摘要

综述了水泥窑烟气除尘、脱硫、脱硝、消白、脱汞、碳捕集等多污染物协同控制技术，对各项技术特点和发展趋势进行了总结，为水泥生产企业应对即将到来的烟气超低排放标准提供参考。

1 前言

水泥窑在运行过程中会产生大量的烟气污染物，进入大气后会对自然环境和人体健康造成危害，随着近年来政府对生态环境保护的越加重视，火电、化工、钢铁等行业均出台了大气污染物超低排放标准，将颗粒物、SO2、NOx排放量控制在10/35/50 mg/m3，对各大企业的烟气治理提出了更高的要求。而在水泥行业，烟气污染物的最严排放限值仍然停留在20/100/320 mg/m3的水平，距离超低排放标准仍有很大的提升空间，这也将是水泥行业环保政策的发展趋势。

2018年以来，各省市密集出台了与烟气消白相关的地方标准，各地对消除湿法脱硫后白烟的要求也已逐渐由定性转变为定量，并在各个行业推广开来。同时水泥窑烟气中含有大量的CO2，可在捕集、提纯后用于生产工业级和食品级液体CO2，具有较高的民用和工业价值，也符合国家低碳经济的要求。

因此对于水泥窑烟气的治理，应从过去的单一污染物脱除的思路，转变为多污染物的协同控制路线，以应对逐渐收紧的环保政策，保证水泥生产企业的可持续发展。

2 烟气多污染物协同控制技术

2.1 除尘技术

水泥窑烟气含尘量大，可达到80~100g/m3，且水泥窑头和窑尾的烟气性质也有所不同，是水泥窑污染物治理的难点。现阶段主流除尘技术为电除尘、布袋除尘、旋风除尘和水洗除尘等，其中布袋除尘效率较高，处理后的粉尘浓度可降至10mg/m3以下，但布袋也存在着火、糊袋等风险。

为提高除尘效率和运行稳定性，除了设置多种除尘器联合运行，还可以对现有设备进行改良，例如选用高效的滤袋、改进电除尘器结构等。也有越来越多的企业将新技术应用到生产中，如电袋复合除尘器、高温静电除尘器、预荷电技术、多孔陶瓷材料等。

以上技术均是针对水泥行业粉尘的有组织排放行为，除此之外，水泥生产过程中还存在大量的无组织排放粉尘，主要是堆场和道路扬尘。为减少粉尘的无组织排放，可采用增加冲洗装置、提高清扫频率、露天堆场封闭等措施，均有良好的效果。

2.2 脱硫技术

水泥窑烟气中的SO2主要来源于原料含硫和燃料含硫，原料石灰石中的S元素以黄铁矿形式存在，燃料含硫则来源于煤中的S元素。水泥窑SO2排放量在800~1000mg/m3，仅靠燃烧过程中的脱硫技术难以满足超低排放需求，因此在后面加装烟气脱硫系统是很有必要的。

目前的主要脱硫技术有湿法、干法、半干法等，其中湿法脱硫在整个环保市场上占比90%，技术成熟、脱硫效率高、运行稳定。湿法脱硫分为石灰石膏法、氨法、镁法等，针对水泥行业的特点，石灰石膏法是最佳工艺。湿法脱硫设备通常布置在除尘器后部，烟气进入脱硫塔后与石灰浆接触反应，生成副产物含水石膏，而石膏也能作为生产水泥的原料，具有良好的利用价值。

此外半干法脱硫也是一种有效的脱硫工艺，分为循环流化床法（CFB）和旋转喷雾干燥法（SDA），优势是不产生废水、对设备磨损小，但脱硫效率略低于湿法。半干法脱硫的副产物为不含水的脱硫灰CaSO3，经氧化后可作为水泥缓凝剂，提高水泥的抗压强度，同样具有较好的经济性。

2.3 脱硝技术

类似于燃煤锅炉，水泥窑烟气中的氮氧化物有80%以上是燃料型NOx，主要来源于挥发分和焦炭中的N元素，水泥行业NOx排放量占全国工业排放总量的15%，位居排放大户之列。现阶段的水泥行业多采用分级燃烧、低氮燃烧、SNCR脱硝等手段控制NOx排放，在现标准下能做到长时间的达标运行。

