1. 水泥行业氮氧化物排放现状

我国水泥产量自1985年以来一直稳居世界第一，2020年水泥熟料产量达15.79亿吨，约占世界总量58%。目前拥有水泥熟料生产企业1213家，生产线1663条，其中协同固废处置生产线约300条。烟气排放量达到8亿立方/年，水泥装备水平以及企业管理能力都对NO_x排放有不同程度的影响。现目前水泥行业主要污染物排放强度为：NO_x：0.134-0.772千克/吨熟料，平均0.430千克/吨熟料；NO_x年排放量67.90万吨^[1]。

2. 水泥行业氮氧化物排放标准及政策

我国从“十二五”时期开始对大气NO_x实行总量控制，其中水泥行业是仅次于火电行业的NO_x第二大工业排放源，是控制的重点。1985年我国颁布了第一个水泥行业环保标准，即《水泥工业污染物排放标准》（GB 4915-85），标准中未对水泥窑炉的NO_x排放提出限制。1996年对该标准进行了修订，并更名为《水泥厂大气污染物排放标准》（GB4915-1996），水泥窑炉NO_x排放限值为800 mg/m³。此后我国水泥工业迅猛发展，带来了巨大的环境保护压力。因此，标准越来越严格，目前国家及地方水泥工业大气污染物排放限值汇总如下表。

表1 我国水泥行业NO_x排放标准

编号	政策	地区	排放限值mg/m³
GB4915-1985	水泥工业污染物排放标准	-	无限制
GB4915-1996	水泥厂大气污染物排放标准	-	800
GB4915-2004	水泥工业大气污染物排放标准	现有企业	800
GB4915-2013	水泥工业大气污染物排放标准	一般地区	400
GB4915-2013	水泥工业大气污染物排放标准	重点地区	320
DB37/2373-2018	山东建材工业大气污染物排放标准	现有企业	300
DB37/2373-2018	山东建材工业大气污染物排放标准	新建企业	200
DB11/1054-2013	北京水泥工业大气污染物排放标准	II时段	200
DB 13/ 2167—2020	河北水泥工业大气污染物排放标准	现有企业	100
DB41/1953—2020	河南水泥工业大气污染物排放标准	现有企业	100
DB44/8184—2010	广东水泥工业大气污染物排放标准	现有企业	550
DB35/1311—2013	福建水泥工业大气污染物排放标准	现有企业	400
DB52/893—2014	贵州水泥工业大气污染物排放标准	一般地区	400
DB52/893—2014	贵州水泥工业大气污染物排放标准	重点地区	320
DB50/656—2016	重庆水泥工业大气污染物排放标准	主城区	250
DB50/656—2016	重庆水泥工业大气污染物排放标准	其它区域	350
2017	江苏关于开展全省非电行业氮氧化物深度减排的通知	现有企业	100
2018	唐山市生态环境深度整治攻坚月行动方案	现有企业	50
DB51/2864-2021	四川省水泥工业大气污染物排放标准	现有企业	100

3. 水泥行业氮氧化物控制技术及发展趋势

水泥窑烟气脱硝工艺技术经济技术指标见下表^[2]。

表2 水泥行业各种NO_x控制技术指标比较

工艺技术名称	效率（%）	理论排放值mg/m³，10%O₂
降低烧成温度	5-10	800
低氮燃烧器	5-30	800
分级燃烧技术	30-50	500-1000
SNCR	40-60	200-500
SCR	80-99	50-100

表3 水泥行业各种NO_x控制技术应用效能比较

工艺技术名称	减排效果	费用（元/吨熟料）	工程费用	应用情况说明
低NO_x燃烧器	低	~1	30~60	需要较高的操作控制水平和自动控制技术，在国外水泥行业应用有一定效果
分级燃烧技术	低	~3	~300	在设计阶段选择DD炉型，需要较高的操作控制水平和自动控制技术，在国外水泥行业应用有一定效果
SNCR	中等	5-20	300~800	有较好的减排效果，已得到较多应用，但运行成本较高
SCR	高	~10	~1500	有更好的减排效果，初次投资较大

