一、背景

2020年9月,國家主席在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上鄭重宣示，中國二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。上述碳達(dá)峰與碳中和的時(shí)間表，也被稱為“雙碳”目標(biāo)。

“雙碳”目標(biāo)不僅解決生態(tài)環(huán)保問題，還將引發(fā)一場廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)變革。對(duì)廣大工業(yè)企業(yè)而言，碳減排不作為，將會(huì)面臨生存與發(fā)展的問題。

今年上半年經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇不如預(yù)期，表現(xiàn)在消費(fèi)和投資信心不足，水泥行業(yè)的表現(xiàn)也不樂觀，上半年水泥量價(jià)齊跌，河南水泥每噸售價(jià)降到了200多元，顧不住成本，被迫停產(chǎn)，這種嚴(yán)峻局面可能還會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。最近國家出臺(tái)了一些刺激政策，水泥行情也出現(xiàn)了一些積極變化。

專家分析，中國經(jīng)濟(jì)增長模式，正在從“資本”驅(qū)動(dòng)，切換成“運(yùn)營”驅(qū)動(dòng)。水泥企業(yè)正在從粗放型向精細(xì)化轉(zhuǎn)型。

經(jīng)濟(jì)學(xué)家把中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過去分為上半場，現(xiàn)在和未來分為下半場。

上半場是從1979—2019的這40年，解決的核心問題就是資本的原始積累，通過資本的累積完成了兩大任務(wù)：一是用鋼筋混泥土做好基建和房子，二是推出各種互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提高社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)效率。在這個(gè)過程中，水泥行業(yè)從技術(shù)落后到世界領(lǐng)先，從供不應(yīng)求到產(chǎn)能過剩，經(jīng)歷了立窯、濕法窯、干法中空窯、預(yù)熱器窯和窯外分解窯的發(fā)展歷程，這40年，水泥技術(shù)迅速發(fā)展，水泥行業(yè)受益匪淺。

下半場是在運(yùn)營的推動(dòng)下，要再通過“產(chǎn)品+內(nèi)容”的填充，讓社會(huì)有血有肉，只有運(yùn)營好產(chǎn)品和內(nèi)容才有出路！運(yùn)營就是靠管理，使資源發(fā)揮出更大的社會(huì)價(jià)值。在中國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的過程中，我們水泥企業(yè)要轉(zhuǎn)變理念，跟上變化，適應(yīng)新的發(fā)展需要，做好運(yùn)營才有出路。

二、水泥企業(yè)環(huán)?，F(xiàn)狀

水泥廠的污染治理分析：水泥廠的主要污染源有粉塵、煙氣、噪聲、廢水，經(jīng)過環(huán)保治理，都能做到達(dá)標(biāo)排放，因?yàn)椴贿_(dá)標(biāo)排放就被停產(chǎn)，還要被罰款，有強(qiáng)制性。水泥行業(yè)面臨的主要問題是如何制定污染物排放指標(biāo)，如何選擇性價(jià)比高、成本低的污染治理技術(shù)。歐洲煙塵控制是差異化的，敏感地區(qū)要求嚴(yán)，不敏感地區(qū)要求松。

我們水泥人通過不懈的努力，在水泥廠煙塵治理方面已經(jīng)走在世界前列，為了進(jìn)一步提高環(huán)保治理水平，投入也越來越大，超低排放，給企業(yè)帶來了很大的壓力。

排放指標(biāo)是不是越低越好？要從兩方面考慮：一是從環(huán)保角度考慮，要根據(jù)環(huán)境容量的要求，不同地區(qū)環(huán)境容量要求不同，排放指標(biāo)也應(yīng)該是差異化的。二是從經(jīng)濟(jì)角度考慮，污染物排放量越低，資本投入就越大，增加企業(yè)負(fù)擔(dān)和運(yùn)行

成本，尤其是水泥市場不景氣的情況下，企業(yè)壓力會(huì)更大。

因此，從科學(xué)發(fā)展的角度來看，水泥廠煙塵排放量不一定是越低越好。

脫硝勢(shì)在必行

按照每噸熟料NO_x排放系數(shù)為1.5-1.8kg/t熟料計(jì)算，2020年我國水泥工業(yè)窯爐排放的NO_x約為200萬噸（水泥熟料按13億噸計(jì)算），這兩年因?yàn)槭炝袭a(chǎn)量的下降，NO_x排放量也在下降，由于水泥行業(yè)排放總量占全國NOx總排放量的10%左右，是繼火電發(fā)電廠和機(jī)動(dòng)車之后的第三大排放源，因此，國家環(huán)保部門對(duì)水泥企業(yè)特別關(guān)注。政府出臺(tái)了相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)，明確要求NO_x排放不達(dá)標(biāo)不得生產(chǎn)。

