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水泥窑中低温SCR脱硝催化剂技术分析(一)

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随着新基建、大数据、绿色制造等运用,水泥工业也迎来了新的发展机遇和挑战。保护生态环境、减少污染物减排,仍是水泥工业面临的紧迫任务。具体来说氮氧化物治理,离不开SCR脱硝催化剂技术应用。

SCR脱硝催化剂

NOx是一种严重的大气污染物; NOx包含多种化合物,如一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)和二氧化氮 (NO2)等,可统称为氮氧化物。氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因; 光化学烟雾是有毒烟雾,具有特殊气味,可伤害人体视觉器官、妨碍植物生长,并使大气能见度下降。酸雨可导致土壤酸化,使农作物大幅度减产,酸雨还可使水泥混凝土建筑结构加快老化,导致水泥混凝土强度下降,表面溶解,并产生“黑壳”效应。更为严重的是氮氧化物可刺激人体肺部器官,导致肺部构造改变,严重危害人类的身心健康。

NOx的产生分为天然和人为活动两大类。天然排放的NOx主要来自土壤和海洋中有机物的分解,属于自然界的氮循环过程。人为活动排放的NOx,大部分来自化学燃料的燃烧过程,如汽车、工业窑炉的燃烧过程。在高温燃烧条件下,N2与O2化学反应,形成NOx,主要以NO的形式存在,但NOx随后也会氧化成NO2,并进一步与水分子作用形成酸雨中的酸组分硝酸(HNO3)。

在高温燃烧条件下产生的NOx可分为三类:第一类由燃烧过程空气中的N2氧化形成,称为热力型NOx;第二类由燃料中固定氮生成,成为燃料型NOx;第三类由含碳自由基与N2生成,称为快速型NOx。工业窑炉由于高温燃烧特性,95%以上NOx为热力型NOx。

有研究测算2020年我国NOx总排放量约为2千万吨。我国是水泥生产大国,水泥产量常年位居世界第一;目前约有1600余条新型干法水泥生产线,年生产水泥熟料约为13亿吨。根据全国污染源普查确定的NOx排放系数为1.5kg/t-熟料~1.8kg/t-熟料算,2020年我国水泥工业窑炉排放的NOx约为200余万吨,占全国NOx总排放量的10%,也是继火电发电厂和机动车之后的第三大排放源。

应该指出的是,目前以火电厂为主体的煤电行业通过采用催化还原技术(SCR),已经实现全行业的超低排放。机动车NOx减排也进入由“国五”到“国四”排放标准的过渡时期;钢铁行业也是先行一步,到2025年底, 全行业力争80%以上产能完成超低排放改造,即排放烟气中颗粒物、SO2和NOx浓度分别低于10mg/Nm³、35mg/Nm³和50mg/Nm³。

我国水泥工业大气污染减排标准随着水泥生产工艺技术进步而不断发展和完善。从1973年纳入《工业企业“三废”排放减排标准》仅对颗粒物进行排放限制,到近期排放标准对颗粒物、SO2、NOx、HF、NH3和Hg等排放进行全面限制,为水泥工业绿色转型提供了引领。



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