本文作者：賈華平，1958年11月10日生人，畢業(yè)于濟南大學(xué)水泥工藝專業(yè)，曾任天瑞水泥集團有限公司總工程師。

　　一，超低排放的演化目前，水泥生產(chǎn)的大氣污染物排放國家標(biāo)準(zhǔn)，仍然執(zhí)行GB 4915-2013。標(biāo)準(zhǔn)要求新建企業(yè)自2014年03月01日、現(xiàn)有企業(yè)自2015年07月01日起，一般地區(qū)按表1執(zhí)行，重點地區(qū)按表2執(zhí)行。

　　由表1、表2可見，多數(shù)企業(yè)牽涉的控制指標(biāo)有“顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、氨”四項。實際上，國家標(biāo)準(zhǔn)為最低標(biāo)準(zhǔn)，這個要求不算太高，可以說現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)全部實現(xiàn)。

　　在生態(tài)文明和綠色發(fā)展的大背景下，鑒于國內(nèi)環(huán)保意識的增強和環(huán)保力度的加大，特別是近年來治理霧霾的壓力要求，以及嚴(yán)重的產(chǎn)能過剩，各地方政府對國家的環(huán)保政策給予了積極響應(yīng)，相繼出臺了自己的特別排放值實施計劃，不但嚴(yán)格執(zhí)行了國家的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，而且因地制宜地制定了更加嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)，并達到了很好的落實。

　　值得一提的是，為了響應(yīng)國家環(huán)保治理和供給側(cè)改革的經(jīng)濟大局，水泥行業(yè)在水泥協(xié)會的主導(dǎo)下化危機為機遇，轉(zhuǎn)化產(chǎn)能過剩于錯峰生產(chǎn)、利用協(xié)同保價支撐環(huán)保治理，作出了很大貢獻、取得了很好的業(yè)績，既緩解了產(chǎn)能過剩、維護了行業(yè)的穩(wěn)定、又促進了環(huán)保治理。

　　處于京津冀大氣污染傳輸通道上的“2+26”城市覆蓋了京、津及晉豫魯三省，全部按國家重點地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，水泥行業(yè)對上述地區(qū)的霧霾治理作出了貢獻。

　　不完全統(tǒng)計部分地區(qū)的嚴(yán)控標(biāo)準(zhǔn)見表3。表3

　　水泥窯及窯尾余熱利用系統(tǒng)的主要控制項

　　部分地方排放標(biāo)準(zhǔn)

　　(單位：mg/Nm3)

　　目前，我們建材行業(yè)的排放量，在全國工業(yè)系統(tǒng)中位列前二至前三位，其中二氧化硫占到全國排放總量的10%左右，氮氧化物占到全國排放總量的14%，煙塵排放占到全國排放總量的16%左右，廢棄物排放總量占全國排放總量的13%左右。雖然近些年我們作了很大努力，采取了很多措施，各項指標(biāo)有明顯的進步，但是各行各業(yè)都在進步，所以總的比例沒有發(fā)生顯著的變化。

　　2019年10月29日，建材聯(lián)合會的喬龍德會長，在蕪湖給我們提出了新的要求：無論是今天的減排目標(biāo)，還是此前提出的10、50、100指標(biāo)，都是過渡性目標(biāo)，不是最終目標(biāo)，行業(yè)必須朝著更低的和無污染的排放目標(biāo)而奮斗，徹底改變與扭轉(zhuǎn)社會各界對行業(yè)的認(rèn)識和評價。

　　二，超低排放的難題

　　嚴(yán)格的要求需要相應(yīng)的技術(shù)支撐，否則就是一句空話。就超低排放控制的四個指標(biāo)“顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、逃逸氨”來講，覆蓋所有企業(yè)的是顆粒物、氮氧化物，二氧化硫只是部分原燃材料含硫高的企業(yè)，氨逃逸則主要來自于二氧化硫、氮氧化物的治理措施。

