水泥行業氮氧化物減排技術及市場展望

王則武，王鴦鴦，陳釗俊

（中國環境保護產業協會，北京 100037）

1 水泥行業概況及NOx排放情況

“十一五”時期我國水泥工業迅猛發展，水泥產量由“十五”末的年產10.6億噸增長到2010年的18.8億噸，平均年增長率在10%以上，產量居全球第一，與此同時帶來了巨大的環境保護壓力。據測算，水泥行業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產生源，減排任務十分嚴峻。

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，納入常規主要污染物總量控制范圍。根據國務院2011年35號文精神，環境保護部印發了《“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、水泥等行業大氣污染物特別排放限值。針對水泥行業的氮氧化物控制，根據《國家環境保護“十二五”規劃》，新型干法水泥窯要進行低氮燃燒技術改造，新建水泥生產線要安裝效率不低于60%的脫硝設施，以達到相應的排放標準要求。

3 NOx排放標準

我國水泥行業現執行的排放標準是2004年底發布的《水泥工業大氣污染物排放標準》（GB4915-2004），其中NOx規定的排放限值為800mg/m3。若按照“十二五”規劃的氮氧化物污染物總量控制及大氣污染聯防聯控重點區域的要求，現行的排放限值明顯寬松。目前，水泥行業大氣污染物排放標準的修訂工作已經開展，其中氮氧化物的排放限值將進一步收嚴，對現有企業將有可能執行500mg/m3以下的排放限值標準；對新建企業以及重點地區的水泥工業企業將有可能執行300mg/m3的排放限值標準。從上述預期和現狀分析，根據水泥企業自身情況的不同，將適用不同的排放標準的要求，這就為水泥行業脫硝的技術路線提供了多種選擇的機會。

4 水泥窯脫硝技術路線

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

根據水泥生產工藝的特點，目前用于水泥窯的脫硝技術有火焰冷卻、低氮燃燒器、分段燃燒、添加礦化劑、選擇性非催化還原技術（SNCR）和選擇性催化還原技術（SCR）等。1）火焰冷卻、低氮燃燒器、分段燃燒、添加礦化劑等技術是爐內燃燒控制技術，采用這些技術后，NOx脫除效率可在20%～30%。2）選擇性非催化還原技術（SNCR）和選擇性催化還原技術（SCR）屬于煙氣脫硝技術。SNCR技術是向水泥窯內噴射含有氨基的還原劑（氨或尿素等），在高溫條件下（1000℃左右），通過煙道氣流中產生的氨自由基與NOx反應，將NOx還原成N2和H2O，可以降低40%～60%的NOx排放。3）SCR是使用適當的催化劑，在一定條件下，用氨作為還原劑，將NOx轉化成N2和H2O的煙氣脫硝技術，NOx去除率可高達70%～90%，是低NOx排放的首選技術。低氮燃燒技術又可與SNCR或SCR組合使用。在選擇應用哪種脫硝技術時，可根據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，選擇經濟適用的技術。下表為幾種治理技術的比較：

典型氮氧化物控制技術比較表

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燃燒技術就基本能夠達到排放要求；若氮氧化物排放限值要求為500mg/m3以下，則需要采用SNCR技術；若氮氧化物排放限值要求為300mg/m3左右，則應采用低NOx燃燒+SNCR技術；如采用SCR技術，則可將排放值控制在200mg/m3以下。

根據國內外水泥行業脫硝技術的實際應用情況，SNCR技術應用更為普遍，SCR技術在目前水泥行業的工程應用實例不多，還需進一步進行工程驗證、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，國內的脫硝工程的數量也逐步增多，其中不乏典型的工程案例，如：

（1）江蘇科行環保科技有限公司在陜西聲威建材集團2500t/d水泥新型干法生產線設計的脫硝EPC工程以及平羅恒達2500t/d水泥新型干法生產線設計的脫硝工程。1）聲威項目中，系統煙氣量為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，還原劑為氨水（濃度20%），噴入量為450kg/h，脫硝效率達到了60%；2）平羅恒達脫硝項目中，系統煙氣量為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，還原劑為氨水，噴入量為500kg/h，脫硝效率達到了50%。目前這兩個項目的運行狀況良好，達到甚至優于當初的設計要求。

（2）中材國際環境工程（北京）有限公司設計的分級燃燒技術及SNCR技術，在中材湘潭水泥有限責任公司5000t/d水泥熟料線應用近二年。經第三方檢測，在采用空氣分級燃燒+選擇性非催化還原技術組合情況下，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#水泥生產線3500t/d脫硝工程，由拉法基亞洲技術中心設計，采用SNCR技術，脫氮效率達到30%～60%。

從上述工程案例看，SNCR技術為現階段水泥行業脫硝的主流技術。

6 市場展望

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