氮氧化物VS「氨逃逸」!水泥行業超低排放沒有想像的美好

 

　　這樣灰濛濛的天氣你是否習以為常？

　　霧霾，這個2013年的年度關鍵詞，自發布以來就緊抓人們視線，深深地刺痛著全社會的神經，秋冬季的大氣汙染也必定少不了它的出場。

　　為了加強大氣環境治理，近年來國內水泥行業不斷升級大氣汙染物排放標準。特別是今年，國內不少省市相繼出臺差異化錯峰生產計劃，滿足超低排放的水泥企業可以不用參加或減少錯峰生產，水泥企業環保升級步伐大大加快。據中國水泥網報導，目前包括河南在內的不少地區水泥企業均表示已經完成超低排放改造。

　　然而，眾所周知，水泥行業三大汙染物「粉塵、二氧化硫、氮氧化物」中，氮氧化物超低排放治理難度最大。目前氮氧化物治理主要分為「脫硝技改+SNCR」以及SCR兩種方案，其中SCR技術雖有國內案例，但運行時間尚不足一年，使用效果有待進一步驗證。故而，國內現有水泥企業多數採用「脫硝技改+SNCR」控制氮氧化物排放量，但是SNCR技術也存在一大弊端，就是筆者今天要提到的「氨逃逸」問題。

　　不同於SCR（選擇性催化還原）技術90%以上的脫硝效率，SNCR（非選擇性催化還原）脫硝效率通常在40%-60%之間，氨逃逸問題不可避免，而氨本身無論是生產還是排放到大氣中都會對環境造成汙染。另外，需要指出的是，在實現超低排放就可不用參加錯峰生產的「誘惑」下，不排除部分水泥企業為了讓氮氧化物排放量達到超低排放要求，過量甚至大幅超量噴氨水的情況出現。如此不但造成巨大的資源浪費，更會大大增加水泥廠氮氧化物治理過程中的「氨逃逸」問題。

　　有意思的是，有消息稱，國內北方某推行超低排放的省區，目前氨水用量大增，部分地區甚至出現斷貨局面，產生水泥行業與農業爭氨的情況。若此傳言為真，筆者對於可能存在的片面追求氮氧化物超低排放，造成氨逃逸問題表示擔憂。

　　那麼，霧霾是如何形成的，它的危害有在哪些方面？水泥行業超潔淨排放在治理霧霾過程中扮演的是什麼角色？除了氮氧化物，還有哪些忽視的因素值得咱們水泥人重視？接下來，筆者為大家一一解答，希望能夠引起相關部門重視，在制定超低排放政策的同時，還應考慮水泥企業實施難度，並且真正重視起「氨逃逸」問題，儘快出臺相關標準，對水泥廠「氨逃逸」量提出限定指標。

　　霧霾的成因及危害

　　霧霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物這三項組成，它們與霧氣結合在一起，讓天空瞬間變得陰沉灰暗。

　　霾粒子的分布比較均勻，而且灰霾粒子的尺度比較小，從0.001微米到10微米，平均直徑大約在1～2微米左右，肉眼看不到空中飄浮的顆粒物。由於灰塵、硫酸、硝酸等粒子組成的霾，其散射波長較長的光比較多，因而霾看起來呈黃色或橙灰色。

　　霾的日變化一般不明顯。當氣團沒有大的變化，空氣團較穩定時，持續出現時間較長，有時可持續10天以上。霧霾、輕霧、沙塵暴、揚沙、浮塵等天氣現象，都是因浮遊在空中大量極微細的塵粒或煙粒等影響致使有效水平能見度小於10KM。

　　霧霾天氣自古有之，刀耕火種和火山噴發等人類活動或自然現象都可能導致霧霾天氣。不過在人類進入化石燃料時代後，霧霾天氣才真正威脅到人類的生存環境和身體健康。急劇的工業化和城市化導致能源迅猛消耗、人口高度聚集、生態環境破壞，都為霧霾天氣的形成埋下伏筆。

