摘要：玻璃和水泥行業是我國重要基礎材料工業，產業規模均超過世界總量的一半以上。和先進水平相比，我國玻璃、水泥爐窯氮氧化物排放水平明顯偏高，強化其爐窯氮氧化物減排對于提高我國環境質量具有重要意義。對我國玻璃、水泥爐窯氮氧化物排放情況、減排技術及應用現狀進行了分析，為進一步降低工業爐窯污染物排放提供參考。

0引言

根據我國《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》要求，“十二五”期間對化學需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物4種主要污染物實施排放總量控制。氮氧化物是我國“十二五”期間新增的減排指標之一，目標為5年內降低10%。但根據環保部對2011年污染物排放核查數據，當年氮氧化物排放總量2404.3萬t，比2010年上升了5.74%。此外，

近來一直被民眾關注的PM2.5，約有10%為氮氧化物氧化為硝酸根所貢獻。我國氮氧化物排放主要集中在火電、水泥行業和機動車。作為約束性指標之一的氮氧化物指標不降反升，顯現出氮氧化物削減的難度。2011年是“十二五”開局之年，在國家大力推行節能減排政策的情況下，氮氧化物的排放量竟然不降反增，所以氮氧化物減排已經成為國家節能減排工作的重中之重。

1玻璃行業脫硝

1.1玻璃產業生產現狀

平板玻璃工業屬于基礎的原材料工業，與國民經濟發展有著極為密切的聯系。平板玻璃及其加工制品廣泛應用于建筑、交通運輸、裝飾裝修、電子信息、太陽能利用及其他新興工業，是國民經濟發展和提高人民生活水平所不可或缺的重要材料工業。2011年我國平板玻璃的產量達7.38億箱，占世界平板玻璃總產量的約一半，同比增長15.84%，已經連續20多年居世界首位。平板玻璃生產量前三位的省市是河北、山東和廣東，三省合計占全國總產量的39.02%。截止2012年5月，全國共有278條生產線，日產能達到15.24萬t。

平板玻璃包括普通平板玻璃和浮法玻璃，由于普通平板玻璃生產工藝較落后，隨著產業升級和結構調整，目前越來越多的生產線采用浮法玻璃生產技術。截止2010年底，全國浮法玻璃比重上升到87%，其中優質浮法產能上升到35%。目前我國采用浮法工藝的平板玻璃生產線200多條，全部或主要采用中國浮法技術的生產線近170條。已建成的浮法生產線中，單線熔化能力<450t/d的占38.9%，≥600t/d的占30%，≥700t/d的占11.1%。隨著結構升級，浮法玻璃生產正逐步向節能(富氧燃燒、噴氧、純氧助燃)、環保(控制SO2、NOx)等方面研究和發展。

1.2玻璃產業氮氧化物污染現狀

平板玻璃行業屬于高耗能、高排放行業，是我國重點工業污染控制行業之一。玻璃爐窯煙氣中主要污染物是煙塵、SO2、NOx、HCl以及HF及少量重金屬等。我國平板玻璃行業年顆粒物排放總量約1.2萬t，SO2約16萬t，NOx約為14萬t，HCl和HF分別為4000t和1200t。

平板玻璃煙塵來源主要包括在加料過程中少部分原料被帶入煙氣中;熔爐中易揮發物質(部分金屬氧化物，如Na2O等)高溫揮發后冷凝生成煙塵;化石燃料后生成的煙塵。由于我國90%以上的平板玻璃企業使用重油作為燃料，重油的含硫率在0.5%～3%，導致煙氣中有大量SO2產生。此外，玻璃原料中芒硝(Na2SO4)分解，也會產生大量SO2。在采用重油為燃料，未對煙氣脫硫情況下，玻璃爐窯的SO2排放濃度一般在1800mg/m3左右。

玻璃熔爐中氮氧化物是由空氣燃燒和玻璃原料中少量硝酸鹽分解產生的。由于平板玻璃熔爐火焰溫度高達1650～2000℃，空氣中氮氣便會與氧氣反應生成大量NOx。原料中所含的硝酸鹽(KNO3)在高溫下也會分解產生部分NOx。所以，平板玻璃煙氣排放中含有大量的NOx，濃度可高達2000mg/m3以上。根據統計，我國以重油為燃料的日處理量600t以上的平板玻璃熔爐NOx產生量為4.37kg/t。SO2排放量為5.613kg/t。日熔化量400t以下的爐窯NOx和SO2的排放量分別為6.05，8.638kg/t。