在当前的环保形势下，水泥企业降低NO_x排放是必要要求，采用源头治理方案脱硝效率低，无法满足排放要求，必须采取末端治理技术。

水泥窑烟气脱硝末端治理工艺技术主要为：SNCR、SCR、SNCR/SCR。随着新型干法水泥生产技术的发展和环保标准的提高，SCR脱硝将成为主流技术。

4. 低温SCR脱硝技术在水泥行业应用的可行性分析

对于生产线老旧、技术改造难度大的生产线，采用SCR技术较为实际。水泥行业目前采用SCR布置方式主要有以下几种：

表4 不同SCR技术的比较

项目	高温高尘	高温中尘	中低温中尘	低温低尘
布置位置	余热锅炉前	余热锅炉前	高温风机前/后	尾排除尘后
配置形式	高温SCR	高温电除尘+SCR	中温SCR	低温SCR
温度（℃）	280-350	280-350	180-220	80-130
O₂含量（%）	~3	~3	~5	~10
粉尘浓度（mg/m³）	100	20-40	30-50	＜5
SO₂浓度（mg/m³）	＞500	＞500	＜50	≈0

由于商用的钒钛系催化剂活性温度较高，在水泥行业只能采用中、高温布置，然而水泥窑的粉尘性质为碱性，黏性较大，钒钛系催化剂不耐受，且催化剂中V₂O₅是剧毒物质，环保部已于2014年将钒系废旧脱硝催化剂纳入《国家危险废物名录》。基于以上现状，使用高效无毒低温SCR催化剂是未来一个主要的方向。

5. SCR脱硝催化剂对比

目前国内研发团队已开发出超低温SCR脱硝催化剂，并在大型电厂、燃煤锅炉、燃气锅炉、化工尾气、有色行业烟气、玻璃行业烟气等进行了侧线和应用示范。不同活性温度催化剂对应不同SCR工艺，同时决定了水泥行业脱硝工艺的选择、设备的布置位置和方式，具体如下表所示：

表5 超低温脱硝催化剂在水泥窑应用中工艺优势

项目	SCR
项目	高温催化剂	中温/中低温催化剂	超低温催化剂
脱硝效率(%)	70%-95%
催化剂	成份主要为TiO₂,V₂O₅-WO₃	成份主要为TiO₂,V₂O₅-WO₃（需增大V₂O₅用量，进而提高低温活性）	成分主要为轻稀土元素，根据烟气具体工况调配
反应温度（℃）	280-400	180~280	100-180
还原剂	氨水、液氨、尿素
氨逃逸	可满足氨逃逸要求
二次污染	催化剂含钒（V₂O₅）为危废金属，需特殊处理	催化剂含钒（V₂O₅）为危废金属，需特殊处理	无
改造/施工困难度	较困难	较困难	较容易
对窑炉系统设备的影响	需建设在合适温度区，改造困难，受除尘效果影响，易造成催化剂堵塞或碱中毒	脱硝位于工艺中段，操作不当会影响正常生产，易形成硫铵盐或由于碱性粉尘导致催化剂堵塞和中毒	超低温脱硝为末端布置，即先除尘、脱硫后再进行脱硝，操作灵活
其他	超低温SCR应用在烟气处理系统末端的低温低尘段，既可降低催化剂的中毒和机械磨损，同时也提高了企业加装脱硝装置的经济性。

参考文献

[1] 刘作毅. 水泥产量变化解读(上)[J]. 中国建材, 2021(8):7.

[2] 田春秀, 汪澜, 张玉璇. 水泥行业氮氧化物减排目标能否实现?[J]. 环境保护, 2012.

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水泥行业烟气脱硝可行性技术分析

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