　　霧霾天氣時，由於空氣品質差，能見度低，容易引起交通阻塞，發生交通事故。其次，霧霾天氣對公路、鐵路、航空、航運、供電系統、農作物生長等均產生重要影響。霧、霾會造成空氣品質下降，影響生態環境，給人體健康帶來較大危害。對於支氣管哮喘、慢性支氣管炎、阻塞性肺氣腫和慢性阻塞性肺疾病等慢性呼吸系統疾病患者，霧霾天氣可使病情急性發作或急性加重。如果長期處於這種環境還會誘發肺癌。

　　霧霾問題被忽視的「兇手」－－氨氣

　　霧霾的源頭多種多樣，比如汽車尾氣、工業排放、建築揚塵、垃圾焚燒，甚至火山噴發等等，霧霾天氣通常是多種汙染源混合作用形成的，但各地區的霧霾天氣中，不同汙染源的作用程度各有差異。

　　然而，這不是中國空氣汙染答案的全部。

　　研究表明，還有一個重要汙染源，一直被社會忽視，卻是中國空氣汙染拼圖中極重要的一塊，更是PM2.5指數被持續推高的重要密碼——氨氣汙染。

　　氨，NH3，無色氣體，惡臭，極易溶於水，是製造化肥、炸藥的重要原料。氨與酸反應生成的銨鹽，其質量濃度是科學家衡量氨對空氣以及PM2.5影響的方法之一。

　　最主要的兩種銨鹽——硫酸銨、硝酸銨，在PM2.5中的佔比能有多高？多年從事PM2.5源解析研究的專家解釋：從全國平均水平來看，在輕汙染天氣中，兩者的質量濃度總和大約佔PM2.5的20%以下，但在重汙染天裡，則劇升至40%以上。

　　更多學者的研究支持這一看法：重汙染天氣中，硫酸銨、硝酸銨的質量總和約佔PM2.5的40%-60%，越嚴重的汙染天氣，比例越高。

　　作為大氣中唯一的鹼性氣體，氨氣可以同水及酸性物質反應。正是這種獨特的化學特性，使氨氣扮演了「壞空氣推手」的角色。對此，有專家表示，1體積水能溶解700體積的氨，這意味著當大氣溼度增高時，氨更容易與水進行反應，水又吸收了二氧化硫和二氧化氮，變成液相的亞硫酸和亞硝酸。在合適的氧化反應條件下，亞硫酸、亞硝酸就會轉化成硫酸、硝酸，與氨發生中和反應，生成顆粒態的硫酸銨、硝酸銨，成為了PM2.5。

　　硫酸銨、硝酸銨等的形成，需要空氣中有足夠多的氨氣。問題由此而生：中國空氣中大量的氨氣從何而來？

　　研究發現，我國區域氨氣排放源上升快、影響大，可能來源於近海養殖、畜牧業、農業、汽車（三元催化過量）、工業脫硝（還原劑用氨水或尿素過量）等。我國在近20年時間裡，一直是全球最大的氨排放國。

　　更嚴重的問題在於，儘管中國近年開始走上環境治理之路，但氨汙染並不在治理之列。在我們所熟知的水泥行業，雖然對氮氧化物排放量提出了越來越嚴格的指標，但是對脫除氮氧化物的主要原料－－－「氨水」造成的「氨逃逸」卻至今未出臺明確的標準，此問題讓筆者甚是擔憂。

　　水泥行業的氮氧化物減排ＶＳ氨氣汙染

　　由於對水泥窯燒成系統的研究還處在較為粗放的狀態，當前國內水泥行業對窯內工況和氮氧化物的生成機理，仍然存在很多的不足。氮氧化物的來源是多方面的，影響因素眾多，在氮氧化物減排技術領域，現有主要技術包括SCR、SNCR、分級燃燒等方式。