1.3玻璃產業氮氧化物控制

近年來，為促進玻璃行業結構調整和可持續發展，國家把平板玻璃行業作為宏觀調控的重點之一，制定和頒布了一系列政策、法規和標準。在生產企業的布局、玻璃行業的能源消耗、環境保護等方面做了嚴格的規定，通過不斷提高玻璃行業的準入門檻，促進玻璃行業產業結構升級。為促進玻璃行業清潔生產，國家鼓勵平板玻璃使用天然氣作為燃料，嚴格限制發生爐煤氣為燃料。現有生產線“熔窯大修”應結合《平板玻璃行業準入條件》，進行技術改造升級，淘汰煤氣發生爐裝置，采用其他清潔能源，優化和改善燃燒控制系統，采用節能新技術，確保合理燃燒，節能降耗，并推進玻璃熔窯低溫余熱發電技術等節能技術。新建或改(擴)建平板玻璃生產線應采用除塵、脫硫設施，還應預留脫硝污染治理設施場地。到2012年8月，工業和信息化部共公布了四批符合《平板玻璃行業準入條件》的生產線97條，日產能達到5.665萬t。

根據國家環境保護部新發布的GB26453—2011《平板玻璃工業大氣污染物排放標準》，2013年底前，現有平板玻璃企業SO2排放水平要控制在600mg/m3以下，新建企業需要將NOx控制在700mg/m3以下，2014年起，所有玻璃爐窯NOx排放需滿足700mg/m3上限要求，SO2排放水平要控制在400mg/m3以下。在現有技術條件下，玻璃爐窯采用末端脫硝技術(SCR和濕法還原吸收)，NOx排放控制效果都可達到700mg/m3左右。如果我國平板玻璃行業完全實施氮氧化物排放標準，每年至少可削減氮氧化物排放量10萬t(削減率達到70%)。

我國《節能減排“十二五”規劃》提出加強非電行業脫硫脫硝，浮法玻璃生產線要實施煙氣脫硫或改用天然氣，推廣玻璃窯爐全氧燃燒和富氧燃燒等氮氧化物減排技術。我國首臺采用SCR脫硝工藝的600t/d玻璃爐窯脫硝工程，于2012年1月投用，在煙氣流量68000m3/h，脫硝系統進口NOx濃度1950～2200mg/m3的條件下，可保持系統脫硝效率穩定在70%左右，出口NOx濃度小于700mg/m3。首臺900t/d玻璃生產線SCR煙氣脫硝系統也于2012年4月實現運行，在進口氮氧化物濃度2300～2450mg/m3條件下，出口氮氧化物濃度穩定在700mg/m3以下，脫硝效率達到70%以上，該系統最高穩定脫硝效率高達85.7%，出口氮氧化物濃度可以穩定控制在350mg/m3以下。

2水泥行業脫硝

2.1水泥產業生產現狀

水泥行業是重要的基礎原材料工業，我國擁有水泥企業近5000家。近年來，全國每年新增水泥產量占世界新增產量80%以上，2011年水泥總產量達到20.85億t，約占世界水泥產量的56%以上，已經連續近30年高居世界第一，其中，新型干法水泥比重約80%。截至2010年底，我國日產4000，5000t新型干法水泥生產線總計800多條。

2.2水泥產業氮氧化物污染現狀

水泥工業作為基礎材料為國民經濟發展做出了重要貢獻，但是發展過程中也面臨著越來越嚴峻的環境保護問題，減少大氣污染將是行業面臨主要問題之一。根據統計，2006—2008年，我國水泥工業氮氧化物排放約為全國工業總排放量的5%。隨著水泥產業的快速增長，我國水泥行業的氮氧化物排放量已經從2008年的76.46萬t猛增到2010年的220萬t以上，占比從工業排放的5%上升到10%。水泥行業已經成為電力、機動車之后的氮氧化物第三大排放行業。

根據2009年的調查數據，我國水泥窯氮氧化物排放總平均值約為700mg/m3，噸熟料氮氧化物排放為1.12～1.40kg。其中5000t/d以上規模的新型干法水泥窯氮氧化物排放平均為600mg/m3，2500t/d以上規模的新型干法水泥窯氮氧化物排放平均為1100mg/m3，1500t/d以上規模的新型干法水泥窯氮氧化物排放平均為1600mg/m3。

