关于我国水泥工业脱硝的思考

2013.No.1 随着磷钢渣陈化时间的增加，水泥的凝结时间总 体上呈现上升的趋势，磷渣水泥凝结时间大约延长了 20~40min。 3 结论 1）磷渣水泥随磷渣掺量的增加强度降低，早期强 度的下降程度远大于后期强度；且随磷渣掺量的增加 水泥凝结时间呈现延长的趋势。 2）在磷渣掺量不变的条件下，钢渣取代熟料时， 磷渣水泥的强度有所降低，凝结时间则明显缩短。 3）通过钢渣磷渣加少许水共混及混磨的方式，可 以进一步降低该水泥的凝结时间。 4）钢渣磷渣加水混磨并进行陈化处理，可以大幅 提高该水泥早期强度，对后期强度也有所提高，但该 水泥凝结时间较未陈化时将延长 20~40min左右。 参考文献： [1] 刘冬梅 , 方坤河 , 吴凤燕 . 磷渣开发利用的研究 [J]. 矿业快报， 2005,429(3):21-25. [2] 刘来宝,严 云.大掺量磷渣水泥的凝结硬化特性与力学性能[J].西 南工业大学学报，2009,24(3):41-49. (编辑 胡如进) 0 引言 当前，水泥工业的 NOx减排工作已成为水泥企业 的重点工作。 但是，我国水泥企业的 NOx减排工作究 竟如何开展？是为了尽快降低 NOx排放量而一律采用 SNCR 或 SCR 等脱硝技术，还是结合水泥工艺自身特 性应用新技术来降低 NOx排放量？这两种方法的利弊 关系到底如何？笔者根据从事水泥行业多年的工作经 验，浅谈一些看法，以供同行和参考。 1 我国水泥厂 NOx的排放现状 2011 年我国水泥产量 20.6 亿 t， 水泥熟料产量 13.07 亿 t， 其中新型干法工艺水泥熟料产量 11.28 亿 t[1]，如果每吨熟料按照 2 000~2 200m3 的废气排放 量来测算，NOx 排放量平均值取 700mg/m3 （标态，下 同）， 则 2011 年新型干法线共排放 NOx 约 157.92~ 173.71万 t，是 2008年排放总量 76.46 万 t 的 2 倍多， 总体来说我国的水泥工业 NOx排放量还是偏高。 2 NOx减排的途径和技术 2.1 NOx减排的理论途径 NOx减排的途径理论上一般有两种：一种是从水 泥工艺自身治理，控制煅烧中生成的 NOx，其技术措 施有采用低氮燃烧器、分解炉和管道内的分级燃烧和 改变配料。 第二种是从末端治理，控制烟气中排 放的 NOx， 其技术措施有选择性非催化还原法 （SNCR）、选择性催化还原法（SCR）和 SNCR-SCR 联 合法等。 2.2 NOx减排技术应用现状 2.2.1 SNCR 和 SCR技术 目前这两种技术是水泥行业、脱硝设备厂家及管 理部门关注的热点，关于这两种方法在世界范围的应 用情况见表 1。 关于我国水泥工业脱硝的思考 王建礼,冯 云 （尧柏特种水泥集团有限公司，陕西 西安 710055） 摘要：根据我国水泥工业 NOx的排放现状，结合相关 NOx减排的先进技术和，重点以选择性非催化还原法（SNCR 法）为例，计算比较了该方法在新型干法水泥生产线应用后所减排的 NOx数量，及因使用氨水而间接产生一定数量的 NOx、新增加的大量 CO2、SO2和水污染物。为有效降低 NOx排放量，提出了水泥工业应从水泥工艺本身入手，通过优化组 合先进的工艺技术和应用还原性煅烧技术来降低 NOx排放量， 同时也对完善流态化烧成技术和推广高固气比悬浮预 热预分解技术来降低 NOx的前景进行了展望。 关键词：氮氧化物；选择性非催化还原法；水污染物 中图分类号：TQ172.62 文献标识码：B 文章编号：1002-9877（2013）01-0010-03 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 10- - 2013.No.1 名称 应用范围 水泥窑 总数量 /条 应用脱硝 技术的窑 数量/条 应用比例 /% 备注 SNCR 法 全世界 3 700 70 1.89 20 世纪 80 年代至今[2] 欧洲 650 60 9.23 德国 68 28 41.18 中国 1 513 6 0.40 截止到 2012 年 5 月底前的 新型干法线[3] SCR 法 欧洲 650 2 0.31 意大利和德国各 1 条[2] 中国 1 513 0 0 截止到 2012 年 5 月底前的 新型干法线 计算依据 熟料产量 /t 消耗合成氨 /t 化学需氧量 /t 悬浮物 /t 氨氮 /t 排水量 /m3 石油类 /t 氰化物 /t 硫化物 /t 挥发酚 /t 2 500t/d 规模年产量 862 500 465 3.49 2.33 1.63 23 260 0.12 0.02 0.01 0.002 陕西省 2012 年上半年熟料产量 20 350 260 10 976 82 55 38 548 799 2.74 0.55 0.27 0.05 全国 