氮氧化物减排(修订版)/大道碳中和

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前言 《氮氧化物减排》自2014年出版以来，作为水泥行业节能减排技术丛书之一，受到了广大读者的欢迎。该书在氮氧化物减排方面，从理论到实践均做了系统的阐述和全面的介绍。但随着我国科学技术的发展，国家对环保超低排放的要求及排放标准的重新评估，各地排放标准的不断收严，尤其在氮氧化物减排与治理方面有了突飞猛进的进步，此领域的创新与应用均已走在世界的前沿。为了与时俱进，除有必要保留《氮氧化物减排》原来的理论与实践内容外，《氮氧化物减排(修订版)》增加了一些新内容，其中包括基于选择性催化还原法的各种二氧化氮去除技术，以及基于氧化法的多项二氧化氮去除技术，尤其是“同时脱硫脱硝”的理论及应用，做了一些必要的修订，予以再版。 我国是世界上水泥产能和产量最大的国家。据中国水泥协会统计，截至2020年底，全国新型干法水泥生产线累计有1609条（注：不包括700t/d以下规模生产线），水泥熟料设计年产能（以备案或核准文件统计）183亿吨，水泥熟料实际年产能（以关键生产设备回转窑窑径换算统计）超过20亿吨，水泥熟料年产量158亿吨，水泥年产量2377亿吨。自1985年以来中国水泥产量一直稳居世界第一。水泥工业在支撑国民经济快速发展的同时，也带来了环境污染。据统计，我国水泥工业颗粒物（PM）排放占全国排放量的12％，二氧化硫（SO2）排放占全国排放量的6％，氮氧化物（NOx）排放占全国排放量的12％，属污染控制的重点行业。水泥工业是氮氧化物的重要排放源，居火力发电和汽车尾气排放之后的第三位。 通过“十二五”“十三五”的综合治理后，水泥工业大气污染得到了有效防治，特别是NOx总量减排，2015年水泥行业NOx排放量控制在150万吨，淘汰了水泥落后产能37亿吨；截至2020年底，通过对新型干法窑降氮脱硝，新、改、扩建水泥生产线综合脱硝效率不低于80％。进入“十四五”以后，水泥行业面对绿色能源革命、能耗双控工作、推进“碳达峰”“碳中和”和实现减污降碳协同增效的目标要求，面临总体水泥产能严重过剩矛盾没有明显改善的严峻局面，行业供给侧结构性改革任务愈发艰巨，水泥行业绿色低碳转型发展面临极大的挑战。以减污降碳为总抓手，提升先进产能比例，在化解产能严重过剩矛盾的同时，对发达地区的排放指标提出了更高的要求。 “十二五”时期颁布的《水泥工业大气污染物排放标准》 （GB 4915—2013）确定NOx排放限值,一般地区为400mg/m3，重点地区为320mg/m3。对水泥行业的污染防治的技术进步和环境改善起到了重要的促进作用。GB 4915—2013提高了水泥工业清洁生产水平。相比2011年，2016年水泥工业颗粒物、SO2、NOx平均排放强度分别下降约2125%、572%、505%。 目前，在火电行业实施的排放值常被称为超低排放值。其颗粒物、SO2、NOx最大排放浓度标准限值分别要达到10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3，重点控制区内则执行大气污染物特别排放限值。当前水泥行业执行《水泥工业大气污染物排放标准》 （GB 4915—2013），较GB 4915—2004，排放限值低了很多，NOx为旧标准的一半，特别排放限值更低，仅为旧标准的40%。2017年开始全国各地区陆续印发关于深度减排的通知。江苏省生态环境厅印发《关于开展全省非电行业氮氧化物深度减排的通知》，其中水泥行业2019年6月1日前NOx排放不高于100mg/Nm3。 按照《水泥工业“十三五”发展规划》的要求，考虑到我国目前和今后水泥工业政策和大区环境进一步改善需求，2020年底全部实现《水泥工业大气污染物排放标准》（GB 4915—2013）。