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水泥研发新型脱硝技术降低氮氧化物排放

发布者:河北诚誉环境工程有限公司发表时间:2018-06-07
  我国在“十二五”规划中新增了氨氮(NH3)和氮氧化物(NOX)排放的两项大气污染物的约束性指标。然而,2011年上半年的核查结果显示,NH3和NOX的减排形势不容乐观,压力很大。究其原因,环保部认为主要是能源总消耗和工艺生产排放的NOX增加过快,燃煤电厂和水泥厂等脱硝工程尚未大规模开展,淘汰落后产能的规模和力度减弱等原因所致。
  因为水泥窑是典型的高温装备,加之过去半个多世纪以来,我国落后水泥(立窑为主)给人们留下的污染印象很深刻,所以现今的水泥行业很自然被认为是工业NOX排放的主要污染源之一。有人说水泥行业NOX排放高达总量的一半,也有人说仅次于燃煤电厂和汽车尾气,排名第三,占总量的20%等。
  随着近10多年来新型干法水泥大规模淘汰取代落后水泥的巨大技术进步,我国新型干法水泥熟料在总产量的占比由6%上升到85%以上,水泥工业已经发生了翻天覆地的变化,总体已达到了国际先进水平。我国的水泥技术与成套装备在国际市场上已占有40%的份额,成为国际水泥行业迅速崛起的新引擎。可以说,如今我国水泥工业的人才、技术、装备、管理、环保和创新等综合水平与几十年前有了天壤之别。但是我国水泥工业在公众脑海里的污染印象尚未消除。我国水泥工业环保新形象要树立,尚需时日,对此我们不仅应予以理解,更要从中吸取教训。
  对于我国水泥工业粉尘(固体颗粒物)、SO2、NOX、F和CO2历年的排放量,国家统计局(全国工业排放)和中国水泥年鉴(水泥工业排放)的数据比较准确。2009年,我国工业NOX排放约1530万吨,其中水泥工业为87万吨,占总量的6%,相当于每吨熟料排放0.83kgNOX。环保部规划研究院的资料显示,2010年全国工业NOX排放总量为1700万吨,比2009年增长10%,其中火力发电占40%,固定源工业燃烧(工业锅炉、窑炉、烧结机、水泥窑等)占30%,移动源汽车尾气等占30%。
  根据中国建材科研总院和合肥水泥研究设计院2009年对我国9条2500~5000t/d水泥熟料生产线NOX排放的实测数据显示,其最低的是377mg/m3(标),最高的是1620mg/m3(标)。综合分析的初步结论是现今我国≥5000t/d、2500t/d和≤1500t/d新型干法水泥窑的NOX排放分别为600mg/m3(标)、1100mg/m3(标)和1600mg/m3(标),全国加权平均值不超过800mg/m3(标)。
  因为新型干法水泥窑的熟料热耗比落后窑节省了30%~60%,单位熟料的废气量相应减少,加之又有约60%左右的煤改在温度较低的分解炉中燃烧,只有40%的煤在窑头高温燃烧,因而使NOX的生成量又有较大幅度的下降,最终导致单位熟料的NOX排放大幅减少。
  如果我们选取全国水泥窑NOX实际排放浓度加权平均为700mg/m3(标),单位水泥熟料的废气量为1800m3(标)/t熟料,计算可得单位熟料的实际NOX排放为1.26kg/t熟料。2009年,我国水泥熟料产量是10.1亿吨,即水泥工业NOX排放量为127万吨。然而实际的统计数据是87万吨,造成这样差别可能有两个原因,一是统计不完全,漏报或少报;二是选取的加权平均值700mg/m3(标)偏大,实际情况或许小于700mg/m3(标)。所以如果有人质疑水泥工业2009年NOX排放量的统计数据87万吨偏少的话,那么其调整后可能的最大值也不会超过127万吨。
  我国现行的水泥工业环保标准(GB4915-2004)对NOX排放限值是800mg/m3(标),即2.4kg/t熟料,尚未实施的HJ/TXX《清洁生产标准水泥行业》(草案)中规定,一、二、三级分别是0.8kg、2.0kg、3.0kgNOX/t熟料,相当于240mg/m3(标)、600mg/m3(标)、900mg/m3(标)。显然新型干法水泥熟料生产线现在多数已接近或低于800mg/m3(标)的规定,只是某些早年建设的1500t/d以下的新型干法水泥窑的NOX排放会高达1400mg/m3(标)左右,而这类窑本身已属待改造或淘汰之列。
  此外,如果按2.4kg/tNOX熟料计,因新型干法水泥窑的熟料单位废气排放量已由原先制定GB4915-2004标准时所采用的3000m3(标)/t熟料大幅降低到了1800~2000m3(标)/t熟料,即使在800mg/m3(标)的条件下,其实际的NOX排放相应地已降到1.6kg/t熟料左右,可以满足2.4kg/t熟料的现行环保限额。所以在继续实施GB4915-2004环保标准的情况下,很难想象有多少水泥企业会主动提高排放标准而专门新增脱硝装备。除非是在一些经济发达地区,因国家区域性重点硫氮排放控制措施的特殊要求,有些水泥企业才有可能会考虑增设脱硝设施。
  自上世纪60年代开始,鉴于当时水泥厂的粉尘污染十分严重,有关部门向一些水泥厂每年收取一定的排尘费。然而10多年来新型干法水泥彻底颠覆了立窑水泥的排污形象之后,许多新型干法生产线的粉尘和SO2排放已远低于国标规定。但由于历史和现实的各种因素及长期养成的收交排尘费的“习惯”,许多水泥厂出于各种考虑,始终继续交纳“排污费”。如此这般,许多运营管理和排放都不错的新型干法水泥企业依然按惯例交费,这无形中成为其NOX超标排放的“口实”。
  2010年年底,工业和信息化部《关于水泥产业节能减排的指导意见》中提出,到2015年年底,全国水泥工业的NOX排放量要比2009年减少25%,颗粒物排放要减少50%。按照该指导意见及我国水泥生产发展趋势的预测,2015年水泥工业的颗粒物排放将由2009年的358万吨降到179万吨,相当于0.75~0.82kg/t水泥或1.15~1.26kg/t熟料或576~629mg/m3(标)。
  至于2015年水泥工业NOX排放要由2009年的87万吨减少到65万吨,相当于0.42~0.45kg/t熟料或233~255mg/m3(标)的问题。根据现已掌握的各种脱硝技术,NOX排放5年之内要从现今的全国平均700mg/m3(标)降到250mg/m3(标),时间紧迫,这就需要水泥行业立刻修订现有的NOX排放标准;加紧研发效率高又经济实用的新型脱硝技术等。这其中许多基础性的工作是不能“跨越”的,必须扎实地做好才能保障目标实现。
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