呂 剛 向 軼 冷 健 呂文豪

（1.西安航天動(dòng)力研究所， 陜西 西安 710100；2.西安航天源動(dòng)力工程有限公司， 陜西 西安 710100）

0 前言

水泥窯在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣污染物，進(jìn)入大氣后會(huì)對(duì)自然環(huán)境和人體健康造成危害，隨著近年來政府對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的越加重視，火電、化工、鋼鐵等行業(yè)均出臺(tái)了大氣污染物超低排放標(biāo)準(zhǔn)，將顆粒物、SO2、NOx排放量控制在10/35/50 mg/m3，對(duì)各大企業(yè)的煙氣治理提出了更高的要求。而GB4915-2013中水泥窯的排放限值仍然停留在20/100/320 mg/m3的水平，距離超低排放標(biāo)準(zhǔn)仍有很大的提升空間，這也將是水泥行業(yè)環(huán)保政策的發(fā)展趨勢(shì)。2018 年以來，各省市密集出臺(tái)了與煙氣消白相關(guān)的地方標(biāo)準(zhǔn)，各地對(duì)消除濕法脫硫后白煙的要求也已逐漸由定性轉(zhuǎn)變?yōu)槎?，并在各個(gè)行業(yè)推廣開來。

因此對(duì)于水泥窯煙氣的治理，應(yīng)從過去單一污染物脫除的思路，轉(zhuǎn)變?yōu)槎辔廴疚锏膮f(xié)同治理路線，以應(yīng)對(duì)逐漸收緊的環(huán)保政策，保證水泥生產(chǎn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 水泥窯煙氣多種污染物治理技術(shù)

1.1 除塵技術(shù)

水泥窯煙氣含塵量高，可達(dá)到80～100g/m3，含有大量的CaO，且水泥窯頭和窯尾的煙氣性質(zhì)也有所不同，是水泥窯污染物治理的難點(diǎn)。現(xiàn)階段主流除塵技術(shù)為電除塵、布袋除塵、旋風(fēng)除塵和水洗除塵等，其中布袋除塵效率較高，處理后的粉塵濃度可降至10mg/m3以下，但布袋也存在著火、糊袋等風(fēng)險(xiǎn)。

為保證除塵效率和運(yùn)行穩(wěn)定，除了設(shè)置多種除塵器聯(lián)合運(yùn)行，還可以對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改良，例如選用高效的濾袋、改進(jìn)電除塵器結(jié)構(gòu)等。也有越來越多的企業(yè)將新技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)中，如電袋復(fù)合除塵器、高溫靜電除塵器、預(yù)荷電技術(shù)、多孔陶瓷材料等。

以上技術(shù)均是針對(duì)水泥行業(yè)粉塵的有組織排放行為，除此之外，水泥生產(chǎn)過程中還存在大量的無組織排放粉塵，主要是堆場(chǎng)和道路揚(yáng)塵。為減少粉塵的無組織排放，可采用增加沖洗裝置、提高清掃頻率、露天堆場(chǎng)封閉等措施，均有良好的效果[1]。

1.2 脫硫技術(shù)

由于石灰石本身的固硫作用，水泥窯煙氣中的SO2含量一直處于較低水平，但隨著原料價(jià)格上漲以及優(yōu)質(zhì)石灰石存量的減少，水泥生產(chǎn)中開始大量用到低品質(zhì)的石灰石，造成窯尾煙氣中的SO2排放超標(biāo)。隨著超低排放標(biāo)準(zhǔn)的到來，僅靠傳統(tǒng)的運(yùn)行模式難以滿足超低排放需求，加裝煙氣脫硫系統(tǒng)很有必要。

目前的主要脫硫技術(shù)有濕法、干法、半干法等，其中濕法脫硫在整個(gè)環(huán)保市場(chǎng)上占比90%，技術(shù)成熟、脫硫效率高、運(yùn)行穩(wěn)定，針對(duì)水泥行業(yè)的特點(diǎn)，石灰石膏法是最佳工藝。濕法脫硫設(shè)備通常布置在除塵器后部，煙氣進(jìn)入脫硫塔后與石灰漿接觸反應(yīng)，生成副產(chǎn)物含水石膏[2]。石膏能作為生產(chǎn)水泥的原料，具有良好的利用價(jià)值。

半干法脫硫也是一種有效的脫硫工藝，分為循環(huán)流化床法（CFB）和旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法（SDA），優(yōu)勢(shì)是不產(chǎn)生廢水、對(duì)設(shè)備磨損小，但脫硫效率略低于濕法。半干法脫硫的副產(chǎn)物為不含水的脫硫灰CaSO3，經(jīng)氧化后可作為水泥緩凝劑，提高水泥的抗壓強(qiáng)度，同樣具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

1.3 脫硝技術(shù)

