水泥工業一直是我國大氣污染控制的重點，在水泥工業排放的粉塵、二氧化硫、氮氧化物三大污染源中，氮氧化物排放量在全國排放總量中占較大比重，治理難度最大。雖然國家已經關閉了不少環評不合格企業，但仍對環境造成一定影響。同時，我國水泥工業NOx排放國家標準限值日趨嚴格，一些地方政府制定了比國標更嚴苛的排放標準，如河北省要求新建水泥企業自今年5月1日起執行顆粒物、二氧化硫、氮氧化物的排放限值分別為10mg/m³、30mg/m³、100mg/m³。但傳統脫硝技術難以直接滿足當前水泥工業超低排放的環保要求。
在中科院“變革性潔凈能源關鍵技術與示范”A類戰略性先導科技專項的支持下，中科院工程熱物理研究所項目團隊研究人員系統探索了水泥窯爐條件下煤粉、半焦與熱解氣對NOx的不同還原特性及相關機理，獲得了煤粉對NOx均相、異相還原機理，揭示了水泥生料對于促進焦炭異相還原的機理，獲得了溫度與氧氣濃度等關鍵參數對NOx還原特性的影響機理。
據了解，在SNCR正常投運條件下，水泥窯爐NOx排放低至80mg/m³。中科院工程熱物理研究所項目團隊在流態化燃燒氮氧化物控制技術的基礎上，提出了水泥窯爐NOx原位還原工藝，解決了水泥窯爐原位還原脫硝技術、還原爐/分解爐耦合技術等關鍵技術問題，開發出適用于燃煤水泥窯爐的低氮脫硝技術。該技術通過煤粉原位還原實現燃料氮的預脫除，部分燃料氮定向轉化為氮氣，同時生成具有較強還原性的高溫半焦-煤氣，進入分解爐后，通過均相及異相還原反應將回轉窯產生的高濃度NOx還原成N?。上述研究人員在1 t/d和3 t/d水泥生料分解過程低NOx控制中試試驗中積累了大量研究數據，為該示范工程的建設和運行提供了技術原理和數據支撐。
據悉，水泥窯爐低氮脫硝技術通過優化現有水泥工藝實現NOx減排，解決了水泥窯爐現有脫硝技術面臨的氮還原轉化率限制等問題，是一種有效減少NOx排放的綜合控制技術，在脫硝效率、環境兼容性及投資運行成本等方面顯示出優越性，有望使水泥窯爐擺脫對氨水的依賴，解決現有脫硝技術面臨的效率和環保問題，對我國燃煤水泥窯爐低氨甚至無氨脫硝技術領域具有重要意義。
下一步，中科院工程熱物理研究所項目團隊將繼續對示范工程進行優化，以期實現無氨更低NOx排放，同時積極推進該技術的廣泛工程應用，為解決困擾我國水泥行業發展的問題貢獻力量。