2025年，东部沿海地区的广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、河北、天津、辽宁，北方及中西部地区的山西、陕西、宁夏、内蒙古、河南、安徽、湖北、甘肃（约占水泥生产量的70%）全部实现超低排放标准，NOx排放不高于100mg/m3，颗粒物和SO2排放不高于10mg/Nm3和50mg/Nm3。参考水泥行业相关的排放标准和地方的相关标准，到2030年水泥行业全部实现超低排放，即颗粒物、NOx、SO2排放浓度分别不高于10mg/Nm3、100mg/Nm3和50mg/Nm3，排放绩效分别约为030kg/t、015kg/t、005kg/t。由于大规模水泥工业环保设施的改造，2020年水泥工业三种主要的大气污染物排放极小值与2015年比较均有较大幅度的下降。2030年之后，水泥工业环保标准和环保设施趋于稳定，三种大气污染物排放极小值相应进入稳定期。 为了适应更加严格的环保要求，以达到超低排放的标准，“十三五”期间，国家专门拨款成立了“大气污染成因与控制技术研究”项目，所属课题“重点工业污染源大气污染物排放标准的评估与修定关键技术方法体系研究”包括了《基于实测的水泥工业大气污染物排放规律研究与排放标准实施评估》。项目通过对200条在线监测数据和135家水泥企业调研，以及30条水泥生产线的监测，目前，国内大部分水泥企业环境监管力度强，污染物排放浓度低。为此，对标准的修订重新提出了颗粒物、NOx、SO2的排放限值缩紧的建议。颗粒物排放限值由小于20～30mg/m3降至小于10mg/m3,NOx排放限值由小于100～200mg/m3降至小于50～100mg/m3,氮氧化物排放限值由小于320～400mg/m3降至小于100～200mg/m3。 2015年下半年，合肥水泥研究设计院在富阳南方水泥5000t/d水泥熟料生产厂线上，首先进行了中温中尘的SCR工业试验，取得了较好的效果。2018年9月，西安西矿环保科技有限公司在河南登封宏昌5000t/d生产线上，建成了国内水泥行业首台SCR工程项目,并投入了使用。随后，截至当前已经有100多条水泥线陆续投运了不同工艺路线的SCR脱硝项目，使得水泥行业的氮氧化物排放指标达到50～100mg/m3成为可能。然而，在SCR脱硝项目方兴未艾的2021年，人们看到中晶环境科技股份有限公司、苏州仕净科技股份有限公司、昆山纳诺环保科技有限公司走出了一条有别于SCR的新路，它们研发的SIOD、LCR和HCR技术，一方面能够应对未来更加严苛的排放标准（例如，HCR的NOx脱除率平均值为9474%），另一方面具备“一石二鸟”乃至“一石多鸟”的功效（同时脱硫脱硝，同时脱硫脱硝减碳等）；并且这些技术当年分别在金隅集团、南方水泥有限公司、中联水泥集团下属的水泥工厂经历了实践的检验。此次修订不仅增补了当前主流的SCR脱硝技术路线的介绍，也增补了今后可能成为重要技改选项的SIOD、LCR和HCR技术路线介绍。 水泥工业烟气脱硝技术在我国起步时间较晚，烟气脱硝技术路径尚没有统一标准，工程质量和实际脱硝效果差别较大。为使读者对水泥行业烟气脱硝技术有较深入的了解，此次修订广泛收集了国内外水泥行业烟气脱硝最新技术以及建设、设备运行和调试的相关资料，结合编者在水泥厂烟气脱硝工程设计、建设、调试与运行管理上的经历和经验，较全面且系统地介绍了水泥行业烟气脱硝工程技术知识。《氮氧化物减排(修订版)》的特点是突出介绍最新的烟气脱硝技术及其在水泥行业的工程应用，材料的编写与组织均紧紧围绕此主题展开，为水泥行业烟气脱硝工程的技术人员及管理人员提供直接的帮助和指导。 编者2022年10月于合肥