回轉窯是新型干法水泥物料燒成的關鍵技術裝備，也是水泥行業氮氧化物排放的主要來源。在回轉窯產生的廢氣中，二氧化氮一般僅占氮氧化物總量的5%以下，一氧化氮占總量的95%以上。由于水泥行業氮氧化物長期未得到有效控制，直接對我國實現“十二五”污染減排指標造成壓力。根據2010年對150多家水泥企業的調研，水泥廠的氮氧化物已成為主要廢氣污染源。以5000t/d的熟料新型干法水泥生產線為例，企業每年需繳納排污費中，氮氧化物排污費約占85%，氮氧化物減排已經成為水泥行業未來發展的必經之路。

2.3水泥產業調整及污染控制

2.3.1我國水泥產業氮氧化物減排規劃

2010年，工業和信息化部頒布《水泥行業準入條件》，要求新改擴建項目必須安裝效率不低于60%的脫硝裝置。“十一五”期間我國共淘汰水泥落后產能3.4億t，在促進產業升級的同時，減少了水泥行業NOx排放。對現有水泥生產線進行NOx排放控制改造也是實現NOx減排的重要途徑。新型干法水泥回轉窯上常用的氮氧化物控制技術包括優化窯和分解爐的燃燒、改變配料方案、采用低氮燃燒器、分階段燃燒等技術。目前，除一些水泥窯采用了低氮燃燒器設計，部分新型干法窯通過控制分解爐產生還原性氣體削減氮氧化物排放外，我國水泥工業基本未采取任何控制措施。而2004年頒布的GB4915—2004《水泥工業大氣污染物排放標準》仍保持800mg/m3的氮氧化物排放標準，即GB4915—1996標準。隨著國家環保形勢的發展，“十二五”時期，國家將氮氧化物減排作為約束性指標，現行的火電廠氮氧化物的排放標準已經提高到100mg/m3，正在修訂水泥行業氮氧化物的排放標準也會更加嚴格。研究中的水泥行業新氮氧化物排放標準方案包括300mg/m3和400mg/m3兩種。根據國外水泥行業氮氧化物污染防治的經驗，應用包括SNCR技術在內的綜合措施，水泥行業氮氧化物排放濃度可以降低70%～80%，最高可以實現100mg/m3的NOx排放水平。

我國《節能減排“十二五”規劃》要求水泥行業實施新型干法窯降氮脫硝，新建、改擴建水泥生產線綜合脫硝效率不低于60%。目前比較可行的辦法是采取區別對待的方法，逐步提高水泥行業NOx排放標準。運行3年以上的生產線應達到800mg/m3的現有國家標準;運行時間低于3年和新建生產線，可在2015年前先過渡到600mg/m3的新國家標準，再于2017年或2018年達到400mg/m3的國際先進水平。“十二五”期間，將規模大于2000t/d熟料的新型干法水泥窯作為“十二五”改造重點，實現綜合脫硝效率70%。

國內部分省區已經針對水泥行業采取新的高于國家標準的NOx排放要求，廣東要求自2012年起，珠三角地區水泥生產線執行550mg/m3的標準，2014年其他區域全部執行該排放標準，該標準已接近歐洲的水平(500mg/m3)。2013年底前，珠三角地區所有規模大于4000t/d熟料的新型干法水泥窯都需采用LNB(低NOx燃燒器)+SNCR等聯合脫硝技術，綜合脫硝效率要達到70%以上。“十二五”期間，廣東境內規模大于2000t/d熟料的新型干法水泥窯全部實行低氮燃燒技術改造并建設煙氣脫硝工程。杭州市于2012年9月底前完成現役16條熟料生產線脫硝工程，水泥業煙氣脫硝率保證達到85%以上，NOx排放濃度不高于150mg/m3，氨逃逸控制在2.5mg/m3以下。為保證較高的脫硝標準得以落實，杭州市對水泥脫硝實施財政支持，水泥脫硝資金由市財政按項目總投資的30%補貼，最高補貼690萬元/套。目前，國內每噸水泥的生產成本約180～250元，如果采取新的NOx排放標準，每噸水泥成本將增加20～40元，平均占水泥利潤的50%。如果提高水泥行業NOx排放控制標準，必將促進該行業升級和產業重組。

