，采用SNCR工艺需注意对反应温度及喷氨的控制。
表3 SNCR与SCR工艺总体综合指标对比