　　在粉塵治理上，超低排放沒有難度。概念性已經(jīng)不存在技術(shù)難題，只是一個投入的問題、一個投入產(chǎn)出比問題、一個環(huán)保方面的機會成本問題。實際上，從上世紀(jì)80年代我們引進一系列環(huán)保治理設(shè)備和技術(shù)以來，確實取得了長足的進步，但仔細(xì)分析就會發(fā)現(xiàn)，除了技術(shù)的先進性以外，關(guān)鍵是過濾風(fēng)速的大幅度降低。過濾風(fēng)速的降低意味著裝備的加大、投資的加大，這只不過是一個重視程度的問題。

　　關(guān)于二氧化硫的排放，原來在地域分布上不太均衡，水泥窯本身就是很好的脫硫工藝，北方的原燃材料含硫不高，脫硫問題主要在南方的一些水泥企業(yè);但隨著原料資源的不斷貧化、低價位高硫煤的部分應(yīng)用、以及已經(jīng)熱化起來的協(xié)同處理，需要脫硫的水泥企業(yè)迅速增多。但總體上講，二氧化硫的超低排放還不是難題，只要給予一定的投入，采用相應(yīng)的脫硫措施，還是能夠?qū)崿F(xiàn)的，無非是一次性投資和運行成本問題。

　　水泥行業(yè)超低排放的最大難題是氮氧化物，這與行業(yè)特點有關(guān)。要達到氮氧化物的超低排放，包括其他行業(yè)，就成熟的技術(shù)來講，目前最有效也是唯一的措施就是SCR脫硝。

　　在水泥行業(yè)大致有三種路徑：① 高溫高塵，脫硝效率雖高，但易造成催化劑堵塞、中毒、磨損;② 中溫中塵，雖然對催化劑的堵塞、中毒、磨損有所緩解，但脫硝效率很難保證;③ 低溫低塵，雖然解決了催化劑的堵塞、中毒、磨損問題，但脫離了催化劑的溫度窗口，需要加熱、運行成本很高。

　　恩格斯曾經(jīng)說過：“社會上一旦有技術(shù)上的需要，則這種需要會比十所大學(xué)更能把科學(xué)推向前進。” 這句話到現(xiàn)在依然有效，一定的壓力、特別是自加的壓力，往往能轉(zhuǎn)化為動力。

　　水泥行業(yè)的生產(chǎn)企業(yè)、裝備行業(yè)、研究單位，以及大專院校，正是在這種壓力促使下，積極的開始了適應(yīng)性改進、甚至是顛覆性創(chuàng)新，已經(jīng)有不少成果開始了工業(yè)試驗。

　　三，現(xiàn)行NOx超低排放技術(shù)評述

　　由于時間的關(guān)系，這里僅根據(jù)技術(shù)特點，選擇一部分有代表性的技術(shù)方案作一個簡單的評述，井底芻議、僅供參考。

　　為什么是芻議，各個企業(yè)、甚至每條線的環(huán)境和工況都不相同，就需要不同的技術(shù)共存發(fā)展。不存在哪種技術(shù)是最好的，而是哪種技術(shù)最適合自己，最適合的才是最好的。這里只談已經(jīng)有應(yīng)用業(yè)績、至少在工業(yè)試驗上獲得驗證的技術(shù)：

　　1，以精準(zhǔn)噴氨為代表的 上海萬澄

　　目前水泥窯的SNCR空間上設(shè)在分解爐，然而分解爐的溫度場不是均勻分布的、而且不是固定不變的。噴氨脫硝有一個溫度窗口，在窗口以外的噴氨不但是無效的，而且會造成氨逃逸、形成氨污染，這就是造成SNCR脫硝效率不高的根本原因。因此，智能控制精準(zhǔn)噴氨就成為提高SNCR效率的有效措施。