水泥企業(yè)在氮氧化物減排方面急需尋找最佳出路。

三、脫硝技術(shù)

目前，國內(nèi)水泥工業(yè)執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)為《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915-2013）。一些地方還出臺(tái)了更為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，例如，浙江省出臺(tái)的地方標(biāo)準(zhǔn)要求到2025年水泥窯爐煙氣NO_x排放濃度小于50mg/Nm³，西南四省今年也出臺(tái)了相關(guān)政策。此外，環(huán)保部頒發(fā)的《重污染天氣重點(diǎn)行業(yè)應(yīng)急減排技術(shù)指南》要求，水泥生產(chǎn)采用SNCR、SCR等技術(shù)達(dá)到超低排放，并且噸水泥熟料氨水消耗量小于4kg，才能認(rèn)定為A級(jí)企業(yè)，享受相應(yīng)的政策支持，補(bǔ)貼50%，獎(jiǎng)勵(lì)運(yùn)行。

我國水泥工業(yè)從2007年開始全面推廣非催化還原技術(shù)（SNCR)。SNCR技術(shù)的脫硝效率可高達(dá)60%（目前有新的突破）。這期間還有研究采用分級(jí)燃燒技術(shù)，即通過控制分解爐及管道中的燃燒工況，用不完全燃燒產(chǎn)生的CO來還原NO_x，分級(jí)燃燒技術(shù)的脫硝效率約為30%（目前有新的突破，可實(shí)現(xiàn)超低排放）。在煤電行業(yè)通過應(yīng)用催化還原技術(shù)（SCR）實(shí)現(xiàn)超低排放之后，該技術(shù)（SCR）引入水泥行業(yè)經(jīng)過適應(yīng)期逐步成熟，但是，成本的增加、危廢的產(chǎn)生仍是企業(yè)需要考慮的問題。

近幾年，在分級(jí)燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過研究分解爐及管道中的燃燒工況，考慮盡量減少還原劑的使用和危廢的產(chǎn)生，推出了管道還原法深度脫硝技術(shù)，經(jīng)過南方水泥等多家水泥企業(yè)應(yīng)用，取得了良好效果，達(dá)到超低排放指標(biāo)。

管道還原法脫硝原理

窯內(nèi)產(chǎn)生的NO_x還原方式：將分解爐的用煤分出一部分，噴入管道爐預(yù)熱區(qū)，使其在管道爐缺氧的工況下形成“厭氧燃燒”，產(chǎn)生的CO與窯尾煙氣中的NO_x發(fā)生反應(yīng)，將窯內(nèi)產(chǎn)生的NO_x還原成對(duì)環(huán)境無害的N₂氣體。

管道脫硝技術(shù)是在脫硝爐內(nèi)制造CO，調(diào)整脫硝爐喂料量，平衡還原區(qū)溫度，充分還原來自于窯內(nèi)的NO_x，實(shí)現(xiàn)NO_x的超低排放。

主要化學(xué)反應(yīng)如下：

CO₂+C→2CO

2CO+2NO→N₂+2CO₂

4CO+2NO₂→N₂+4CO₂

管道脫硝工藝流程示意圖

管道脫硝工藝

管道脫硝爐是一個(gè)單獨(dú)的在線爐體，爐內(nèi)產(chǎn)生的CO與窯內(nèi)的NO_x在脫硝爐內(nèi)充分反應(yīng)還原后，再進(jìn)入分解爐，即CO和NO_x完全在管道脫硝爐里反應(yīng)還原。進(jìn)入脫硝爐的物料，在平衡溫度的同時(shí)，提前進(jìn)行分解，對(duì)提高分解率和系統(tǒng)能力有一定幫助。

