水泥行業(yè)脫硝：減少氮氧化物生成是關(guān)鍵，削減技術(shù)還有改進(jìn)空間
“十二五”期間，氮氧化物首次被列入約束性指標(biāo)體系，排放總量要削減10％。而在我國(guó)，水泥行業(yè)氮氧化物的排放量已是居火力發(fā)電、汽車(chē)尾氣排放之后的第三排放大戶。推進(jìn)水泥行業(yè)氮氧化物排放控制在資金、技術(shù)等方面存在哪些困難？水泥行業(yè)氮氧化物削減，包括窯爐的低氮燃燒技術(shù)及煙氣脫硝研究與應(yīng)用是否已經(jīng)成熟，能否滿足大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化需求？記者就此采訪了相關(guān)專(zhuān)家。
關(guān)鍵要減少氮氧化物生成
氮氧化物已成水泥行業(yè)主要廢氣污染物，排污費(fèi)占企業(yè)排污費(fèi)總額八成以上
目前，我國(guó)擁有水泥企業(yè)近5000家，產(chǎn)量已連續(xù)多年位居世界首位。2010年全國(guó)累計(jì)水泥總產(chǎn)量18.7億噸，其中，新型干法水泥比重達(dá)到80％。來(lái)自國(guó)家發(fā)改委的數(shù)據(jù)顯示，截至2010年年底，采用國(guó)內(nèi)技術(shù)和裝備建設(shè)的新型干法水泥生產(chǎn)線已經(jīng)達(dá)1300多條，日產(chǎn)4000噸、5000噸水泥生產(chǎn)線占60％左右，總計(jì)800多條生產(chǎn)線。
回轉(zhuǎn)窯是新型干法水泥物料燒成的關(guān)鍵技術(shù)裝備，也是水泥行業(yè)氮氧化物排放的主要來(lái)源。中國(guó)水泥協(xié)會(huì)高級(jí)顧問(wèn)高長(zhǎng)明接受記者采訪時(shí)說(shuō)，煅燒水泥熟料時(shí)生成一氧化氮的途徑主要有熱力氮氧化物、瞬發(fā)氮氧化物、燃料氮氧化物和生料氮氧化物4種。在回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的廢氣中，二氧化氮一般僅占氮氧化物總量的5％以下，一氧化氮?jiǎng)t占總量的95％以上。
清華大學(xué)熱能工程系副研究員、博士生導(dǎo)師宋薔向記者介紹了在我國(guó)新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯上常用的氮氧化物控制技術(shù):一是優(yōu)化窯和分解爐的燃燒制度；二是改變配料方案，摻用礦化劑以求降低熟料燒成溫度和時(shí)間，改進(jìn)熟料易燒性；三是采用低氮燃燒器；四是在窯尾分解爐和管道中的階段燃燒技術(shù)。
從目前我國(guó)水泥工業(yè)氮氧化物控制技術(shù)的使用情況來(lái)看，除一些水泥窯采用了低氮燃燒器設(shè)計(jì)，以及部分新型干法窯通過(guò)控制分解爐產(chǎn)生還原性氣氛削減氮氧化物排放外，基本未采取任何控制措施。因此，在《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4915－2004)中沒(méi)有對(duì)新建廠提出更加嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)，新老源一致，仍保持GB4915－1996標(biāo)準(zhǔn)，即800mg/Nm3。
同樣，德國(guó)近30年的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，回轉(zhuǎn)窯廢氣中氮氧化物排放濃度大約在300mg/Nm3～2200mg/Nm3。宋薔介紹說(shuō)，國(guó)內(nèi)運(yùn)行的新型干法水泥窯氮氧化物排放濃度尚缺乏系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，根據(jù)一些不完全的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，大約在800mg/Nm3～1600mg/Nm3左右。
日前召開(kāi)的“中國(guó)水泥協(xié)會(huì)環(huán)保和資源綜合利用專(zhuān)業(yè)委員會(huì)成立大會(huì)暨首屆中國(guó)水泥行業(yè)環(huán)保及資源綜合利用高峰論壇”上，合肥水泥研究設(shè)計(jì)院副總工程師毛志偉舉了這樣一個(gè)例子來(lái)反映我國(guó)水泥行業(yè)氮氧化物控制現(xiàn)狀。他說(shuō)，根據(jù)2010年對(duì)150多家水泥企業(yè)的調(diào)研，水泥廠的大氣污染物基本上得到了控制，但是氮氧化物已成為主要廢氣污染源。比如，對(duì)于每條5000t/d的熟料新型干法水泥生產(chǎn)線而言，企業(yè)每年需繳納排污費(fèi)90萬(wàn)～100萬(wàn)元，其中，氮氧化物排污費(fèi)約占85％，即每年氮氧化物排污費(fèi)76萬(wàn)～85萬(wàn)元。
實(shí)行氮氧化物總量控制
技術(shù)產(chǎn)業(yè)化壁壘重重，還需適應(yīng)水泥生產(chǎn)線特性