　　上海萬澄環(huán)保科技有限公司，在這方面的研究就取得了突破，其提出的“智能優(yōu)化控制+SNCR”技術(shù)，經(jīng)四川國大、四川德勝、四川利森三條5000t/d線的實施驗證，均取得了NOx排放濃度穩(wěn)定控制在低于50mg/m³以下的效果。

　　其原理主要是采用分層級安裝可獨立控制的噴槍組，利用智能實時優(yōu)化控制系統(tǒng)對NOx排放進行預(yù)測，對生產(chǎn)工況的變化實時跟隨，根據(jù)工況及時調(diào)整并分別控制氨水的噴射位置及噴射量，從而達到提高脫硝效率、減少氨水用量、降低氨逃逸的目的。

　　中控操作畫面截圖

　　現(xiàn)場噴氨控制閥集成柜

　　優(yōu)點：一次性投資很小，管理維護方便;

　　問題：氨水消耗量較大、運行成本較高，對燒成工況波動較大的生產(chǎn)線難以適應(yīng)。

　　比如在某廠進行的6天試驗，結(jié)果如下：　?、?NOx控制在200mg/Nm³時，氨水實際用量為742L/h;　?、?NOx控制在100mg/Nm³時，氨水實際用量為1169L/h;　?、?NOx控制在50mg/Nm³時，氨水實際用量為1356L/h。

　　2，多項脫硝措施組合增效的 上海三融

　　面對NOx排放愈來愈嚴(yán)的要求，采用多項成熟技術(shù)的組合增效，不失為一種簡單有效的方法，上海三融公司就集合組成了“分級燃燒+SNCR+蒸汽催化燃燒”脫硝技術(shù)。該技術(shù)試驗的廠家比較多，積累了不少經(jīng)驗，為水泥行業(yè)脫硝事業(yè)作出了積極貢獻。典型的代表是在江蘇信寧新型建材有限公司5000t/d線上的試驗。

　　試驗、改進、優(yōu)化前后的對比表

　　2019年05月10的運行截圖

　　優(yōu)點：一次性投資較小，管理維護簡單;問題：分料、分煤過于復(fù)雜，特別給工況波動時的操作調(diào)整帶來一定困難，較大的工況波動將影響脫硝效果，氨水消耗量較大、運行成本較高。

　　3，保留SNCR的高溫中塵SCR 西礦環(huán)保

　　西礦環(huán)保公司的“SNCR+高溫電除塵+SCR”方案，充分利用SNCR的經(jīng)濟性和SCR的高效性，以高溫保證催化劑效率，以除塵緩解催化劑的堵塞、中毒、磨損問題，以并用SNCR減輕SCR的負(fù)擔(dān)，較好的適應(yīng)了水泥行業(yè)的特點，并成功應(yīng)用于河南登封宏昌的脫硝項目。

　　宏昌項目投資約4000萬元，改造工期約4個月，2018年9月份投運，系統(tǒng)阻力1000Pa左右，溫度降低10℃左右，原SNCR還原劑消耗量降低。2018年10月14日通過專家組驗收，NOx排放濃度可穩(wěn)定實現(xiàn)50mg/Nm³以下，脫硝率可達90%以上，氨逃逸小于3ppm。

　　該項目的成功受到了各級政府、以及整個水泥行業(yè)的重視。2019年06月20日，國家生態(tài)環(huán)境部科技與財務(wù)司司長鄒首民等，曾親臨現(xiàn)場調(diào)研指導(dǎo)。

　　工藝流程圖

　　宏昌公司現(xiàn)場圖

　　優(yōu)點：高溫保證了穩(wěn)定的脫硝效率，高溫避開了硫酸氫銨的粘結(jié)堵塞，除塵緩解了催化劑的堵塞、中毒、磨損問題;問題：一次性投資較大，催化劑的更換費用較高，催化劑的壽命還有待進一步觀察，環(huán)節(jié)較多管理相對復(fù)雜，特別是高溫、高空電除塵器的運行維護。