2011 年新型干法窑产量 1 128 000 000 608 390 4 563 3 042 2 129 30 419512 152.10 30.42 15.21 3.04 表 3 工业合成氨产生的水污染物排放量情况 计算依据 熟料产量 /t 消耗氨水量 /t 消耗合成 氨量/t 消耗合成氨间接 增加煤耗[8] /t 间接排放 NOx /t 间接排放 CO2 /t 间接排放 SO2 /t 脱除效率为 60% 的 NOx减排量/t 2 500t/d 规模年产量 862 500 2 326 465 768 12 514 13 725 陕西省 2012 年上半年产量 20 350 260 54 880 10 976 18 110 283 12 134 299 17 094 全国 2011 年新型干法窑产量 1 128 000 000 3 041 951 608 390 1 003 844 15 660 672 575 16 563 947 520 表 1 水泥行业 SNCR 法和 SCR 法脱硝技术应用情况 从表 1 可知，SNCR 法是目前应用较多、 技术相 对比较成熟的一种技术，在德国的应用比例为最高达 41.18%， 而 SCR 法的应用在德国和意大利仅各有一 条，在欧洲范围内仅占比例 0.31%，在我国还无成功 应用经验。 NOx的脱除效率方面，当 SNCR 法用氨水 作还原剂、氨氮比控制在 1.4 时可达到 60%左右的脱 除效率 [4]。 至于 SNCR-SCR 的联合脱硝技术，国内水 泥脱硝还无成功经验。 2.2.2 从水泥工艺入手的 NOx减排技术 1）精细化操作，优化回转窑系统的煅烧制度，这 种措施做到位后 NOx的生成量可降低约 10%~15%。 2） 替代燃料的使用， 不仅利于水泥窑的 NOx减 排，而且可以节省煤、天然气等不可再生资源，对于水 泥企业的节能降耗也大有裨益。 3） 采用矿化剂改善生料易烧性来降低烧成温度 以减少热力型 NOx的生成量，从而降低系统烟气中的 NOx，这类措施可降低 NOx排量约 5%~15%，如果使用 含有一定矿化剂成分的工业尾矿进行配料，则还具有 明显的节能降耗作用[5]。 4） 使用新型的低氮燃烧器， 对不同的水泥企业 NOx减排效果一般可达 5%~30%；采用空气分级燃烧 和燃料分级燃烧技术， 可取得减排 NOx 20%~50%的 效果，该技术也可统称为还原性煅烧技术。 5） 高固气比悬浮预热预分解技术也对 NOx的减 排有积极作用， 一般情况下该系统窑尾烟气排出的 NOx要比普通预分解系统低 20%~40%[6]，而相关资料 显示该系统目前最大可达到比普通预分解系统低 66%的 NOx排放量[7]。 3 SNCR法脱硝技术的污染物排放量计算 目前一些管理部门为确保完成节能减排任务，以 各种理由给企业施加压力，要求水泥企业限期尽快实 施脱硝技术，一些脱硝设备厂家也推波助澜，面对这 种压力，从科学、客观的角度出发，企业到底该不该实 施 SNCR 技术？ 现以 SNCR 法脱硝技术为例，还原剂 选择浓度为 20%的氨水， 以 2 500t/d 规模年产熟料 量、陕西省 2012 年上半年熟料总产量和 2011 年全国 新型干法水泥熟料总产量数据为依据，从直接和间接 两方面计算对比 SNCR 法脱硝技术实施后对环境可 能造成的影响。 使用氨水脱硝时 NOx 减排量和 NOx、CO2、SO2 间 接生成量对应关系见表 2。 由表 2 可知，当采用 SNCR 法使用氨水作还原剂 时，如果按照 2011 年新型干法窑的熟料产量计算，全 国 NOx减排量可达约 94.752 万 t，但同时却消耗掉工 业合成氨约 60.839 万 t， 间接排放的 NOx约为 1.566 万 t、CO2约为 67.26万 t、SO2约为 1.66万 t。 使用氨水脱硝时因消耗工业合成氨而产生的水 污染物排放量[9]见表 3。 表 2 SNCR 法合成氨消耗量、NOx减排量及 NOx、CO2、SO2的间接生成量之间的对应关系 王建礼,等：关于我国水泥工业脱硝的思考 11- - 2013.No.1 项目 NOx CO2 SO2 生产 1t 熟料的 排放量/t 1.4×10 -3 1.0[10] 0.243×10 -3～ 0.486×10-3 [11] 年产 862 500t 熟料的 排放量/t 1 207.5 862 500 209.6～419.2 由表 3 可知，当采用 SNCR 法使用氨水作还原剂 时，按照 2011 年新型干法窑的熟料产量计算，因生产 工业合成氨而产生的水污染物排放数量由大到小依 次为：污水量约 3 042 万 m3、化学需氧量约 4 563t、悬 浮物约 3 042t、氨氮约 2 129t、石油类约152.1t、氰化物 约 30.42t、硫化物约15.21t、挥发酚约3.04t。 