目前，我國(guó)水泥行業(yè)尚未開(kāi)展有效的氮氧化物排放控制工作。隨著國(guó)家將氮氧化物的削減正式提上日程，環(huán)境保護(hù)部相關(guān)負(fù)責(zé)人曾在此之前表示，要對(duì)水泥行業(yè)實(shí)行氮氧化物總量控制。未來(lái)，環(huán)境保護(hù)部將把氮氧化物作為批準(zhǔn)新建項(xiàng)目的前置條件，新建項(xiàng)目必須安裝高效脫硝裝置；大規(guī)模地推行干法水泥脫硝改造。為鼓勵(lì)企業(yè)脫硝，本著保本微利的原則，環(huán)境保護(hù)部將會(huì)同有關(guān)部門(mén)出臺(tái)脫硝優(yōu)惠電價(jià)政策，實(shí)行節(jié)能減排發(fā)電調(diào)度。
對(duì)此，高長(zhǎng)明表示，如果提高氮氧化物的排放標(biāo)準(zhǔn)，目前采取的各種措施已難以勝任，必須增加一些相應(yīng)的設(shè)備。采用選擇性非催化還原(SNCR)脫硝法或選擇性催化還原(SCR)脫硝法進(jìn)一步降低氮氧化物排放，是非常有效的途徑，削減效果可達(dá)30％~85％。
目前，歐美各國(guó)水泥工業(yè)在新型干法水泥上采用SNCR法削減氮氧化物排放的共有70余臺(tái)，其中德國(guó)有50多臺(tái)，占德國(guó)現(xiàn)有新型干法水泥窯總數(shù)的70％以上。按照歐盟IPPC指令，SNCR工藝被認(rèn)為是目前可用于水泥工業(yè)回轉(zhuǎn)窯上的最好技術(shù)。盡管綜合采用包括SNCR在內(nèi)的各種措施，可確保水泥窯氮氧化物的排放穩(wěn)定在200mg/Nm3以下，但勝任這樣要求的富余能力尚不夠大，即其可靠性與安全性尚須進(jìn)一步提高，于是就出現(xiàn)了選擇性催化還原(SCR)脫硝法。
SCR脫硝技術(shù)可保證廢氣氮氧化物濃度降到100mg/Nm3～200mg/Nm3，二氧化氮的減排效果高達(dá)85％～95％，而且其減排性能不會(huì)像SNCR那樣受到水泥窯規(guī)格大型化的影響。但SCR需要使用和消耗價(jià)格昂貴的貴金屬催化劑，而且由于水泥企業(yè)廢氣的粉塵濃度很高，堿金屬含量較高，易使催化劑中毒和堵塞。目前，這項(xiàng)技術(shù)剛開(kāi)始在水泥工業(yè)進(jìn)行實(shí)踐，還有較大改進(jìn)空間。
先選重點(diǎn)區(qū)域改造
盡快推動(dòng)規(guī)；痉稇(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化
在采訪中，一些業(yè)內(nèi)專(zhuān)家一致表示，隨著新型干法水泥技術(shù)的發(fā)展和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，SNCR和SCR脫硝將會(huì)成為主流技術(shù)。企業(yè)在不同地區(qū)和不同時(shí)段，可選擇采用SNCR法或SCR法進(jìn)行脫硝。SNCR法的脫硝效率為50％～60％，低于選擇性催化還原法(SCR)的脫硝效率(80％～90％)，而SNCR法的費(fèi)用(包括設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用)只有SCR法的1/5左右。
SNCR法和SCR法應(yīng)用于水泥行業(yè)脫硝，目前在國(guó)內(nèi)尚處于研究階段。宋薔介紹說(shuō)，目前，SNCR技術(shù)在不同裝置應(yīng)用上存在著脫氮效率忽高忽低等不穩(wěn)定的問(wèn)題，水泥行業(yè)氮氧化物排放控制技術(shù)仍處于研究階段，其研發(fā)及應(yīng)用的發(fā)展水平將影響“十二五”氮氧化物的減排效果。她建議，“十二五”期間，國(guó)家應(yīng)該對(duì)氮氧化物控制技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化給予更多的支持及優(yōu)惠政策，盡快推動(dòng)國(guó)內(nèi)氮氧化物控制技術(shù)的規(guī)模化示范應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化，為氮氧化物的大規(guī)模削減提供更多技術(shù)支撐。
目前，我國(guó)水泥行業(yè)尚未開(kāi)展有效的氮氧化物排放控制工作，根據(jù)國(guó)外水泥行業(yè)氮氧化物污染防治的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用包括SNCR技術(shù)在內(nèi)的綜合措施，水泥行業(yè)氮氧化物排放濃度可以降低70~80％，具有投資少、環(huán)境效益高的特點(diǎn)。“十二五”期間，我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)水泥行業(yè)氮氧化物減排適用技術(shù)的推廣和應(yīng)用，根據(jù)水泥窯的現(xiàn)狀和特性，推進(jìn)煙氣脫硝示范工程建設(shè)。
專(zhuān)家表示，“十二五”期間，水泥行業(yè)新型干法窯推行低氮燃燒技術(shù)和煙氣脫硝示范工程建設(shè)，并逐步推廣，可以將規(guī)模大于2000噸熟料/日的新型干法水泥窯作為“十二五”改造重點(diǎn)，綜合脫硝效率應(yīng)達(dá)到70％。根據(jù)水泥窯的現(xiàn)狀和特性，推進(jìn)煙氣脫硝工程建設(shè)，可以將長(zhǎng)三角、珠三角、京津冀魯?shù)戎攸c(diǎn)區(qū)域氮氧化物年排放量在1000噸以上或熟料生產(chǎn)規(guī)模在2000噸/日以上的現(xiàn)役新型干法窯實(shí)行脫硝改造。
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