　　4，高溫高塵SCR 蒂森克虜伯

　　蒂森、克虜伯、伯力鳩斯，這幾個都是世界上很牛的公司，現(xiàn)在又組合成一家了!關(guān)于水泥行業(yè)的高塵特點，他們認(rèn)為沒有問題，高塵反而有利于緩解催化劑中毒;至于堵塞問題，他們有有效的清灰手段。因此，他們直接采用高溫高塵的SCR工藝，據(jù)說他們有成熟的經(jīng)驗，在德國的幾條線也是這么干的，而且都運行良好。

　　工藝流程圖

　　據(jù)介紹，蒂森克虜伯在水泥行業(yè)已有13年以上的催化劑脫硝運行經(jīng)驗，其成熟的技術(shù)是世界范圍內(nèi)高塵SCR應(yīng)用最多的解決方案，多年的經(jīng)驗表明高塵SCR是降低NOx最經(jīng)濟的方案。他們已經(jīng)掌握了相關(guān)的清灰工藝，并在多個工廠得到了驗證。與標(biāo)準(zhǔn)陶瓷蜂窩催化劑相比，公司對催化劑進行了關(guān)鍵改進，大幅增加了催化劑的使用壽命，自2013年8月以來，其所有SCR項目全年運行率都超過了95%。

　　對于一般的5000t/d生產(chǎn)線，目前為雙塔方案，設(shè)備采購時間約5～6個月，現(xiàn)場安裝和對接時間約2個月，項目投資在4000萬元左右。該公司正在針對5000t/d線開發(fā)單塔方案，下一步采用單塔方案、以及催化劑國產(chǎn)化后，總投資有望降到3000萬元左右。

　　根據(jù)他們已有十余條生產(chǎn)線十幾年的運行經(jīng)驗，大致可以做到2-3年換一層催化劑，一般設(shè)計為4層催化劑，一層催化劑基本可以用到10年左右。當(dāng)然，催化劑壽命與煙氣及粉塵組份有關(guān)，具體的使用壽命將根據(jù)項目的具體情況提供一個預(yù)期的壽命管理。

　　正是人以類聚、物以群分，牛人找牛人。在大家一臉茫然之際，中國水泥最牛的海螺水泥選擇了蒂森克虜伯的脫硝技術(shù)，而且一干就是兩條線。目前，海螺濟寧已經(jīng)投運，中國水泥廠也正在調(diào)試即將投運。

　　濟寧海螺項目濟寧海螺項目于2019年08月21日投產(chǎn)運行，整個系統(tǒng)阻力不到400Pa，高溫風(fēng)機電耗增加不多。SNCR已經(jīng)停用，目前只使用SCR系統(tǒng)，進口NOx濃度在600～700mg/Nm³, 出口濃度在50～60mg/Nm³，氨水(20%濃度)使用量在600kg/h 左右，氨逃逸穩(wěn)定在2～3mg/Nm³ 左右。全面實現(xiàn)了NOx排放≤100 mg/Nm³，氨逃逸≤8 mg/Nm³的目標(biāo)。需要說明的是，盡管改造的目標(biāo)是NOx排放≤100 mg/Nm³，但還是安排了更高目標(biāo)的試驗，短時間運行了幾個小時，可以將NOx排放穩(wěn)定控制在20～27mg/Nm³。

　　中國水泥廠項目

　　優(yōu)點：高溫保證了穩(wěn)定的脫硝效率，高溫避開了硫酸氫銨的粘結(jié)堵塞，系統(tǒng)流程簡化方便了管理、減小了維護量;問題：一次性投資較大，催化劑的更換費用較高，在高塵狀態(tài)下催化劑的壽命還有待進一步觀察。

