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江蘇鵬飛集團：水泥行業如何面對脫硝？

2011-11-4 23:20:24

“十二五”期間，氮氧化物首次被列入約束性指標體系，排放總量要削減10%。而在我國，水泥行業氮氧化物的排放量已是居火力發電、汽車尾氣排放之后的第三排放大戶。推進水泥行業氮氧化物排放控制在資金、技術等方面存在哪些困難？水泥行業氮氧化物削減，包括窯爐的低氮燃燒技術及煙氣脫硝研究與應用是否已經成熟，能否滿足大規模的產業化需求？記者就此采訪了相關專家。
　　
　　關鍵要減少氮氧化物生成
　　
　　氮氧化物已成水泥行業主要廢氣污染物，排污費占企業排污費總額八成以上
　　
　　目前，我國擁有水泥企業近5000家，產量已連續多年位居世界首位。2010年全國累計水泥總產量18.7億噸，其中，新型干法水泥比重達到80%。來自國家發改委的數據顯示，截至2010年年底，采用國內技術和裝備建設的新型干法水泥生產線已經達1300多條，日產4000噸、5000噸水泥生產線占60%左右，總計800多條生產線。
　　
　　回轉窯是新型干法水泥物料燒成的關鍵技術裝備，也是水泥行業氮氧化物排放的主要來源。中國水泥協會高級顧問高長明接受記者采訪時說，煅燒水泥熟料時生成一氧化氮的途徑主要有熱力氮氧化物、瞬發氮氧化物、燃料氮氧化物和生料氮氧化物4種。在回轉窯產生的廢氣中，二氧化氮一般僅占氮氧化物總量的5%以下，一氧化氮則占總量的95%以上。
　　
　　清華大學熱能工程系副研究員、博士生導師宋薔向記者介紹了在我國新型干法水泥回轉窯上常用的氮氧化物控制技術：一是優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間，改進熟料易燒性；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。
　　
　　從目前我國水泥工業氮氧化物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，以及部分新型干法窯通過控制分解爐產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《水泥工業大氣污染物排放標準》（GB4915－2004）中沒有對新建廠提出更加嚴苛的標準，新老源一致，仍保持GB4915－1996標準，即800mg/Nm3。
　　
　　同樣，德國近30年的監測結果顯示，回轉窯廢氣中氮氧化物排放濃度大約在300mg/Nm3～2200mg/Nm3。宋薔介紹說，國內運行的新型干法水泥窯氮氧化物排放濃度尚缺乏系統的統計數據，根據一些不完全的監測數據顯示，大約在800mg/Nm3～1600mg/Nm3左右。
　　
　　日前召開的“中國水泥協會環保和資源綜合利用專業委員會成立大會暨首屆中國水泥行業環保及資源綜合利用高峰論壇”上，合肥水泥研究設計院副總工程師毛志偉舉了這樣一個例子來反映我國水泥行業氮氧化物控制現狀。他說，根據2010年對150多家水泥企業的調研，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，對于每條5000t/d的熟料新型干法水泥生產線而言，企業每年需繳納排污費90萬～100萬元，其中，氮氧化物排污費約占85%，即每年氮氧化物排污費76萬～85萬元。
　　
　　實行氮氧化物總量控制
　　
　　技術產業化壁壘重重，還需適應水泥生產線特性
　　
　　目前，我國水泥行業尚未開展有效的氮氧化物排放控制工作。隨著國家將氮氧化物的削減正式提上日程，環境保護部相關負責人曾在此之前表示，要對水泥行業實行氮氧化物總量控制。未來，環境保護部將把氮氧化物作為批準新建項目的前置條件，新建項目必須安裝高效脫硝裝置；大規模地推行干法水泥脫硝改造。為鼓勵企業脫硝，本著保本微利的原則，環境保護部將會同有關部門出臺脫硝優惠電價政策，實行節能減排發電調度。
對此，高長明表示，如果提高氮氧化物的排放標準，目前采取的各種措施已難以勝任，必須增加一些相應的設備。采用選擇性非催化還原（SNCR）脫硝法或選擇性催化還原（SCR）脫硝法進一步降低氮氧化物排放，是非常有效的途徑，削減效果可達30%~85%。
　　
　　目前，歐美各國水泥工業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，其中德國有50多臺，占德國現有新型干法水泥窯總數的70%以上。按照歐盟IPPC指令，SNCR工藝被認為是目前可用于水泥工業回轉窯上的最好技術。盡管綜合采用包括SNCR在內的各種措施，可確保水泥窯氮氧化物的排放穩定在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一步提高，于是就出現了選擇性催化還原（SCR）脫硝法。
　　
　　SCR脫硝技術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85%～95%，而且其減排性能不會像SNCR那樣受到水泥窯規格大型化的影響。但SCR需要使用和消耗價格昂貴的貴金屬催化劑，而且由于水泥企業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，這項技術剛開始在水泥工業進行實踐，還有較大改進空間。
　　
　　先選重點區域改造
　　
　　盡快推動規模化示范應用和產業化
　　
　　在采訪中，一些業內專家一致表示，隨著新型干法水泥技術的發展和環保標準的提高，SNCR和SCR脫硝將會成為主流技術。企業在不同地區和不同時段，可選擇采用SNCR法或SCR法進行脫硝。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法的費用（包括設備費用和操作費用）只有SCR法的1/5左右。
　　
　　SNCR法和SCR法應用于水泥行業脫硝，目前在國內尚處于研究階段。宋薔介紹說，目前，SNCR技術在不同裝置應用上存在著脫氮效率忽高忽低等不穩定的問題，水泥行業氮氧化物排放控制技術仍處于研究階段，其研發及應用的發展水平將影響“十二五”氮氧化物的減排效果。她建議，“十二五”期間，國家應該對氮氧化物控制技術研究及產業化給予更多的支持及優惠政策，盡快推動國內氮氧化物控制技術的規模化示范應用和產業化，為氮氧化物的大規模削減提供更多技術支撐。
　　
　　目前，我國水泥行業尚未開展有效的氮氧化物排放控制工作，根據國外水泥行業氮氧化物污染防治的經驗，應用包括SNCR技術在內的綜合措施，水泥行業氮氧化物排放濃度可以降低70~80%，具有投資少、環境效益高的特點�！笆�二五”期間，我國應加強水泥行業氮氧化物減排適用技術的推廣和應用，根據水泥窯的現狀和特性，推進煙氣脫硝示范工程建設。
　　
　　專家表示，“十二五”期間，水泥行業新型干法窯推行低氮燃燒技術和煙氣脫硝示范工程建設，并逐步推廣，可以將規模大于2000噸熟料/日的新型干法水泥窯作為“十二五”改造重點，綜合脫硝效率應達到70%。根據水泥窯的現狀和特性，推進煙氣脫硝工程建設，可以將長三角、珠三角、京津冀魯等重點區域氮氧化物年排放量在1000噸以上或熟料生產規模在2000噸/日以上的現役新型干法窯實行脫硝改造。