水泥行業(yè)氮氧化物減排技術(shù)及市場展望

王則武，王鴦鴦，陳釗俊

（中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會，北京 100037）

1 水泥行業(yè)概況及NOx排放情況

“十一五”時期我國水泥工業(yè)迅猛發(fā)展，水泥產(chǎn)量由“十五”末的年產(chǎn)10.6億噸增長到2010年的18.8億噸，平均年增長率在10%以上，產(chǎn)量居全球第一，與此同時帶來了巨大的環(huán)境保護壓力。據(jù)測算，水泥行業(yè)顆粒物排放量占全國顆粒物排放量的15%～20%，SO2排放量占全國SO2排放量的3%～4%，而NOx排放量占全國NOx排放量的10%～12%，僅次于火電廠和機動車的NOx排放量，已為第三大NOx產(chǎn)生源，減排任務(wù)十分嚴(yán)峻。

2 NOx減排的形勢要求

“十二五”期間我國將NH3-N和NOx增加為約束性指標(biāo)，納入常規(guī)主要污染物總量控制范圍。根據(jù)國務(wù)院2011年35號文精神，環(huán)境保護部印發(fā)了《“十二五”時期全國污染防治工作要點》的通知，文件要求強化火電、鋼鐵、水泥等行業(yè)的二氧化硫、氮氧化物總量控制，在京津冀、長三角、珠三角實施火電、鋼鐵、水泥等行業(yè)大氣污染物特別排放限值。針對水泥行業(yè)的氮氧化物控制，根據(jù)《國家環(huán)境保護“十二五”規(guī)劃》，新型干法水泥窯要進(jìn)行低氮燃燒技術(shù)改造，新建水泥生產(chǎn)線要安裝效率不低于60%的脫硝設(shè)施，以達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 NOx排放標(biāo)準(zhǔn)

我國水泥行業(yè)現(xiàn)執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)是2004年底發(fā)布的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915-2004），其中NOx規(guī)定的排放限值為800mg/m3。若按照“十二五”規(guī)劃的氮氧化物污染物總量控制及大氣污染聯(lián)防聯(lián)控重點區(qū)域的要求，現(xiàn)行的排放限值明顯寬松。目前，水泥行業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作已經(jīng)開展，其中氮氧化物的排放限值將進(jìn)一步收嚴(yán)，對現(xiàn)有企業(yè)將有可能執(zhí)行500mg/m3以下的排放限值標(biāo)準(zhǔn)；對新建企業(yè)以及重點地區(qū)的水泥工業(yè)企業(yè)將有可能執(zhí)行300mg/m3的排放限值標(biāo)準(zhǔn)。從上述預(yù)期和現(xiàn)狀分析，根據(jù)水泥企業(yè)自身情況的不同，將適用不同的排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，這就為水泥行業(yè)脫硝的技術(shù)路線提供了多種選擇的機會。

4 水泥窯脫硝技術(shù)路線

水泥生產(chǎn)的核心工藝是“兩磨一燒”，即以石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料與少量校正原料，按一定比例配合，磨細(xì)成適當(dāng)細(xì)度的生料，煅燒至部分熔融（1450℃），得到以硅酸鈣為主要成分的熟料，經(jīng)冷卻后加入適量的石膏或其它混合材料，磨成細(xì)粉即制得水泥。在整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，幾乎全部NOx都產(chǎn)生在煅燒工序。

根據(jù)水泥生產(chǎn)工藝的特點，目前用于水泥窯的脫硝技術(shù)有火焰冷卻、低氮燃燒器、分段燃燒、添加礦化劑、選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）和選擇性催化還原技術(shù)（SCR）等。1）火焰冷卻、低氮燃燒器、分段燃燒、添加礦化劑等技術(shù)是爐內(nèi)燃燒控制技術(shù)，采用這些技術(shù)后，NOx脫除效率可在20%～30%。2）選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）和選擇性催化還原技術(shù)（SCR）屬于煙氣脫硝技術(shù)。SNCR技術(shù)是向水泥窯內(nèi)噴射含有氨基的還原劑（氨或尿素等），在高溫條件下（1000℃左右），通過煙道氣流中產(chǎn)生的氨自由基與NOx反應(yīng)，將NOx還原成N2和H2O，可以降低40%～60%的NOx排放。3）SCR是使用適當(dāng)?shù)拇呋瘎谝欢l件下，用氨作為還原劑，將NOx轉(zhuǎn)化成N2和H2O的煙氣脫硝技術(shù)，NOx去除率可高達(dá)70%～90%，是低NOx排放的首選技術(shù)。低氮燃燒技術(shù)又可與SNCR或SCR組合使用。在選擇應(yīng)用哪種脫硝技術(shù)時，可根據(jù)水泥窯氮氧化物初始排放濃度（一般為800～1200mg/m3）及氮氧化物排放限值的要求，選擇經(jīng)濟適用的技術(shù)。下表為幾種治理技術(shù)的比較：

