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水泥研發新型脫硝技術降低氮氧化物排放

【河北水泥網】  【時間:2011-12-27】  【關閉本頁】  【打印本頁[字體:字體顏色]
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  我國在“十二五”規劃中新增了氨氮(NH3)和氮氧化物(NOX)排放的兩項大氣污染物的約束性指標。然而,2011年上半年的核查結果顯示,NH3和NOX的減排形勢不容樂觀,壓力很大。究其原因,環保部認為主要是能源總消耗和工藝生產排放的NOX增加過快,燃煤電廠和水泥廠等脫硝工程尚未大規模開展,淘汰落后產能的規模和力度減弱等原因所致。

  因為水泥窯是典型的高溫裝備,加之過去半個多世紀以來,我國落后水泥(立窯為主)給人們留下的污染印象很深刻,所以現今的水泥行業很自然被認為是工業NOX排放的主要污染源之一。有人說水泥行業NOX排放高達總量的一半,也有人說僅次于燃煤電廠和汽車尾氣,排名第三,占總量的20%等。

  隨著近10多年來新型干法水泥大規模淘汰取代落后水泥的巨大技術進步,我國新型干法水泥熟料在總產量的占比由6%上升到85%以上,水泥工業已經發生了翻天覆地的變化,總體已達到了國際先進水平。我國的水泥技術與成套裝備在國際市場上已占有40%的份額,成為國際水泥行業迅速崛起的新引擎?梢哉f,如今我國水泥工業的人才、技術、裝備、管理、環保和創新等綜合水平與幾十年前有了天壤之別。但是我國水泥工業在公眾腦海里的污染印象尚未消除。我國水泥工業環保新形象要樹立,尚需時日,對此我們不僅應予以理解,更要從中吸取教訓。

  對于我國水泥工業粉塵(固體顆粒物)、SO2、NOX、F和CO2歷年的排放量,國家統計局(全國工業排放)和中國水泥年鑒(水泥工業排放)的數據比較準確。2009年,我國工業NOX排放約1530萬噸,其中水泥工業為87萬噸,占總量的6%,相當于每噸熟料排放0.83kgNOX。環保部規劃研究院的資料顯示,2010年全國工業NOX排放總量為1700萬噸,比2009年增長10%,其中火力發電占40%,固定源工業燃燒(工業鍋爐、窯爐、燒結機、水泥窯等)占30%,移動源汽車尾氣等占30%。

  根據中國建材科研總院和合肥水泥研究設計院2009年對我國9條2500~5000t/d水泥熟料生產線NOX排放的實測數據顯示,其最低的是377mg/m3(標),最高的是1620mg/m3(標)。綜合分析的初步結論是現今我國≥5000t/d、2500t/d和≤1500t/d新型干法水泥窯的NOX排放分別為600mg/m3(標)、1100mg/m3(標)和1600mg/m3(標),全國加權平均值不超過800mg/m3(標)。

  因為新型干法水泥窯的熟料熱耗比落后窯節省了30%~60%,單位熟料的廢氣量相應減少,加之又有約60%左右的煤改在溫度較低的分解爐中燃燒,只有40%的煤在窯頭高溫燃燒,因而使NOX的生成量又有較大幅度的下降,最終導致單位熟料的NOX排放大幅減少。

  如果我們選取全國水泥窯NOX實際排放濃度加權平均為700mg/m3(標),單位水泥熟料的廢氣量為1800m3(標)/t熟料,計算可得單位熟料的實際NOX排放為1.26kg/t熟料。2009年,我國水泥熟料產量是10.1億噸,即水泥工業NOX排放量為127萬噸。然而實際的統計數據是87萬噸,造成這樣差別可能有兩個原因,一是統計不完全,漏報或少報;二是選取的加權平均值700mg/m3(標)偏大,實際情況或許小于700mg/m3(標)。所以如果有人質疑水泥工業2009年NOX排放量的統計數據87萬噸偏少的話,那么其調整后可能的最大值也不會超過127萬噸。

  我國現行的水泥工業環保標準(GB4915-2004)對NOX排放限值是800mg/m3(標),即2.4kg/t熟料,尚未實施的HJ/TXX《清潔生產標準水泥行業》(草案)中規定,一、二、三級分別是0.8kg、2.0kg、3.0kgNOX/t熟料,相當于240mg/m3(標)、600mg/m3(標)、900mg/m3(標)。顯然新型干法水泥熟料生產線現在多數已接近或低于800mg/m3(標)的規定,只是某些早年建設的1500t/d以下的新型干法水泥窯的NOX排放會高達1400mg/m3(標)左右,而這類窯本身已屬待改造或淘汰之列。

  此外,如果按2.4kg/tNOX熟料計,因新型干法水泥窯的熟料單位廢氣排放量已由原先制定GB4915-2004標準時所采用的3000m3(標)/t熟料大幅降低到了1800~2000m3(標)/t熟料,即使在800mg/m3(標)的條件下,其實際的NOX排放相應地已降到1.6kg/t熟料左右,可以滿足2.4kg/t熟料的現行環保限額。所以在繼續實施GB4915-2004環保標準的情況下,很難想象有多少水泥企業會主動提高排放標準而專門新增脫硝裝備。除非是在一些經濟發達地區,因國家區域性重點硫氮排放控制措施的特殊要求,有些水泥企業才有可能會考慮增設脫硝設施。

  自上世紀60年代開始,鑒于當時水泥廠的粉塵污染十分嚴重,有關部門向一些水泥廠每年收取一定的排塵費。然而10多年來新型干法水泥徹底顛覆了立窯水泥的排污形象之后,許多新型干法生產線的粉塵和SO2排放已遠低于國標規定。但由于歷史和現實的各種因素及長期養成的收交排塵費的“習慣”,許多水泥廠出于各種考慮,始終繼續交納“排污費”。如此這般,許多運營管理和排放都不錯的新型干法水泥企業依然按慣例交費,這無形中成為其NOX超標排放的“口實”。

  2010年年底,工業和信息化部《關于水泥產業節能減排的指導意見》中提出,到2015年年底,全國水泥工業的NOX排放量要比2009年減少25%,顆粒物排放要減少50%。按照該指導意見及我國水泥生產發展趨勢的預測,2015年水泥工業的顆粒物排放將由2009年的358萬噸降到179萬噸,相當于0.75~0.82kg/t水泥或1.15~1.26kg/t熟料或576~629mg/m3(標)。

  至于2015年水泥工業NOX排放要由2009年的87萬噸減少到65萬噸,相當于0.42~0.45kg/t熟料或233~255mg/m3(標)的問題。根據現已掌握的各種脫硝技術,NOX排放5年之內要從現今的全國平均700mg/m3(標)降到250mg/m3(標),時間緊迫,這就需要水泥行業立刻修訂現有的NOX排放標準;加緊研發效率高又經濟實用的新型脫硝技術等。這其中許多基礎性的工作是不能“跨越”的,必須扎實地做好才能保障目標實現。

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