水泥工业 用水一般分为生产用水和生活用水，生产用水在工厂 内部均为循环利用，不产生外排水，而生活用水所占 比例较小，故外排时对环境影响很小。 从这两方面对 比可知，水泥厂因使用氨水减排NOx消耗合成氨而间 接产生的大量水污染物远远超过水泥工业自身所产 生的水污染物。 2 500t/d 规模新型干法生产线每年生 产熟料排放的 NOx、CO2、SO2数量测算见表 4。 表 4 2 500t/d 规模生产线的 NOx、CO2、SO2年排放量测算 注:生产每吨熟料的 NOx全国平均排放量取 1.4kg/t 熟料。 由表 4 可知， 当不采用脱硝技术， 按照目前的 2 500t/d 规模新型干法生产线大气排放物水平， 每年 可排放 NOx约为 1 207.5t，CO2约为 86.25 万 t、SO2约 为 209.6～419.2t。 再结合表 2 中全国新型干法生产线 全部采用氨水脱硝技术后间接排放的大气污染物数 据 ， 若以 NOx 数据计算相当于每年新增加 13 条 2 500t/d 规模的新型干法线， 若以 SO2数据计算相当 于每年新增加 39条 2 500t/d规模的新型干法线。 综合上述内容，因水泥工业脱硝而间接新增加的 大量空气污染物和水污染物对环境的影响程度同单 纯的每年减排约 94.752万 t的 NOx相比较孰轻孰重， 尚需评估。另外，在水泥产量方面，我国多年来一直稳 居世界第一位，且我国新型干法生产线约占全世界的 40%，故中国脱硝技术应用的如何对我国乃至全球环 境的影响起到举足轻重的作用，从这方面考虑，相关 管理部门应慎重、综合考虑，切忌只看一方面的利益。 4 通过优化工艺技术降低 NOx排放量 优化水泥工艺技术应该是首先要考虑 NOx 减排 方法，这也是最基本的减排方法和思路。 流态化烧成 技术同窑外预分解技术相比，其最大特点是在 1 300~ 1 350℃范围内即可烧成水泥熟料， 打破了 1 450℃的 传统烧成温度概念 [12]， 但此技术仍处于工业试验阶 段，亟待完善。 最近，从已投产的 2 500t/d高固气比悬 浮预热预分解生产线的监测数据表明[13]，NOx 排放浓 度本体值仅为 233~348mg/m3， 远远低于目前的国家 标准。对于这类无需加入还原剂便可有效降低 NOx排 放量的技术，建议在条件成熟的情况下水泥企业应优 先采用。 5 与展望 1） 我国新型干法生产线若全部采用 SNCR 脱硝 技术， 间接增加的大量大气污染物与水污染物数量， 以及对环境的整体影响等后果，还需要相关管理部门 和环保专业部门认真权衡利弊。 2）NOx 的减排首先应从最基础的水泥工艺自身 入手，通过对先进技术的优化组合、应用还原性煅烧 技术达到有效减排 NOx的目的；对于尚处于工业试验 阶段的流态化烧成技术还需尽快完善。而高固气比悬 浮预热预分解技术生产线所监测的极低 NOx 本体值 实例， 为水泥工业不引入氨水等还原剂、 不采用 SNCR 等方法便可大幅降低 NOx 提供了一条崭新的 途径和思路。 参考文献： [1] 中国建筑材料联合会信息部,中国建材数量经济监理学会.2011 年 水泥产量和产能统计分析报告[J].中国水泥，2012(3)：10-12. [2] 高长明.论我国水泥工业 NOx 的减排[J].新世纪水泥导报,2012(4)： 5-7. [3] 马泽民.水泥脱硝义不容辞 企业期盼三大支撑[J].数字水泥（财经 版）,2012(4)：52-55. [4] 顾 军，何光明.欧洲水泥窑 NOx减排考察报告[J].中国水泥，2012 (2):23-25. [5] 连 杰，李县军，冯 云,等.萤石废石在预分解窑上应用的生产试 验[J].水泥，2011（8）：23-25. [6] 嵇 鹰，田耀鹏，徐德龙.水泥工业 NOx排放控制探讨[J].西安建筑 科技大学学报（自然科学版），2009(3)：397-403. [7] 西安建筑科技大学. 高固气比悬浮预热预分解理论与技术（XDL 水泥熟料煅烧新工艺）—科学成果鉴定证书 （陕科鉴字 [2011] 第 056 号）[R]. [8] GB21344—2008. 合成氨单位产品能源消耗限额[S]. [9] GB13458—2001.合成氨工业水污染排放标准[S]. [10] 彭 毅 ，孙欣林 .水泥厂主要有害气体及其防治 [J].水泥工程 ， 2008(5):6-10. [11] 康 宏,袁文献，曹晓凡.新型干法水泥生产气态污染物产排放量 核算研究[J].中国水泥,2011(11):33-35. [12] 季佳铭，汪 澜，考宏涛，等.水泥熟料烧成技术的研究进展[J].水 泥工程，2012(3)：6-9. [13] 韩城尧柏阳山庄水泥有限公司窑尾 NOx排放浓度委托监测报告 (陕环监字[2012]第 091 号)[R].陕西省环境监测中心站，2012-8-22. （编辑 蔡成军） 12- -