水泥行业氮氧化物减排技术及市场展望

王则武，王鸯鸯，陈钊俊

（中国环境保护产业协会，北京 100037）

1 水泥行业概况及NOx排放情况

“十一五”时期我国水泥工业迅猛发展，水泥产量由“十五”末的年产10.6亿吨增长到2010年的18.8亿吨，平均年增长率在10%以上，产量居全球第一，与此同时带来了巨大的环境保护压力。据测算，水泥行业颗粒物排放量占全国颗粒物排放量的15%～20%，SO2排放量占全国SO2排放量的3%～4%，而NOx排放量占全国NOx排放量的10%～12%，仅次于火电厂和机动车的NOx排放量，已为第三大NOx产生源，减排任务十分严峻。

2 NOx减排的形势要求

“十二五”期间我国将NH3-N和NOx增加为约束性指标，纳入常规主要污染物总量控制范围。根据国务院2011年35号文精神，环境保护部印发了《“十二五”时期全国污染防治工作要点》的通知，文件要求强化火电、钢铁、水泥等行业的二氧化硫、氮氧化物总量控制，在京津冀、长三角、珠三角实施火电、钢铁、水泥等行业大气污染物特别排放限值。针对水泥行业的氮氧化物控制，根据《国家环境保护“十二五”规划》，新型干法水泥窑要进行低氮燃烧技术改造，新建水泥生产线要安装效率不低于60%的脱硝设施，以达到相应的排放标准要求。

3 NOx排放标准

我国水泥行业现执行的排放标准是2004年底发布的《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2004），其中NOx规定的排放限值为800mg/m3。若按照“十二五”规划的氮氧化物污染物总量控制及大气污染联防联控重点区域的要求，现行的排放限值明显宽松。目前，水泥行业大气污染物排放标准的修订工作已经开展，其中氮氧化物的排放限值将进一步收严，对现有企业将有可能执行500mg/m3以下的排放限值标准；对新建企业以及重点地区的水泥工业企业将有可能执行300mg/m3的排放限值标准。从上述预期和现状分析，根据水泥企业自身情况的不同，将适用不同的排放标准的要求，这就为水泥行业脱硝的技术路线提供了多种选择的机会。

4 水泥窑脱硝技术路线

水泥生产的核心工艺是“两磨一烧”，即以石灰质原料、粘土质原料与少量校正原料，按一定比例配合，磨细成适当细度的生料，煅烧至部分熔融（1450℃），得到以硅酸钙为主要成分的熟料，经冷却后加入适量的石膏或其它混合材料，磨成细粉即制得水泥。在整个生产环节中，几乎全部NOx都产生在煅烧工序。

根据水泥生产工艺的特点，目前用于水泥窑的脱硝技术有火焰冷却、低氮燃烧器、分段燃烧、添加矿化剂、选择性非催化还原技术（SNCR）和选择性催化还原技术（SCR）等。1）火焰冷却、低氮燃烧器、分段燃烧、添加矿化剂等技术是炉内燃烧控制技术，采用这些技术后，NOx脱除效率可在20%～30%。2）选择性非催化还原技术（SNCR）和选择性催化还原技术（SCR）属于烟气脱硝技术。SNCR技术是向水泥窑内喷射含有氨基的还原剂（氨或尿素等），在高温条件下（1000℃左右），通过烟道气流中产生的氨自由基与NOx反应，将NOx还原成N2和H2O，可以降低40%～60%的NOx排放。3）SCR是使用适当的催化剂，在一定条件下，用氨作为还原剂，将NOx转化成N2和H2O的烟气脱硝技术，NOx去除率可高达70%～90%，是低NOx排放的首选技术。低氮燃烧技术又可与SNCR或SCR组合使用。在选择应用哪种脱硝技术时，可根据水泥窑氮氧化物初始排放浓度（一般为800～1200mg/m3）及氮氧化物排放限值的要求，选择经济适用的技术。下表为几种治理技术的比较：

典型氮氧化物控制技术比较表

按上表中所示，若氮氧化物排放限值要求为800mg/m3，则选用低NOx燃烧技术就基本能够达到排放要求；若氮氧化物排放限值要求为500mg/m3以下，则需要采用SNCR技术；若氮氧化物排放限值要求为300mg/m3左右，则应采用低NOx燃烧+SNCR技术；如采用SCR技术，则可将排放值控制在200mg/m3以下。

根据国内外水泥行业脱硝技术的实际应用情况，SNCR技术应用更为普遍，SCR技术在目前水泥行业的工程应用实例不多，还需进一步进行工程验证、完善。

5 典型工程案例

近几年，随着国家对NOx污染防治工作的逐步落实，国内的脱硝工程的数量也逐步增多，其中不乏典型的工程案例，如：

（1）江苏科行环保科技有限公司在陕西声威建材集团2500t/d水泥新型干法生产线设计的脱硝EPC工程以及平罗恒达2500t/d水泥新型干法生产线设计的脱硝工程。1）声威项目中，系统烟气量为33万m3/h（10%含氧量，干基），NOx的初始浓度为720mg/m3（10%含氧量，干基）。该公司采用SNCR技术，还原剂为氨水（浓度20%），喷入量为450kg/h，脱硝效率达到了60%；2）平罗恒达脱硝项目中，系统烟气量为31.5万m3/h（10%含氧量，干基），NOx的初始浓度为800～1000mg/m3（10%含氧量，干基），同样是采用SNCR技术，还原剂为氨水，喷入量为500kg/h，脱硝效率达到了50%。目前这两个项目的运行状况良好，达到甚至优于当初的设计要求。

（2）中材国际环境工程（北京）有限公司设计的分级燃烧技术及SNCR技术，在中材湘潭水泥有限责任公司5000t/d水泥熟料线应用近二年。经第三方检测，在采用空气分级燃烧+选择性非催化还原技术组合情况下，本底氮氧化物浓度从930mg/m3降至270mg/m3，氮氧化物减排比例达到70%，氨逃逸率小于10mg/m3。

（3）都江堰拉法基水泥有限公司的2#水泥生产线3500t/d脱硝工程，由拉法基亚洲技术中心设计，采用SNCR技术，脱氮效率达到30%～60%。

从上述工程案例看，SNCR技术为现阶段水泥行业脱硝的主流技术。

6 市场展望

目前，我国拥有水泥生产企业4000多家，产量已连续多年位居世界首位。2011年全国累计水泥总产量20.9亿吨，同比增长11%。2011年底，我国水泥行业NOx排放总量为近200万吨，并呈逐年上升趋势，减排任务非常严峻。从我国水泥工业NOx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，部分新型干法窑通过控制分解炉产生还原性气氛削减NOx，以及除极少数生产线采用了SNCR技术脱硝外，其余基本未采取任何控制措施。预期修订发布的《水泥工业大气污染物排放标准》将为水泥行业NOx的减排工作提供明确的目标，同时为水泥行业脱硝市场提供动力，促使水泥生产企业按照各自的时间表进行脱硝工程建设或技术改造。根据国家发改委2010年年底的统计数据，采用国内技术和装备建设的新型干法水泥生产线已达1300多条，要达到NOx排放至500mg/m3以下标准，需要进行脱硝工艺改造的生产线不下1000条，因而我国水泥工业的脱硝市场潜力非常巨大。