摘要：水泥制造過程中產生的氮氧化物對大氣環境造成嚴重污染,目前主要的末端治理手段為SNCR脫硝技術。文中針對水泥窯SNCR脫硝技術應用作了簡要分析,對氮氧化物排放和氨排放的相關性作了探討,指出氮氧化物治理應在現有技術條件下,平衡氮氧化物排放和氨排放,并繼續加大清潔生產技術和新型氮氧化物治理技術的研究。

0 引言

水泥工業一直是我國大氣污染控制的重點，水泥工業大氣污染排放標準自1985年首次頒發之后，已經經歷了三次修訂，分別是在1996年、20 04年和2013年，最近一次修訂、頒布執行至今已有四年的時間。歷經三次修訂，水泥工業粉塵、氮氧化物、二氧化硫等的排放控制標準愈加嚴格，水泥工業對中國空氣質量的改善做了很大貢獻。其中氮氧化物排放限值于1996版標準首次引入，經2 0 0 4和2 013年兩次修訂，氮氧化物控制標準逐步加嚴，詳見表1。

隨著氮氧化物排放限值的收緊，氮氧化物末端治理手段被廣泛采用，目前SNCR是最為主要的一種末端治理手段，據估計，絕大多數的水泥熟料生產線已經安裝SNCR脫硝裝置。

1 SNCR脫硝原理簡述

SNCR脫硝技術即選擇性非催化還原技術，是一種不用催化劑，在850～1 100℃的溫度范圍內，將含氨基的還原劑(如氨水，尿素溶液等)噴入爐內，將煙氣中的NOx還原脫除，生成氮氣和水的清潔脫硝技術。SNCR煙氣脫硝技術的脫硝效率一般為30%～60%。水泥企業目前幾乎全部采用氨水作為還原劑，其反應如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O (1)

SNCR是一種煙氣脫硝的末端治理技術，水泥工業煙氣脫硝一般在窯尾分解爐的中下部(溫度約9 5 0℃)噴入濃度約2 0 %的氨水。氨水儲存罐的氨水經過過濾器后，通過氨水添加泵送入分解爐，出添加泵的溶液經過濾后進入流量調節閥和流量計，經計量的溶液進入噴嘴，在噴嘴內與壓縮空氣混合，霧化后噴入分解爐內。

2 水泥工業氮氧化物排放情況

中國水泥工業近年來在環保治理方面取得了巨大成就，氮氧化物減排成效顯著，見表2。

五年時間，水泥工業氮氧化物排放量減少了94.3萬噸，年均削減比例達11.78%，尤其自從2014年新修訂的大氣污染排放標準實施以來，年減排量均超過了20萬噸。不可否認的是，SNCR在水泥企業的廣泛應用，對于氮氧化物減排起了巨大作用。

通過針對212條水泥熟料生產線2015年～2017年氮氧化物排放數據分析，氮氧化物平均值為243.57mg/m3，遠低于標準限值(見表3)。通過詳細分析可知，由于目前國內5個省市制定了地標，標準限值要嚴于國家標準，同時執行國標特別排放限值的地區也在增加，以及受到各地環保稅優惠政策的影響，不少企業控制氮氧化物排放指標較低。

2018年，河南省在《河南省2018年大氣污染防治攻堅實施方案》中要求水泥企業2018年10月底前，實現氮氧化物排放限值最大不超過150mg/Nm3，鄭州市更是要求轄區6家水泥企業全部進行SCR脫硝技術改造，實現更低的排放濃度;江蘇省環保廳印發的《關于開展全省非電行業氮氧化物深度減排的通知》中提出，在2019年6月1日前實現氮氧化物排放最高不超過100mg/Nm3的目標;河北省大氣污染防治工作領導小組冀氣領辦(2018)118號《關于報送超低排放改造項目清單緊急通知》要求超低排放改造項目氮氧化物排放不大于50mg/Nm3，就更加引導水泥企業在氮氧化物排放管控上持續加嚴，而企業目前能采取的主要手段就是噴入更多氨水。因此研究水泥工業氮氧化物排放及治理就必須結合氨排放狀況來進行研究(見表4)。