2.3.2水泥窯氮氧化物減排技術

根據水泥窯氮氧化物的形成機理，水泥窯降氮減排的技術措施包括源頭治理和末端治理兩類。源頭治理需要通過采用低氮燃燒器、分解爐和管道內的分段燃燒、控制燃燒溫度、改變配料方案、采用礦化劑，降低熟料燒成溫度等實現控制煅燒中生成NOx。末端治理包括“分級燃燒+SNCR”、選擇性非催化還原法(SNCR)、選擇性催化還原法(SCR)、SNCR/SCR聯合脫硝技術、生物脫硝技術。國內的水泥企業在氮氧化物控制節能減排方面較國際領先水平有較大差距。國內水泥企業目前可以選用的脫硝技術主要有低氮燃燒技術、分級燃燒技術、SNCR技術和可替代燃料技術。目前采用的氮氧化物控制技術主要有低NOx燃燒器、選擇性非催化還原技術(SNCR)、選擇性催化還原技術(SCR)。若使用SCR技術，可控制在100～200mg/m3排放水平。若使用投入相對較低的SNCR技術，可確保水泥行業氮氧化物的排放穩定在200～400mg/m3。

從成本考慮，針對NOx減排，水泥企業首先需要實現水泥窯的優化運行，其次優先進行低成本的窯頭燃燒器改造和分階段燃燒改造，即可將氮氧化物排放削減到500mg/m3左右。采取階段燃燒脫氮或低NOx排放設計，可以控制分解爐燃燒產生還原性氣體，使NOx部分被還原，NOx排放濃度可降低到500mg/m3以下，每條生產線投資約需1000萬元。在優化燃燒的基礎上，通過在水泥窯上安裝SNCR或SCR脫硝裝置，可以進一步削減氮氧化物排放。SNCR脫硝系統從20世紀80年代開始應用于水泥廠脫硝，至今全世界水泥窯上正規投運的SNCR系統有70余套，其中有60余套分布在歐洲。當SNCR系統采用氨水為還原劑時，其氮氧化物削減率可達80%;采用尿素為還原劑，則SNCR對氮氧化物的削減率將會下降到70%左右。安裝SNCR系統脫硝裝置的水泥窯生產線，其脫硝運行成本可以控制在噸熟料10元左右。截止2012年5月，我國在役新型干法水泥生產線1500多條，安裝建設有水泥脫硝設施的僅為6條。

盡管綜合采用包括SNCR在內的各種措施，可確保水泥窯氮氧化物的排放穩定在200mg/m3以下，但其可靠性與安全性尚須進一步提高，于是就出現了選擇性催化還原(SCR)脫硝法。而SCR脫硝裝置在水泥窯生產線上的應用相對較少，世界首套工業規模的SCR煙氣脫硝裝置于2011年3月在德國投產。SCR脫硝技術可保證廢氣氮氧化物濃度降到100～200mg/m3，二氧化氮的減排效果高達85%～95%，而且其減排性能不會像SNCR那樣受到水泥窯規格大型化的影響。但SCR脫硝技術需要使用和消耗價格昂貴的貴金屬催化劑，所以SCR法的費用(包括設備費用和操作費用)為SNCR法的5倍左右，由于水泥企業廢氣的粉塵濃度很高，堿金屬含量較高，易使催化劑中毒和堵塞，導致SCR脫硝技術在水泥窯生產線的應用上仍然存在較大的技術提升空間。相對于SNCR技術在不同裝置應用上存在著脫氮效率忽高忽低等不穩定的問題，SCR技術在水泥窯脫硝領域仍有較大的發展前景。隨著新型干法水泥技術的發展和環保標準的提高，SNCR和SCR脫硝將會成為主流技術。

3玻璃及水泥行業脫硝展望

玻璃爐窯與水泥爐窯氮氧化物減排是一個龐大的系統工程，包括國家標準制訂、政策出臺和技術支撐等各個方面。作為世界最大的玻璃生產國和水泥生產國，一方面要繼續執行嚴格的行業準入和環評制度，對玻璃和水泥行業按照控制總量、調整結構、淘汰落后、節能減排的原則提高產業集中度，全面推進清潔生產，大力推進節能減排，發展循環經濟，大力推行低氮燃燒技術，發展替代燃料，建設脫硝設施。另一方面，國家應盡快研究和出臺新的水泥行業NOx排放控制標準，并推廣成熟的玻璃爐窯和水泥窯NOx減排工藝技術路線及關鍵設備，進一步研究SCR脫硝技術在玻璃爐窯和水泥窯生產線的應用技術和加快示范工程建設。我國水泥工業氮氧化物排放標準的修訂在借鑒參考發達國家標準的同時，應強調分地區分階段實施，考慮到脫硝技術改造所導致的成本增加，各級政府應該出臺明確的針對玻璃和水泥生產企業安裝脫硝設施的資金支持政策。

4結語

玻璃和水泥工業是重要的基礎材料產業，我國兩個行業的年產量分別占到世界總量的一半以上，包括應注重的問題。