水泥行业脱硝：减少氮氧化物生成是关键，削减技术还有改进空间
“十二五”期间，氮氧化物首次被列入约束性指标体系，排放总量要削减10％。而在我国，水泥行业氮氧化物的排放量已是居火力发电、汽车尾气排放之后的第三排放大户。推进水泥行业氮氧化物排放控制在资金、技术等方面存在哪些困难？水泥行业氮氧化物削减，包括窑炉的低氮燃烧技术及烟气脱硝研究与应用是否已经成熟，能否满足大规模的产业化需求？记者就此采访了相关专家。
关键要减少氮氧化物生成
氮氧化物已成水泥行业主要废气污染物，排污费占企业排污费总额八成以上
目前，我国拥有水泥企业近5000家，产量已连续多年位居世界首位。2010年全国累计水泥总产量18.7亿吨，其中，新型干法水泥比重达到80％。来自国家发改委的数据显示，截至2010年年底，采用国内技术和装备建设的新型干法水泥生产线已经达1300多条，日产4000吨、5000吨水泥生产线占60％左右，总计800多条生产线。
回转窑是新型干法水泥物料烧成的关键技术装备，也是水泥行业氮氧化物排放的主要来源。中国水泥协会高级顾问高长明接受记者采访时说，煅烧水泥熟料时生成一氧化氮的途径主要有热力氮氧化物、瞬发氮氧化物、燃料氮氧化物和生料氮氧化物4种。在回转窑产生的废气中，二氧化氮一般仅占氮氧化物总量的5％以下，一氧化氮则占总量的95％以上。
清华大学热能工程系副研究员、博士生导师宋蔷向记者介绍了在我国新型干法水泥回转窑上常用的氮氧化物控制技术:一是优化窑和分解炉的燃烧制度；二是改变配料方案，掺用矿化剂以求降低熟料烧成温度和时间，改进熟料易烧性；三是采用低氮燃烧器；四是在窑尾分解炉和管道中的阶段燃烧技术。
从目前我国水泥工业氮氧化物控制技术的使用情况来看，除一些水泥窑采用了低氮燃烧器设计，以及部分新型干法窑通过控制分解炉产生还原性气氛削减氮氧化物排放外，基本未采取任何控制措施。因此，在《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915－2004)中没有对新建厂提出更加严苛的标准，新老源一致，仍保持GB4915－1996标准，即800mg/Nm3。
同样，德国近30年的监测结果显示，回转窑废气中氮氧化物排放浓度大约在300mg/Nm3～2200mg/Nm3。宋蔷介绍说，国内运行的新型干法水泥窑氮氧化物排放浓度尚缺乏系统的统计数据，根据一些不完全的监测数据显示，大约在800mg/Nm3～1600mg/Nm3左右。
日前召开的“中国水泥协会环保和资源综合利用专业委员会成立大会暨首届中国水泥行业环保及资源综合利用高峰论坛”上，合肥水泥研究设计院副总工程师毛志伟举了这样一个例子来反映我国水泥行业氮氧化物控制现状。他说，根据2010年对150多家水泥企业的调研，水泥厂的大气污染物基本上得到了控制，但是氮氧化物已成为主要废气污染源。比如，对于每条5000t/d的熟料新型干法水泥生产线而言，企业每年需缴纳排污费90万～100万元，其中，氮氧化物排污费约占85％，即每年氮氧化物排污费76万～85万元。
实行氮氧化物总量控制
技术产业化壁垒重重，还需适应水泥生产线特性
目前，我国水泥行业尚未开展有效的氮氧化物排放控制工作。随着国家将氮氧化物的削减正式提上日程，环境保护部相关负责人曾在此之前表示，要对水泥行业实行氮氧化物总量控制。未来，环境保护部将把氮氧化物作为批准新建项目的前置条件，新建项目必须安装高效脱硝装置；大规模地推行干法水泥脱硝改造。为鼓励企业脱硝，本着保本微利的原则，环境保护部将会同有关部门出台脱硝优惠电价政策，实行节能减排发电调度。
对此，高长明表示，如果提高氮氧化物的排放标准，目前采取的各种措施已难以胜任，必须增加一些相应的设备。采用选择性非催化还原(SNCR)脱硝法或选择性催化还原(SCR)脱硝法进一步降低氮氧化物排放，是非常有效的途径，削减效果可达30％~85％。
目前，欧美各国水泥工业在新型干法水泥上采用SNCR法削减氮氧化物排放的共有70余台，其中德国有50多台，占德国现有新型干法水泥窑总数的70％以上。按照欧盟IPPC指令，SNCR工艺被认为是目前可用于水泥工业回转窑上的最好技术。尽管综合采用包括SNCR在内的各种措施，可确保水泥窑氮氧化物的排放稳定在200mg/Nm3以下，但胜任这样要求的富余能力尚不够大，即其可靠性与安全性尚须进一步提高，于是就出现了选择性催化还原(SCR)脱硝法。
SCR脱硝技术可保证废气氮氧化物浓度降到100mg/Nm3～200mg/Nm3，二氧化氮的减排效果高达85％～95％，而且其减排性能不会像SNCR那样受到水泥窑规格大型化的影响。但SCR需要使用和消耗价格昂贵的贵金属催化剂，而且由于水泥企业废气的粉尘浓度很高，碱金属含量较高，易使催化剂中毒和堵塞。目前，这项技术刚开始在水泥工业进行实践，还有较大改进空间。
先选重点区域改造
尽快推动规模化示范应用和产业化
在采访中，一些业内专家一致表示，随着新型干法水泥技术的发展和环保标准的提高，SNCR和SCR脱硝将会成为主流技术。企业在不同地区和不同时段，可选择采用SNCR法或SCR法进行脱硝。SNCR法的脱硝效率为50％～60％，低于选择性催化还原法(SCR)的脱硝效率(80％～90％)，而SNCR法的费用(包括设备费用和操作费用)只有SCR法的1/5左右。
SNCR法和SCR法应用于水泥行业脱硝，目前在国内尚处于研究阶段。宋蔷介绍说，目前，SNCR技术在不同装置应用上存在着脱氮效率忽高忽低等不稳定的问题，水泥行业氮氧化物排放控制技术仍处于研究阶段，其研发及应用的发展水平将影响“十二五”氮氧化物的减排效果。她建议，“十二五”期间，国家应该对氮氧化物控制技术研究及产业化给予更多的支持及优惠政策，尽快推动国内氮氧化物控制技术的规模化示范应用和产业化，为氮氧化物的大规模削减提供更多技术支撑。
目前，我国水泥行业尚未开展有效的氮氧化物排放控制工作，根据国外水泥行业氮氧化物污染防治的经验，应用包括SNCR技术在内的综合措施，水泥行业氮氧化物排放浓度可以降低70~80％，具有投资少、环境效益高的特点。“十二五”期间，我国应加强水泥行业氮氧化物减排适用技术的推广和应用，根据水泥窑的现状和特性，推进烟气脱硝示范工程建设。
专家表示，“十二五”期间，水泥行业新型干法窑推行低氮燃烧技术和烟气脱硝示范工程建设，并逐步推广，可以将规模大于2000吨熟料/日的新型干法水泥窑作为“十二五”改造重点，综合脱硝效率应达到70％。根据水泥窑的现状和特性，推进烟气脱硝工程建设，可以将长三角、珠三角、京津冀鲁等重点区域氮氧化物年排放量在1000吨以上或熟料生产规模在2000吨/日以上的现役新型干法窑实行脱硝改造。
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