類似于燃煤鍋爐，水泥窯煙氣中的氮氧化物有80%以上是燃料型NOx，主要來源于揮發(fā)分和焦炭中的N 元素，水泥行業(yè)NOx排放量占全國(guó)工業(yè)排放總量的15%，位居排放大戶之列?，F(xiàn)階段的水泥行業(yè)多采用分級(jí)燃燒、低氮燃燒、SNCR脫硝等手段控制NOx排放，在現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)下能做到長(zhǎng)時(shí)間的達(dá)標(biāo)運(yùn)行。

根據(jù)以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，采用“低氮燃燒+SNCR 脫硝”的路線可以將NOx排放量穩(wěn)定控制在100 mg/m3以內(nèi)，但與50 mg/m3的超低排放標(biāo)準(zhǔn)仍有一定距離，因此需要加裝SCR 脫硝系統(tǒng)，進(jìn)一步提高脫硝能力。根據(jù)催化劑溫度區(qū)間的不同，可分為低/中/高溫催化劑，現(xiàn)階段脫硝效果較好、運(yùn)行較穩(wěn)定的是高溫催化劑，也決定了SCR 系統(tǒng)需布置在280～400℃的溫度區(qū)間內(nèi)。在進(jìn)行SCR 脫硝改造時(shí)，也應(yīng)基于業(yè)主企業(yè)的實(shí)際情況，綜合考慮脫硝效果、催化劑壽命、對(duì)系統(tǒng)熱效率影響、場(chǎng)地限制等多重因素，制定最優(yōu)方案。

與燃煤電廠、煤化工等行業(yè)不同，水泥窯煙氣的高含塵量會(huì)導(dǎo)致SCR 催化劑的中毒、堵塞和沖刷，降低脫硝效率，縮短使用壽命[3]。例如水泥窯尾預(yù)熱器后的溫度在300℃上下，適合SCR 催化劑的運(yùn)行，但此處煙氣含塵量很高，為解決此問題，可采用以下措施：①提高清灰頻率，改進(jìn)清灰方式；②選用大孔徑催化劑；③開發(fā)抗毒耐磨的新型催化劑；④選用性能可靠的中低溫催化劑，調(diào)整SCR 布置地點(diǎn)。通過多種方式的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)SCR 的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

1.4 消白技術(shù)

濕法脫硫往往會(huì)產(chǎn)生白煙現(xiàn)象。白煙的實(shí)質(zhì)是水霧，濕法脫硫后的凈煙氣基本上處于飽和狀態(tài)，含濕量≥10%，除了煙氣本身攜帶的水滴，出現(xiàn)白煙更重要的原因是飽和煙氣在煙囪口與大氣混合降溫冷卻時(shí)變成過飽和狀態(tài)，大量的水蒸氣凝結(jié)成了液態(tài)水。煙氣消白的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在電力、非電、鋼鐵等行業(yè)大規(guī)模實(shí)施，未來也可能會(huì)推廣到水泥行業(yè)。

煙氣消白技術(shù)分為加熱法、冷凝法、冷凝再熱法、溶液吸收法等，綜合考慮消白效率、投資成本、施工難度等因素，認(rèn)為冷凝再熱法是目前可行性最高的方案[4]。具體實(shí)施方案是：在濕法脫硫塔前布置MGGH 系統(tǒng)的冷卻器，降低進(jìn)入脫硫塔的煙氣溫度；經(jīng)塔內(nèi)洗滌吸收脫硫后，煙氣經(jīng)過相變冷凝器，使水蒸氣冷凝脫出，回收冷凝水；經(jīng)冷凝后的煙氣進(jìn)入MGGH 系統(tǒng)的再熱器，利用余熱進(jìn)行再加熱，提高排煙溫度，加強(qiáng)煙氣的擴(kuò)散能力，防止白煙產(chǎn)生。

冷凝再熱法的另一優(yōu)勢(shì)在于，煙氣中的水蒸氣冷凝成液態(tài)水時(shí)會(huì)將Hg 元素一并溶解帶出，兼有脫汞的效果，符合水泥窯控制Hg 元素0.05mg/m3排放量的標(biāo)準(zhǔn)要求和發(fā)展趨勢(shì)。因此冷凝再熱法煙氣消白技術(shù)不僅能帶來感官上的改善，更能實(shí)際上降低各類可溶性大氣污染物（Hg、SO3等）的排放。

2 結(jié)語

在超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求下，多種污染物協(xié)同治理技術(shù)是水泥窯煙氣治理路線的發(fā)展趨勢(shì)。水泥生產(chǎn)企業(yè)在經(jīng)過新一輪的環(huán)保設(shè)備升級(jí)改造后，應(yīng)考慮到能同時(shí)實(shí)現(xiàn)除塵、脫硫、脫硝、消白、脫汞等多重效果；同時(shí)提高環(huán)保管理水平和運(yùn)行人員素質(zhì)，以應(yīng)對(duì)不斷升級(jí)的環(huán)保政策要求，推動(dòng)企業(yè)的健康運(yùn)轉(zhuǎn)。