水泥企業氨排放數據均為企業按照標準規定定期自行監測得出。從表中可以看出，企業存在氨排放超標的情況，考慮特殊排放限值<8mg /m3的話，超標數據達2.69%。根據筆者實際經驗和調研了解，水泥企業一般控制氮氧化物排放限值區間和氨水消耗量的關系見表5。

理論上氮氧化物本底濃度、排放濃度和氨水用量有直接相關關系，但是SNCR脫硝系統設計布局、工藝裝備水平、原燃材料特性、操控水平等都對氮氧化物的產生、排放和末端治理效果產生影響，因此氨水用量并不一定與氮氧化物遵循嚴格的線性相關關系，但有一點可以明確，在現有SNCR治理條件下，水泥企業要想實現更低的氮氧化物排放就不得不加大氨水噴入量。根據理論計算，過剩的氨不能發生反應從而在生產系統中循環和排放到大氣中，而氨在生產系統中的循環將會腐蝕生產設備導致安全隱患。

3 水泥工業氮氧化物治理存在的問題

3.1 污染轉移問題

水泥工業大氣污染排放標準2013版在2014年3月1日正式執行，水泥企業為滿足排放限值要求短時間內大量建設SNCR脫硝系統。SNCR脫硝系統主要用20%濃度的氨水作為還原劑，粗略估算水泥工業每年消耗純氨約130萬噸。生產氨水的合成氨行業本身屬于高耗能和重污染行業，世界上大約10%的能源用于生產合成氨;合成氨行業主要污染物排放包括：污水、廢氣、廢渣，合成氨工業的廢水排放量約為15億立方米，占化工行業廢水排放量的38.3%;COD排放量約為22.5萬噸，占化工行業COD排放量的35.4%;氨氮排放量約為9萬噸，占化工行業氨氮排放量的47.6%。水泥工業為治理氮氧化物排放消耗了大量氨水，而且在不斷收嚴的排放標準下，更增加了氨水的耗用量。在這個過程中實際上發生了污染轉移的情況，水泥工業利用氨水作還原劑實現氮氧化物減排，氨水制造業的合成氨工業又大量產生三廢的排放。因此需要高度重視跨行業污染轉移并通過LCA(生命周期評價)深入研究跨行業的環境影響評價問題，研發氮氧化物清潔治理技術。

3.2 氨的大量使用對工藝、裝備的影響

當前由于部分地區通過錯峰生產豁免、超低排放停窯豁免、環保稅優惠等政策對企業氮氧化物排放的強化管理，引導企業在氮氧化物減排上不斷降低排放限值。從好的方面講，企業主動研究、探索氮氧化物清潔生產和減排技術，積極應用各類技術促進氮氧化物治理與減排;另一方面，氮氧化物最終的減排和治理手段目前還是依靠SNCR脫硝系統的應用，為了滿足各類政策要求、達到較低的氮氧化物排放限值，多噴氨水就是各企業的主要選擇。眾所周知，氨水作為還原劑，與氮氧化物反應需要一定的條件，過量噴入氨水并不能完全反應。過量氨水在水泥熟料生產系統中，會對生產設施、設備產生腐蝕，產生安全隱患;大量噴入氨水，對熟料生產能耗(包括煤耗、電耗)、回轉窯系統操作都有影響;過量氨水不能與氮氧化物完全反應，導致氨排放，尤其生料粉磨系統不運轉時，氨逃逸情況將更加凸顯。

4 結束語

當前水泥工業氮氧化物排放控制已經取得了極大的進展，SNCR脫硝系統在水泥工業得到廣泛應用，然而隨著各地氮氧化物排放限值的不斷加嚴，水泥行業在關注氮氧化物減排的同時應更加注意氨的污染排放，綜合考慮合成氨工業污染排放和水泥工業氮氧化物、氨排放的平衡問題，切忌按下葫蘆浮起瓢。因此各地方以及水泥企業自身不宜在氮氧化物排放限值上繼續加嚴控制，應在現有排放標準下，積極研發、應用新型清潔氮氧化物減排技術以逐步實現技術升級。