目前,國內一些地方出臺了更為嚴格的排放標準,例如,浙江省出臺的地方標準要求到2025年水泥窯爐煙氣NOx排放濃度小于50mg/Nm3,江蘇省擬發(fā)布的地方標準則把實現(xiàn)超低排放的目標提前到2022年。此外,相關部門頒發(fā)的《重污染天氣重點行業(yè)應急減排技術指南》則要求,水泥生產采用SNCR、SCR等技術達到超低排放,并且噸水泥熟料氨水耗量小于4kg,才能認定為A級企業(yè),享受相應的政策支持。
事實上,我國水泥工業(yè)從1996年就開始研究NOx減排技術和工程應用,2007年開始全面推廣非催化還原技術(SNCR),即將還原劑氨水噴入到分解爐管道中,用于NOx的還原。SNCR技術的脫硝效率可高達60%。若水泥窯爐煙氣NOx原始濃度為1000mg/m3,采用SNCR技術可控制NOx排放值小于400mg/m3。這期間還有研究采用分級燃燒技術,即通過控制分解爐及管道中的燃燒工況,用不完全燃燒產生的CO來還原NOx。分級燃燒技術的脫硝效率約為30%。
以德國為代表的世界水泥工業(yè)早在上世紀八十年代初就已開始水泥窯爐煙氣NOx減排技術的研發(fā)及工程應用,但考慮到SNCR技術產生的氨逃逸問題,從2000年后開始采用SCR技術。截止到2020年底,德國水泥生產線采用SCR技術多達17條,約為生產線總數(shù)的一半。
我國從2018年開始學習引入國際上水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術,當時典型案例有河南登封宏昌水泥采用的高溫中塵SCR技術和山東濟寧海螺水泥采用高溫高塵SCR技術。
其中SNCR技術與SCR技術都是采用氨水作為NOx減排及脫硝的還原劑,SNCR與SCR這兩種技術有什么區(qū)別?
SNCR是將氨水噴入到分解爐及連接管道中,在800℃以上的高溫區(qū),NH3分子與NOx分子直接碰撞反應,形成N2和H2O??梢姡@種反應是隨機的,有對應的閾值。如果要通過SNCR技術一味地提高脫硝效率,這就需要大幅度提高氨水用量。有水泥生產企業(yè)SNCR技術應用案例表明,將氨水用量提高到8kg/t-熟料,有可能將煙氣中NOx排放濃度降低到100mg/m3以下,但與此同時的氨逃逸已經大大超過100mg/m3。
與SNCR技術相比,SCR技術是在窯爐煙氣小于320℃的區(qū)域布置了脫硝反應器,并在反應器中安裝了多層催化劑材料。這類催化劑材料對NH3分子和NOx分子都有很強的吸附能力,使煙氣中的NH3分子和NOx分子能在催化劑表面產生有效接觸碰撞。此外,催化劑材料中含有過渡金屬氧化物,由于價態(tài)易變,可以為NH3分子與NOx分子的反應提供電子轉移,進而大大加快了反應的進行。