典型氮氧化物控制技術(shù)比較表

按上表中所示，若氮氧化物排放限值要求為800mg/m3，則選用低NOx燃燒技術(shù)就基本能夠達(dá)到排放要求；若氮氧化物排放限值要求為500mg/m3以下，則需要采用SNCR技術(shù)；若氮氧化物排放限值要求為300mg/m3左右，則應(yīng)采用低NOx燃燒+SNCR技術(shù)；如采用SCR技術(shù)，則可將排放值控制在200mg/m3以下。

根據(jù)國內(nèi)外水泥行業(yè)脫硝技術(shù)的實際應(yīng)用情況，SNCR技術(shù)應(yīng)用更為普遍，SCR技術(shù)在目前水泥行業(yè)的工程應(yīng)用實例不多，還需進(jìn)一步進(jìn)行工程驗證、完善。

5 典型工程案例

近幾年，隨著國家對NOx污染防治工作的逐步落實，國內(nèi)的脫硝工程的數(shù)量也逐步增多，其中不乏典型的工程案例，如：

（1）江蘇科行環(huán)保科技有限公司在陜西聲威建材集團2500t/d水泥新型干法生產(chǎn)線設(shè)計的脫硝EPC工程以及平羅恒達(dá)2500t/d水泥新型干法生產(chǎn)線設(shè)計的脫硝工程。1）聲威項目中，系統(tǒng)煙氣量為33萬m3/h（10%含氧量，干基），NOx的初始濃度為720mg/m3（10%含氧量，干基）。該公司采用SNCR技術(shù)，還原劑為氨水（濃度20%），噴入量為450kg/h，脫硝效率達(dá)到了60%；2）平羅恒達(dá)脫硝項目中，系統(tǒng)煙氣量為31.5萬m3/h（10%含氧量，干基），NOx的初始濃度為800～1000mg/m3（10%含氧量，干基），同樣是采用SNCR技術(shù)，還原劑為氨水，噴入量為500kg/h，脫硝效率達(dá)到了50%。目前這兩個項目的運行狀況良好，達(dá)到甚至優(yōu)于當(dāng)初的設(shè)計要求。

（2）中材國際環(huán)境工程（北京）有限公司設(shè)計的分級燃燒技術(shù)及SNCR技術(shù)，在中材湘潭水泥有限責(zé)任公司5000t/d水泥熟料線應(yīng)用近二年。經(jīng)第三方檢測，在采用空氣分級燃燒+選擇性非催化還原技術(shù)組合情況下，本底氮氧化物濃度從930mg/m3降至270mg/m3，氮氧化物減排比例達(dá)到70%，氨逃逸率小于10mg/m3。

（3）都江堰拉法基水泥有限公司的2#水泥生產(chǎn)線3500t/d脫硝工程，由拉法基亞洲技術(shù)中心設(shè)計，采用SNCR技術(shù)，脫氮效率達(dá)到30%～60%。

從上述工程案例看，SNCR技術(shù)為現(xiàn)階段水泥行業(yè)脫硝的主流技術(shù)。

6 市場展望

目前，我國擁有水泥生產(chǎn)企業(yè)4000多家，產(chǎn)量已連續(xù)多年位居世界首位。2011年全國累計水泥總產(chǎn)量20.9億噸，同比增長11%。2011年底，我國水泥行業(yè)NOx排放總量為近200萬噸，并呈逐年上升趨勢，減排任務(wù)非常嚴(yán)峻。從我國水泥工業(yè)NOx控制技術(shù)的使用情況來看，除一些水泥窯采用了低氮燃燒器設(shè)計，部分新型干法窯通過控制分解爐產(chǎn)生還原性氣氛削減NOx，以及除極少數(shù)生產(chǎn)線采用了SNCR技術(shù)脫硝外，其余基本未采取任何控制措施。預(yù)期修訂發(fā)布的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》將為水泥行業(yè)NOx的減排工作提供明確的目標(biāo)，同時為水泥行業(yè)脫硝市場提供動力，促使水泥生產(chǎn)企業(yè)按照各自的時間表進(jìn)行脫硝工程建設(shè)或技術(shù)改造。根據(jù)國家發(fā)改委2010年年底的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，采用國內(nèi)技術(shù)和裝備建設(shè)的新型干法水泥生產(chǎn)線已達(dá)1300多條，要達(dá)到NOx排放至500mg/m3以下標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)行脫硝工藝改造的生產(chǎn)線不下1000條，因而我國水泥工業(yè)的脫硝市場潛力非常巨大。