水泥研发新型脱硝技术降低氮氧化物排放

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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