　　分解爐直噴脫硝技術(shù) 南工大

　　SCR是目前脫硝超低排放技術(shù)的頂梁柱，其技術(shù)核心是脫硝催化劑，遺憾的是，目前國內(nèi)外商用的脫硝催化劑均為V2O5/TiO2體系，而美國、歐盟環(huán)境署、中國國家環(huán)保部都已將V2O5定為劇毒污染物。SCR的催化劑不僅在使用中存在堵塞、中毒問題，在已有生產(chǎn)線的改造設(shè)計上存在空間布局的困難，而且還存在催化劑老化后的保管、回收問題。

　　南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國家重點實驗室的祝社民團隊，在有關(guān)部門的同力支持下，毅然另辟蹊徑、放棄了SCR技術(shù)，轉(zhuǎn)向研發(fā)了一種稀土基直噴脫硝劑，而且脫硝性能初步試驗達到了國際領(lǐng)先水平。

　　該成果在研發(fā)過程中，曾經(jīng)獲得如下財政支持：

　?、僭诨A(chǔ)研究階段，獲得國家自然科學(xué)基4項，分別是50872052、51172107、21106071、51272105;

　　②在應(yīng)用研究階段，獲得國家“863”計劃專項 2009AA05Z313;

　?、凼痉豆こ屉A段，獲得國家“十二五”科技支撐計劃 2012BAE01BO3;

　?、墚a(chǎn)業(yè)化階段，獲得國家發(fā)改委新興產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整專項 發(fā)改辦產(chǎn)業(yè)(2011)1935。

　　2014年入選國家鼓勵發(fā)展的重大環(huán)保技術(shù)，2016年被國家三部委指定為釩基催化劑的替代產(chǎn)品，2017年被環(huán)保部評為國際百強環(huán)保技術(shù)，入選工信部重點新材料首批次應(yīng)用示范項目。

　　鑒于水泥生產(chǎn)中廢氣含塵濃度高的特點，催化劑載體的堵塞始終是難以逾越的障礙，項目另辟蹊徑采用了向分解爐噴射的新方案;根據(jù)停留時間和分散度的需要，在分解爐下部噴入粉狀脫硝劑、在分解爐上部噴入液體脫硝劑。上部噴入的液體脫硝劑，只是比氨水粘稠一些，原有的噴(氨)系統(tǒng)可資利用，不用新建噴入系統(tǒng)，幾乎不需要直接投資。

　　2018年底，經(jīng)甘肅某水泥廠、江蘇某水泥廠試驗表明，在窯尾NOx為1100PPM的情況下，NOx排放值可穩(wěn)定控制在50 mg/Nm³以下，甚至更低;下一步的工作，主要是對脫硝劑噴入點和噴入量進行進一步優(yōu)化，優(yōu)化后即可進行全面推廣。

　　江蘇興寧水泥公司提供了試驗機會，試驗效果很好。該生產(chǎn)線為5700t/d熟料線，加入量300～400kg/h，在停掉SNCR噴氨后、上下同時噴入該催化劑，能將NOx穩(wěn)定控制在50mg/Nm³以下。

　　在利用現(xiàn)有SNCR噴氨設(shè)備的情況下，改造費用只有普通SCR改造的1/20;而且不存在催化劑回收問題、更不存在氨逃逸問題;與SNCR控制200mg/Nm³相比，根據(jù)窯尾廢氣的NOx含量大小(800～1200 mg/Nm³)，控制50 mg/Nm³以下的脫硝成本估計增加4～8元/t熟料。

　　那么，綜合考慮“投資成本+運行成本”與SCR相比，南工大的“分解爐直噴脫硝劑”技術(shù)是否具有優(yōu)勢呢?