根据以往的运行经验，采用“低氮燃烧+SNCR脱硝”的路线可以将NOx排放量稳定控制在100 mg/m3以内，但与50 mg/m3的超低排放标准仍有一定距离，因此需要加装SCR脱硝系统，进一步提高脱硝能力。根据催化剂温度区间的不同，可分为低/中/高温催化剂，现阶段脱硝效果较好、运行较稳定的是中高温催化剂，也决定了SCR系统需布置在280~400℃的温度区间内。因此，在进行SCR脱硝改造时，应基于业主企业的实际情况，综合考虑脱硝效果、催化剂寿命、对系统热效率影响等多重因素，制定最优方案。

臭氧氧化吸收法脱硝技术近年来在电力与非电行业发展迅速，区别于SNCR和SCR的化学反应，其原理是利用O3的强氧化性将烟气中的不溶于水的NO氧化为易溶于水、易与碱液反应的高价NOx（如NO3、N2O5），最终在后续的脱硫塔内与SO2一同被碱液吸收，生成的硝酸盐进入后处理系统完成处理。臭氧氧化吸收法脱硝效率高，可达到90%以上，对烟气温度要求低，施工改造占地小，在水泥行业也具有较好的应用前景。

2.4 消白技术

在锅炉烟气和烧结烟气治理中，湿法脱硫会产生白烟现象。白烟的实质是水雾，湿法脱硫后的净烟气基本上处于饱和状态或接近饱和状态，含湿量≥10%，除了烟气本身携带的水滴，出现白烟更重要的原因是饱和烟气在烟囱口与大气混合降温冷却时变成过饱和状态，大量的水蒸气凝结成了液态水。烟气消白的标准已经在电力、非电、钢铁等行业大规模实施，未来也可能会推广到水泥行业。

烟气消白技术分为加热法、冷凝法、冷凝再热法、溶液吸收法等，综合考虑消白效率、投资成本、施工难度等因素，认为冷凝再热法是目前可行性最高的方案。具体实施方案是：在湿法脱硫塔前布置MGGH系统的冷却器，降低进入脱硫塔的烟气温度；经塔内洗涤吸收脱硫后，烟气经过相变冷凝器，使水蒸气冷凝脱出，回收冷凝水；经冷凝后的烟气进入MGGH系统的再热器，利用余热进行再加热，提高排烟温度，加强烟气的扩散能力，防止白烟产生。

冷凝再热法的另一优势在于，烟气中的水蒸气冷凝成液态水时会将Hg元素一并溶解带出，兼有脱汞的效果，符合水泥行业控制Hg元素排放的发展趋势。因此冷凝再热法烟气消白技术不仅能带来感官上的改善，更能实际上降低各类可溶性大气污染物（Hg、SO3、气溶胶等）的排放。

2.5 碳捕集技术

2017年全球碳排放量99亿吨（以C作为计量），水泥行业占4%。同时中国处于碳排放国家第一位，高碳模式将严重制约中国未来的发展，而低碳经济将成为中国建设生态文明最有力的突破口。

水泥窑烟气中有18~20%的CO2，可采用多种手段将其捕集、纯化、液化后，作为工业级或食品级液态CO2储存、运输、销售，为水泥企业带来额外收益。现阶段主流的碳捕集技术有化学吸收法、物理吸收法、变压吸附法、膜分离法、生物固碳法等，其中以化学吸收法技术最成熟、应用最广，采用化学吸收法生产工业级CO2成本为300~400元/(tCO2)。

工业级CO2可用于焊接切割、石油开采、消防等，食品级CO2可用于食品保鲜剂、饮料添加剂、烟丝膨胀剂等，2014年国内CO2消费量达到7022.6万吨，其中液态CO2占7%的比例，需求年增长率4.8%。近两年液态CO2价格有所上涨，均价超过400元/(tCO2)。此外，碳排放交易将成为减少企业碳排放的主流手段，在2013年~2018年累计成交2.3亿t(CO2e)，成交额51.56亿元，但交易价格随时间的波动幅度较大，具有不确定性。

目前制约碳捕集技术在水泥行业推广的主要因素在于捕集成本过高，投资回收周期较长，如能将成本降至200元/(tCO2)以下，同时完善碳交易市场，则碳捕集技术将会迎来新的发展机遇。

3 结语

在超低排放标准和低碳经济的要求下，多污染物协同控制技术是水泥窑烟气治理路线的发展趋势。水泥生产企业在经过新一轮的环保设备升级改造后，应考虑到能同时实现除尘、脱硫、脱硝、消白、脱汞等多重效果，并尽量为碳捕集设施留出空间；同时提高环保管理水平和运行人员素质，以应对不断升级的环保政策要求，推动企业的健康运转。

来源：中国水泥网 水泥技术