隨著新基建、大數據、綠色制造等運用,水泥工業(yè)也迎來了新的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。保護生態(tài)環(huán)境、減少污染物減排,仍是水泥工業(yè)面臨的緊迫任務。具體來說氮氧化物治理,離不開SCR脫硝催化劑技術應用。

SCR脫硝催化劑

NOx是一種嚴重的大氣污染物; NOx包含多種化合物,如一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)和二氧化氮 (NO2)等,可統(tǒng)稱為氮氧化物。氮氧化物是形成光化學煙霧和酸雨的一個重要原因; 光化學煙霧是有毒煙霧,具有特殊氣味,可傷害人體視覺器官、妨礙植物生長,并使大氣能見度下降。酸雨可導致土壤酸化,使農作物大幅度減產,酸雨還可使水泥混凝土建筑結構加快老化,導致水泥混凝土強度下降,表面溶解,并產生“黑殼”效應。更為嚴重的是氮氧化物可刺激人體肺部器官,導致肺部構造改變,嚴重危害人類的身心健康。

NOx的產生分為天然和人為活動兩大類。天然排放的NOx主要來自土壤和海洋中有機物的分解,屬于自然界的氮循環(huán)過程。人為活動排放的NOx,大部分來自化學燃料的燃燒過程,如汽車、工業(yè)窯爐的燃燒過程。在高溫燃燒條件下,N2與O2化學反應,形成NOx,主要以NO的形式存在,但NOx隨后也會氧化成NO2,并進一步與水分子作用形成酸雨中的酸組分硝酸(HNO3)。

在高溫燃燒條件下產生的NOx可分為三類:第一類由燃燒過程空氣中的N2氧化形成,稱為熱力型NOx;第二類由燃料中固定氮生成,成為燃料型NOx;第三類由含碳自由基與N2生成,稱為快速型NOx。工業(yè)窯爐由于高溫燃燒特性,95%以上NOx為熱力型NOx。

有研究測算2020年我國NOx總排放量約為2千萬噸。我國是水泥生產大國,水泥產量常年位居世界第一;目前約有1600余條新型干法水泥生產線,年生產水泥熟料約為13億噸。根據全國污染源普查確定的NOx排放系數為1.5kg/t-熟料~1.8kg/t-熟料算,2020年我國水泥工業(yè)窯爐排放的NOx約為200余萬噸,占全國NOx總排放量的10%,也是繼火電發(fā)電廠和機動車之后的第三大排放源。

應該指出的是,目前以火電廠為主體的煤電行業(yè)通過采用催化還原技術(SCR),已經實現(xiàn)全行業(yè)的超低排放。機動車NOx減排也進入由“國五”到“國四”排放標準的過渡時期;鋼鐵行業(yè)也是先行一步,到2025年底, 全行業(yè)力爭80%以上產能完成超低排放改造,即排放煙氣中顆粒物、SO2和NOx濃度分別低于10mg/Nm3、35mg/Nm3和50mg/Nm3。

我國水泥工業(yè)大氣污染減排標準隨著水泥生產工藝技術進步而不斷發(fā)展和完善。從1973年納入《工業(yè)企業(yè)“三廢”排放減排標準》僅對顆粒物進行排放限制,到近期排放標準對顆粒物、SO2、NOx、HF、NH3和Hg等排放進行全面限制,為水泥工業(yè)綠色轉型提供了引領。