　　按5000t/d水泥窯脫硝考慮，幾種SCR脫硝的一次性投資按4000萬元計算，現(xiàn)有一年期貸款利率考慮各企業(yè)貸款條件在5.6～6.0%之間，一年以后按滾動還舊貸新，設(shè)定利率不變。

　　SCR一次性投資的單位成本構(gòu)成

　　SCR一次性投資的成本并不算高，最高的也不到2元/t熟料。也就是說，直噴脫硝技術(shù)，運行成本不得比SCR高出1.7元/t熟料、有的甚至不得高出1.3元/t熟料，否則就沒有競爭力了!遺憾的是，上面的估算它比現(xiàn)有SNCR還要高4～8元/t熟料。

　　優(yōu)點：一次性投資極低，管理維護簡單，操作使用方便，運行穩(wěn)定可靠，不存在氨逃逸，不存在催化劑回收;問題：主要在于運行成本的大小，按目前水平初略估計，運行成本已經(jīng)高到難以接受的程度。但愿并相信隨著技術(shù)的成熟，運行成本能降到可以接受的程度。

　　回到分級燃燒 天瑞水泥

　　我們再熟悉不過的預(yù)分解水泥工藝，實際上就是一種分級燃燒，所以我們對分級燃燒有一種親切感，這是我們的本質(zhì)。在控制MOX排放的初期，我們很自然的又采用了分級燃燒，只是隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，原有的分級燃燒無法滿足脫硝需要的情況下，我們又借鑒其他行業(yè)的經(jīng)驗，逐步擴展到SNCR以至SCR，結(jié)果把脫硝搞得越來越復(fù)雜。　　那么，分級燃燒是否還有改進優(yōu)化的空間呢?一向重視技術(shù)創(chuàng)新的天瑞水泥公司就“不忘初心”，大膽的對分級燃燒做了認(rèn)真的分析研究，結(jié)果出乎預(yù)料，獲得了很好的脫硝效果。使一項初級的脫硝技術(shù)蛻變?yōu)橄冗M的脫硝手段，不僅獲得了理想的脫硝效果，而且還兼得了提產(chǎn)和節(jié)能降耗?！　【蜔上到y(tǒng)的NOx來講，我們都知道回轉(zhuǎn)窯是主要來源，卻把主要精力放在了分解爐改造上，而對受到空間制約的窯尾煙道和分解爐錐體幾乎沒有反抗，雖然也取得了一定的效果，但要達到超低排放可就難了。而天瑞水泥公司正是看透了這一點，他們將主要精力用在了后窯口，大幅度加長了窯尾煙道、專門給后窯口加了蒸發(fā)室，將窯尾煙氣在進入分解爐前、就將NOx控制在了100mg/Nm³以下，大大降低了分解爐的脫硝負(fù)擔(dān)，所以天瑞水泥成功了?！　【臀覀儑鴥?nèi)來講，從去年底到現(xiàn)在，天瑞水泥公司已經(jīng)陸續(xù)在衛(wèi)輝2#窯、登電、永安改造了3條5000t/d線和滎陽1條12000t/d線，都取得了很好的效果，NOx排放濃度達到20～30 mg/Nm³，氨逃逸達到3 mg/Nm³以下，氨水用量只有0.7～0.8t/h，窯產(chǎn)能提高了10%左右。就5000t/d線來講，改造工期在50天左右，改造費用約為3000萬元/條，如果采用甲供材協(xié)議，費用還可能進一步降低。

　　衛(wèi)輝公司兩條5000t/d線的預(yù)熱器對比

　　脫硝系統(tǒng)中控截圖

　　從上圖來看，未改造的1#窯，氨水用量為0.98m³/h，NOx排放濃度為73mg/Nm³，氨逃逸為4.75mg/Nm³;已改造的2#窯，氨水用量為0.4m³/h，NOx排放濃度為26mg/Nm³，氨逃逸為2.48mg/Nm³。

　　優(yōu)點：與SCR相比，脫硝效果更好一些，一次性投資低了四分之一，管理維護簡單，操作使用方便，運行穩(wěn)定可靠，不存在催化劑回收;

　　問題：由于各廠的工況和原燃材料不同，投運初期有可能遇到局部結(jié)皮，還需要針對性的局部小改。

　　(來源：水泥人網(wǎng))