随着2023年11月15日国家生态环境部部常务会议通过《关于实施水泥行业超低排放的意见》这一重磅政策，水泥行业实施超低排放已势在必行。
所谓超低排放，是指通过多污染物高效协同治理，使其达标排放。具体指标控制值为：颗粒物≤10mg/Nm3，二氧化硫≤35mg/Nm3，氮氧化物≤50mg/Nm3。
超低排放最早始于火电行业，2014年浙能嘉华电厂8#机组超低排放成功投运，是国内首台实现超低排放的火电机组。此后，在钢铁行业开始全面实施。继火电、钢铁完成超低排放改造后，水泥行业大气污染物排放总量跃居首位，成为环保部门管控的重点领域。
国内水泥企业通过近些年不断加大环保投入，几种废气污染物除了氮氧化物和氨逃逸，颗粒物和二氧化硫已基本满足超低排放要求，至少技术上已无障碍。
对于氮氧化物的治理。水泥产线采用的主流技术路线为非选择性催化还原技术（SNCR），部分产线除了SNCR，还复合采用低氮燃烧器以及分级燃烧等措施。近几年来，为满足低排放要求，国内近四十条熟料产线使用SCR技术进行深度脱硝，技术路径主要有高温高（低）尘、中温中（低）尘、低温低尘。从投运效果看，低温低尘技术路线相较于其他两种技术路线，在脱硝装置运行稳定性、NOx协同解决氨逃逸能力、对产线正常生产的影响以及运维经济性等方面优势明显。
对于氨逃逸的治理。石灰石水泥产线主要来源为SNCR过量氨，其次部分石灰石水泥产线生料磨粉煤灰烘干过程会释放出氨。对于后者，高温高（低）尘、中温中（低）尘技术无法解决，唯有采用低温低尘技术。
电石渣制水泥作为水泥产线的一小众分支，在废气污染物治理上存在和石灰石产线相似的情况，即绝大部分产线二氧化硫和颗粒物已满足超低排放要求，难点就在氮氧化物和氨逃逸协同治理，特别是氨逃逸治理难度极大。
电石渣制水泥产线烟气和传统石灰石水泥相比有其特殊性、复杂性。
首先，无论是干法电石渣还是湿法电石渣，在烘干管或生料磨的烘干过程中均会释放出几十至几百毫克的氨，且随着电石渣批次不同、窑负荷的调整、原料配比变化及烘干量增减，释放的氨会产生波动，而且有时波动幅度很大。本身要使高达几百毫克的氨达标治理难度已是极大，再加上运行过程中氨值的波动，更大大增加了治理难度。
其次，电石渣制水泥烟气成分更为复杂。除了常规的烟气成分，如NOx、SO2、颗粒物外，还有一些特殊成分，如CH2N2、C4H4N4、SiH4、PH3、AsH3、CH4等。这些烟气成分均具有一定的还原性，有的还原性还比较强，如SiH4、PH3等，会和原还原剂（NH3）产生竞争吸附，从而部分取代NH3参与反应。另外有些成分会致使催化剂中毒，如砷（As）中毒等，催化剂中毒会导致失活，缩短催化剂的化学寿命，甚至失去效率，因此需要采取针对性措施避免（降低）烟气中特殊成分产生的负面影响。
再次，电石渣制水泥烟气湿度更大。干法电石渣烟气湿度约为14~19%，湿法电石渣烟气湿度约为25~35%。烟气中湿度过高，会使得水蒸气抢占催化剂活性点位导致催化剂活性下降从而影响脱硝效率。因此需要通过技术手段如配方调整、生产工艺调整等，保证催化剂在高湿度烟气中维持较高的脱硝效率。
综上，电石渣制水泥产线和传统石灰石水泥产线相比污染物治理难度更大，在采用SCR技术进行超低排放改造时，无法完全照搬石灰石水泥的技术，否则超低排放改造难以成功，原因分析如下：
石灰石水泥窑共有三个位置可用于布置SCR脱硝装置，分别为：C1口（烟温280~320℃）、余热锅炉或高温风机出口（烟温200~220℃）以及窑尾袋收尘（或电袋复合）出口（烟温120~180℃）。而电石渣制水泥窑C1口烟温（420~520℃）过高，且无法解决氨逃逸达标，不适合布置脱硝装置，同样，在余热锅炉或高温风机出口无法解决氨逃逸，也不适合。合适的布置位置唯有在袋收尘和尾排风机之间，能彻底使氮氧化物和氨逃逸同时达标。
