水泥工業(yè)一直是我國大氣污染控制的重點，在水泥工業(yè)排放的粉塵、二氧化硫、氮氧化物三大污染源中，氮氧化物排放量在全國排放總量中占較大比重，治理難度最大。雖然國家已經(jīng)關(guān)閉了不少環(huán)評不合格企業(yè)，但仍對環(huán)境造成一定影響。同時，我國水泥工業(yè)NOx排放國家標(biāo)準(zhǔn)限值日趨嚴(yán)格，一些地方政府制定了比國標(biāo)更嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn)，如河北省要求新建水泥企業(yè)自今年5月1日起執(zhí)行顆粒物、二氧化硫、氮氧化物的排放限值分別為10mg/m³、30mg/m³、100mg/m³。但傳統(tǒng)脫硝技術(shù)難以直接滿足當(dāng)前水泥工業(yè)超低排放的環(huán)保要求。
在中科院“變革性潔凈能源關(guān)鍵技術(shù)與示范”A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的支持下，中科院工程熱物理研究所項目團隊研究人員系統(tǒng)探索了水泥窯爐條件下煤粉、半焦與熱解氣對NOx的不同還原特性及相關(guān)機理，獲得了煤粉對NOx均相、異相還原機理，揭示了水泥生料對于促進(jìn)焦炭異相還原的機理，獲得了溫度與氧氣濃度等關(guān)鍵參數(shù)對NOx還原特性的影響機理。
據(jù)了解，在SNCR正常投運條件下，水泥窯爐NOx排放低至80mg/m³。中科院工程熱物理研究所項目團隊在流態(tài)化燃燒氮氧化物控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了水泥窯爐NOx原位還原工藝，解決了水泥窯爐原位還原脫硝技術(shù)、還原爐/分解爐耦合技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)問題，開發(fā)出適用于燃煤水泥窯爐的低氮脫硝技術(shù)。該技術(shù)通過煤粉原位還原實現(xiàn)燃料氮的預(yù)脫除，部分燃料氮定向轉(zhuǎn)化為氮氣，同時生成具有較強還原性的高溫半焦-煤氣，進(jìn)入分解爐后，通過均相及異相還原反應(yīng)將回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的高濃度NOx還原成N?。上述研究人員在1 t/d和3 t/d水泥生料分解過程低NOx控制中試試驗中積累了大量研究數(shù)據(jù)，為該示范工程的建設(shè)和運行提供了技術(shù)原理和數(shù)據(jù)支撐。
據(jù)悉，水泥窯爐低氮脫硝技術(shù)通過優(yōu)化現(xiàn)有水泥工藝實現(xiàn)NOx減排，解決了水泥窯爐現(xiàn)有脫硝技術(shù)面臨的氮還原轉(zhuǎn)化率限制等問題，是一種有效減少NOx排放的綜合控制技術(shù)，在脫硝效率、環(huán)境兼容性及投資運行成本等方面顯示出優(yōu)越性，有望使水泥窯爐擺脫對氨水的依賴，解決現(xiàn)有脫硝技術(shù)面臨的效率和環(huán)保問題，對我國燃煤水泥窯爐低氨甚至無氨脫硝技術(shù)領(lǐng)域具有重要意義。
下一步，中科院工程熱物理研究所項目團隊將繼續(xù)對示范工程進(jìn)行優(yōu)化，以期實現(xiàn)無氨更低NOx排放，同時積極推進(jìn)該技術(shù)的廣泛工程應(yīng)用，為解決困擾我國水泥行業(yè)發(fā)展的問題貢獻(xiàn)力量。