還原窯內(nèi)產(chǎn)生的NO_x是在管道脫硝爐內(nèi)完成，管道脫硝爐布置在窯尾煙室與分解爐之間，脫硝爐的進(jìn)氣口與窯尾煙室頂部縮口連接，脫硝爐的排氣口與分解爐底部連接。脫硝爐的進(jìn)氣端開設(shè)煤粉入口和物料入口，脫硝爐內(nèi)喂煤是為了產(chǎn)生CO，脫硝爐內(nèi)喂料是為了平衡爐內(nèi)溫度。

應(yīng)用管道脫硝技術(shù)的效益：

1.管道脫硝技術(shù)符合國家相關(guān)政策，實(shí)現(xiàn)NO_x排放濃度＜50mg/Nm³（10%O₂)的先進(jìn)指標(biāo)，運(yùn)行中沒有危廢的產(chǎn)生，能有效改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境質(zhì)量，使水泥生產(chǎn)企業(yè)能夠成為環(huán)境友好型企業(yè)，環(huán)保效益十分明顯。

2.管道脫硝是利用工藝技術(shù)解決生產(chǎn)中產(chǎn)生NO_x的問題，實(shí)現(xiàn)NO_x超低排放，是一種新的技術(shù)突破，為水泥企業(yè)實(shí)現(xiàn)超低排放提供了新的技術(shù)途徑，具有良好的社會(huì)效益。

3.應(yīng)用管道脫硝技術(shù)，熟料產(chǎn)量有所提高，煤耗、電耗有所降低，無新增運(yùn)行成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

管道脫硝應(yīng)用案例：

南方水泥與鄭州奧通合作，在南方水泥的江山、山亞、三明及常德等四家公司進(jìn)行了管道脫硝技術(shù)改造，均取得了較好的效果。

國檢集團(tuán)技術(shù)調(diào)研小組于2023年5月對(duì)江山、山亞、三明三家公司技改情況進(jìn)行調(diào)研，結(jié)論是管道脫硝技術(shù)運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡易，達(dá)到了超低排放指標(biāo)，與同類技術(shù)對(duì)比，投資合理，運(yùn)行成本較低，無催化劑消耗。

四、總結(jié)

國內(nèi)外水泥屆的科研工作者和企業(yè)家們，近幾年投入很多精力和財(cái)力，研發(fā)了SNCR、SCR、LCR、分級(jí)燃燒、管道還原爐等多種脫硝手段，從改變運(yùn)行條件到改進(jìn)燃燒方法，形成多項(xiàng)專利成果，為環(huán)保事業(yè)做出了很大貢獻(xiàn)。

在水泥生產(chǎn)過程中尋找脫硝辦法，不用外來的催化劑、還原劑，也就是說在工藝過程中脫硝，實(shí)現(xiàn)超低排放，這是水泥人一直探討的問題。據(jù)了解國內(nèi)有一些公司在這方面的研究成果已經(jīng)在多家水泥廠應(yīng)用，實(shí)測數(shù)據(jù)表明，脫硝爐出口氮氧化物濃度可以達(dá)到零！實(shí)現(xiàn)深度脫硝之目的，運(yùn)行成本低，沒有二次污染，可高比例使用替代燃料。目前，由于漏風(fēng)問題，有一小部分含有NOx的氣體沒有進(jìn)入還原爐，而進(jìn)入了分解爐、C5，還有分解爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生的NO_x ，結(jié)合現(xiàn)有的SNCR系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)NO_x ＜50 mg/Nm3超低排放。

管道脫硝爐具有運(yùn)行成本低、無二次污染、可超低排放、節(jié)能降碳等優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)發(fā)展方向，為了實(shí)現(xiàn)無氨脫硝，還需要進(jìn)一步研究：

1.研究如何減少鎖風(fēng)閥的漏風(fēng)，使出煙室含NO_x氣體不進(jìn)入或少進(jìn)入分解爐、C5，盡量全部經(jīng)過管道爐脫硝；

2.加強(qiáng)分解爐CO燃燒機(jī)理研究，避免在分解爐中產(chǎn)生熱力型氮氧化物；

3.加強(qiáng)燃料型氮氧化物產(chǎn)生機(jī)理研究，優(yōu)化操作，探討將尾煤全部喂入脫氮爐，避免或減少分解爐燃料型氮氧化物產(chǎn)生。

五、目標(biāo)

加強(qiáng)科研投入，攻克技術(shù)難題，不斷完善脫硝方法，最終實(shí)現(xiàn)無氨脫硝、超低排放！