采用布置在袋收尘和尾排风机之间的低温低尘技术的优势：
（1）协同处置氨逃逸，满足NH3超低排放。SCR反应装置把电石渣烘干过程释放的“免费氨”作为还原剂加以有效利用，既使氨逃逸达标，又降低运行成本。SCR反应装置同时使两种污染物（NOx和NH3逃逸）满足超低排放要求，高效且无二次污染。
（2）保证水泥产线生产的稳定性。SCR反应装置后已无生产设备，不会影响电石渣制水泥产线正常生产。
（3）超低温催化剂使用寿命长，运行和维护成本低，经济性好。因SCR反应装置布置袋收尘后，烟气中含尘量极低（<10mg/Nm3），避免了催化剂堵塞、磨损、中毒的风险，增加催化剂的使用寿命，降低运行成本。
（4）项目建设成本较低。因设备落地，建设难度小，投资较省，工期较短。
从上述可以看出，布置在袋收尘后的低温低尘技术无论是在项目投资、减排效果（特别是氨逃逸治理达标）、运行成本及催化剂的使用寿命，还是对产线正常生产的影响等诸多方面都有着明显的优势。SCR技术的核心是催化剂，催化剂性能的好坏直接关系到超低排放改造项目的成功与否，因此项目成功的关键就是解决超低温下催化剂的活性能力。上海瀚昱研发团队通过多年刻苦攻关，成功研发出120℃超低温脱硝催化剂，并已应用于中石化长城能源化工（宁夏）有限公司电石渣制水泥超低排放项目。该项目自2022年12月投运至今已一年有余。运行期间，在不同负荷及不同原料配比的工况下，超低排放装置运行稳定，出口NOx及氨逃逸均满足超低排放要求，NOx排放值在7~20mg/Nm3之间，氨逃逸值在0.8~3.2mg/Nm3之间。
图1 位于袋收尘与尾排风机之间的超低温SCR反应器
图2 SCR运行烟温140℃~170℃，SCR出口NOx折算值7~20mg/Nm3
图3 2023年9月25日对催化剂进行检查，反应器内部干净整洁，催化剂表面无积灰、无磨损
图4 采用高温高尘使用六个月的催化剂
上海瀚昱环保材料有限公司研发团队自2010年开始研发低温脱硝催化剂技术，研发团队在刘教授的带领下从低温催化剂的微观量子结构出发，发明新型的活性体系，打破传统观念束缚，并建立全新的酸性位与活性位的结构，获得很高的低温活性与优异的抗硫中毒及抗碱（土）金属能力，开创性地研发出“低温脱硝催化剂”、“超低温脱硝催化剂”、“高-低温脱硝催化剂”、“脱二噁英协同低温脱硝催化剂”等重要科技成果，并获得“2023年上海市科技进步一等奖”。上海瀚昱作为技术支撑的《120℃低温脱硝催化剂》通过国家工业和信息化部、科学技术部、生态环境部评审录入《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录（2020年版）》得到政策鼓励与应用支持。经过四部委复审，再次录入《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录（2023年版）》。所研发生产的超低温和低温SCR脱硝催化剂已用于120~260℃烟气低温脱硝工程项目一百多项，效率达到90~99%，在水泥窑、燃煤、燃气、燃油锅炉、钢铁焦炉、球团、烧结机、生物质焚烧炉、垃圾焚烧炉诸多低温脱硝领域取得了很好的业绩，脱硝效果得到用户充分肯定。
上海瀚昱的超低温SCR脱硝技术解决了当前困扰电石渣制水泥生产企业的排放达标难题，相信其将助力更多电石渣制水泥企业达到超低排放标准，让越来越多的企业从瀚昱的先进技术手段中受益。
