王則武,王鴦鴦,陳釗俊
(中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會,北京 100037)
“十一五”時期我國水泥工業(yè)迅猛發(fā)展,水泥產(chǎn)量由“十五”末的年產(chǎn)10.6億噸增長到2010年的18.8億噸,平均年增長率在10%以上,產(chǎn)量居全球第一,與此同時帶來了巨大的環(huán)境保護(hù)壓力。據(jù)測算,水泥行業(yè)顆粒物排放量占全國顆粒物排放量的15%~20%,SO2排放量占全國SO2排放量的3%~4%,而NOx排放量占全國NOx排放量的10%~12%,僅次于火電廠和機(jī)動車的NOx排放量,已為第三大NOx產(chǎn)生源,減排任務(wù)十分嚴(yán)峻。
“十二五”期間我國將NH3-N和NOx增加為約束性指標(biāo),納入常規(guī)主要污染物總量控制范圍。根據(jù)國務(wù)院2011年35號文精神,環(huán)境保護(hù)部印發(fā)了《“十二五”時期全國污染防治工作要點(diǎn)》的通知,文件要求強(qiáng)化火電、鋼鐵、水泥等行業(yè)的二氧化硫、氮氧化物總量控制,在京津冀、長三角、珠三角實施火電、鋼鐵、水泥等行業(yè)大氣污染物特別排放限值。針對水泥行業(yè)的氮氧化物控制,根據(jù)《國家環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃》,新型干法水泥窯要進(jìn)行低氮燃燒技術(shù)改造,新建水泥生產(chǎn)線要安裝效率不低于60%的脫硝設(shè)施,以達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
我國水泥行業(yè)現(xiàn)執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)是2004年底發(fā)布的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4915-2004),其中NOx規(guī)定的排放限值為800mg/m3。若按照“十二五”規(guī)劃的氮氧化物污染物總量控制及大氣污染聯(lián)防聯(lián)控重點(diǎn)區(qū)域的要求,現(xiàn)行的排放限值明顯寬松。目前,水泥行業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作已經(jīng)開展,其中氮氧化物的排放限值將進(jìn)一步收嚴(yán),對現(xiàn)有企業(yè)將有可能執(zhí)行500mg/m3以下的排放限值標(biāo)準(zhǔn);對新建企業(yè)以及重點(diǎn)地區(qū)的水泥工業(yè)企業(yè)將有可能執(zhí)行300mg/m3的排放限值標(biāo)準(zhǔn)。從上述預(yù)期和現(xiàn)狀分析,根據(jù)水泥企業(yè)自身情況的不同,將適用不同的排放標(biāo)準(zhǔn)的要求,這就為水泥行業(yè)脫硝的技術(shù)路線提供了多種選擇的機(jī)會。
水泥生產(chǎn)的核心工藝是“兩磨一燒”,即以石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料與少量校正原料,按一定比例配合,磨細(xì)成適當(dāng)細(xì)度的生料,煅燒至部分熔融(1450℃),得到以硅酸鈣為主要成分的熟料,經(jīng)冷卻后加入適量的石膏或其它混合材料,磨成細(xì)粉即制得水泥。在整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,幾乎全部NOx都產(chǎn)生在煅燒工序。
根據(jù)水泥生產(chǎn)工藝的特點(diǎn),目前用于水泥窯的脫硝技術(shù)有火焰冷卻、低氮燃燒器、分段燃燒、添加礦化劑、選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)和選擇性催化還原技術(shù)(SCR)等。1)火焰冷卻、低氮燃燒器、分段燃燒、添加礦化劑等技術(shù)是爐內(nèi)燃燒控制技術(shù),采用這些技術(shù)后,NOx脫除效率可在20%~30%。2)選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)和選擇性催化還原技術(shù)(SCR)屬于煙氣脫硝技術(shù)。SNCR技術(shù)是向水泥窯內(nèi)噴射含有氨基的還原劑(氨或尿素等),在高溫條件下(1000℃左右),通過煙道氣流中產(chǎn)生的氨自由基與NOx反應(yīng),將NOx還原成N2和H2O,可以降低40%~60%的NOx排放。3)SCR是使用適當(dāng)?shù)拇呋瘎谝欢l件下,用氨作為還原劑,將NOx轉(zhuǎn)化成N2和H2O的煙氣脫硝技術(shù),NOx去除率可高達(dá)70%~90%,是低NOx排放的首選技術(shù)。低氮燃燒技術(shù)又可與SNCR或SCR組合使用。在選擇應(yīng)用哪種脫硝技術(shù)時,可根據(jù)水泥窯氮氧化物初始排放濃度(一般為800~1200mg/m3)及氮氧化物排放限值的要求,選擇經(jīng)濟(jì)適用的技術(shù)。下表為幾種治理技術(shù)的比較:
典型氮氧化物控制技術(shù)比較表
按上表中所示,若氮氧化物排放限值要求為800mg/m3,則選用低NOx燃燒技術(shù)就基本能夠達(dá)到排放要求;若氮氧化物排放限值要求為500mg/m3以下,則需要采用SNCR技術(shù);若氮氧化物排放限值要求為300mg/m3左右,則應(yīng)采用低NOx燃燒+SNCR技術(shù);如采用SCR技術(shù),則可將排放值控制在200mg/m3以下。
根據(jù)國內(nèi)外水泥行業(yè)脫硝技術(shù)的實際應(yīng)用情況,SNCR技術(shù)應(yīng)用更為普遍,SCR技術(shù)在目前水泥行業(yè)的工程應(yīng)用實例不多,還需進(jìn)一步進(jìn)行工程驗證、完善。
近幾年,隨著國家對NOx污染防治工作的逐步落實,國內(nèi)的脫硝工程的數(shù)量也逐步增多,其中不乏典型的工程案例,如:
(1)江蘇科行環(huán)??萍加邢薰驹陉兾髀曂ú募瘓F(tuán)2500t/d水泥新型干法生產(chǎn)線設(shè)計的脫硝EPC工程以及平羅恒達(dá)2500t/d水泥新型干法生產(chǎn)線設(shè)計的脫硝工程。1)聲威項目中,系統(tǒng)煙氣量為33萬m3/h(10%含氧量,干基),NOx的初始濃度為720mg/m3(10%含氧量,干基)。該公司采用SNCR技術(shù),還原劑為氨水(濃度20%),噴入量為450kg/h,脫硝效率達(dá)到了60%;2)平羅恒達(dá)脫硝項目中,系統(tǒng)煙氣量為31.5萬m3/h(10%含氧量,干基),NOx的初始濃度為800~1000mg/m3(10%含氧量,干基),同樣是采用SNCR技術(shù),還原劑為氨水,噴入量為500kg/h,脫硝效率達(dá)到了50%。目前這兩個項目的運(yùn)行狀況良好,達(dá)到甚至優(yōu)于當(dāng)初的設(shè)計要求。
(2)中材國際環(huán)境工程(北京)有限公司設(shè)計的分級燃燒技術(shù)及SNCR技術(shù),在中材湘潭水泥有限責(zé)任公司5000t/d水泥熟料線應(yīng)用近二年。經(jīng)第三方檢測,在采用空氣分級燃燒+選擇性非催化還原技術(shù)組合情況下,本底氮氧化物濃度從930mg/m3降至270mg/m3,氮氧化物減排比例達(dá)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#水泥生產(chǎn)線3500t/d脫硝工程,由拉法基亞洲技術(shù)中心設(shè)計,采用SNCR技術(shù),脫氮效率達(dá)到30%~60%。
從上述工程案例看,SNCR技術(shù)為現(xiàn)階段水泥行業(yè)脫硝的主流技術(shù)。
目前,我國擁有水泥生產(chǎn)企業(yè)4000多家,產(chǎn)量已連續(xù)多年位居世界首位。2011年全國累計水泥總產(chǎn)量20.9億噸,同比增長11%。2011年底,我國水泥行業(yè)NOx排放總量為近200萬噸,并呈逐年上升趨勢,減排任務(wù)非常嚴(yán)峻。從我國水泥工業(yè)NOx控制技術(shù)的使用情況來看,除一些水泥窯采用了低氮燃燒器設(shè)計,部分新型干法窯通過控制分解爐產(chǎn)生還原性氣氛削減NOx,以及除極少數(shù)生產(chǎn)線采用了SNCR技術(shù)脫硝外,其余基本未采取任何控制措施。預(yù)期修訂發(fā)布的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》將為水泥行業(yè)NOx的減排工作提供明確的目標(biāo),同時為水泥行業(yè)脫硝市場提供動力,促使水泥生產(chǎn)企業(yè)按照各自的時間表進(jìn)行脫硝工程建設(shè)或技術(shù)改造。根據(jù)國家發(fā)改委2010年年底的統(tǒng)計數(shù)據(jù),采用國內(nèi)技術(shù)和裝備建設(shè)的新型干法水泥生產(chǎn)線已達(dá)1300多條,要達(dá)到NOx排放至500mg/m3以下標(biāo)準(zhǔn),需要進(jìn)行脫硝工藝改造的生產(chǎn)線不下1000條,因而我國水泥工業(yè)的脫硝市場潛力非常巨大。
中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)2012年12期