　　SCR選擇性催化還原技術，是目前世界上的脫硝主打技術。以氨水或尿素為脫硝劑，在吸收塔內的催化劑作用下作催化選擇吸收，脫硝率可達90%以上。

　　SNCR技術是利用分解爐內合適的溫度空間（900℃～1 100℃），向其內噴入氨水混合物，在此溫度下，氨（NH3）與煙氣中NOx反應生成N2和H2O。脫硝率一般為40%-60%，氨水消耗量巨大，NH3的逃逸率較高，可達SCR的3倍以上。

　　當前國內水泥企業基本上已經完成SNCR脫硝建設，該技術採用大量氨水作為氮氧化物還原劑，氨水在生產、運輸、儲存和使用過程中都極易造成洩露，對大氣環境帶來嚴重汙染。

　　故而，當前的水泥行業其實面臨一個相對矛盾的問題，利用氨水脫硝可以減少氮氧化物排放量，但是「氨逃逸」問題難以解決，且氨水的生產本身就是高耗能、高汙染過程，運輸、儲存和使用也會造成「氨逃逸」。

　　基於這樣的問題，水泥企業應該加強對氨水運輸、儲存的管理，同時提升氨水利用效率，減少「氨逃逸」。

　　氨逃逸將何去何從？

　　在當前的環保形勢下，水泥企業降低汙染物排放是外在環境的必然要求；同時，隨著水泥工業技術的迭代，更低的能耗和排放標準也是行業升級的必然趨勢。

　　對於水泥企業而言，從經濟角度分析，SCR技術僅改造成本預期就高達3000萬以上，另外還有催化劑的耗費，遠遠高於「SNCR+源頭治理」費用。其次，在低氮燃燒和分級燃燒的基礎上，結合SNCR，在穩定的窯況下部分企業也可滿足當前的氮氧化物排放標準。綜合上述原因，目前國內不少水泥企業選擇通過「SNCR+源頭治理」的方式來實現降低氨氧化物排放的要求，但由此帶來的弊端則是，氨逃逸問題可能加重。

　　為何在環保標準日益嚴苛的如今，氨氣汙染尚未引起水泥企業的警覺？

　　一方面，標準缺失。水泥窯燒成系統本身的結構差距，以及工況環境，原燃料差異、治理難度差異甚至操作人員水平等因素都影響了氨逃逸量的不同，而目前國家以及地方政府也尚未出臺水泥行業氨逃逸量檢測的具體標準。

　　另一方面，據業內人士透露，當前不少水泥企業氨逃逸量在8mg/m3-10mg/m3之間，相對於粉塵、氮氧化物的大排放，氨逃逸似乎顯得有些「小兒科」，這或許也是水泥企業忽視它的原因之一。

　　但需要引起重視的是，在國家「藍天保衛戰」、環保督察等一系列環保舉措不斷全面深化，超低排放成為行業大趨勢的背景下，水泥企業對待氨逃逸問題應提前布局，未雨綢繆。

　　首先，水泥企業應加強自身對於氨逃逸問題的重視度，在氮氧化物減排方面，選擇合理有效的方式，譬如脫氮效率更高、氨逃逸率更低的SCR技術，而不是一昧地通過大量噴氨水的方式來達到「拆東牆補西牆」的效果。

　　其次，協會及行業龍頭企業應起到引導作用，並建議相關部門出臺符合實際的氨逃逸檢測標準，並將標準列入環保考核條目之一，通過對「氨逃逸」的實時監測分析，降低氨汙染問題。

　　然後，通過水泥行業的整體努力，將氨氣汙染上升至國家大氣汙染治理的高度，推動我國大氣汙染邁入一個全新臺階，這不僅是改善行業面貌的重要舉措，也是治理「霧霾」，還子孫後代一片藍天白雲的必由之路。

　　最後，筆者要指出的是，氮氧化物超低排放固然值得推廣，但是背後隱藏的風險更應注意，本著實事求是的態度，業內及相關部門應該將解決「氨逃逸」問題提上議事日程了。