水泥工业一直是我国大气污染控制的重点，在水泥工业排放的粉尘、二氧化硫、氮氧化物三大污染源中，氮氧化物排放量在全国排放总量中占较大比重，治理难度最大。虽然国家已经关闭了不少环评不合格企业，但仍对环境造成一定影响。同时，我国水泥工业NOx排放国家标准限值日趋严格，一些地方政府制定了比国标更严苛的排放标准，如河北省要求新建水泥企业自今年5月1日起执行颗粒物、二氧化硫、氮氧化物的排放限值分别为10mg/m³、30mg/m³、100mg/m³。但传统脱硝技术难以直接满足当前水泥工业超低排放的环保要求。
在中科院“变革性洁净能源关键技术与示范”A类战略性先导科技专项的支持下，中科院工程热物理研究所项目团队研究人员系统探索了水泥窑炉条件下煤粉、半焦与热解气对NOx的不同还原特性及相关机理，获得了煤粉对NOx均相、异相还原机理，揭示了水泥生料对于促进焦炭异相还原的机理，获得了温度与氧气浓度等关键参数对NOx还原特性的影响机理。
据了解，在SNCR正常投运条件下，水泥窑炉NOx排放低至80mg/m³。中科院工程热物理研究所项目团队在流态化燃烧氮氧化物控制技术的基础上，提出了水泥窑炉NOx原位还原工艺，解决了水泥窑炉原位还原脱硝技术、还原炉/分解炉耦合技术等关键技术问题，开发出适用于燃煤水泥窑炉的低氮脱硝技术。该技术通过煤粉原位还原实现燃料氮的预脱除，部分燃料氮定向转化为氮气，同时生成具有较强还原性的高温半焦-煤气，进入分解炉后，通过均相及异相还原反应将回转窑产生的高浓度NOx还原成N?。上述研究人员在1 t/d和3 t/d水泥生料分解过程低NOx控制中试试验中积累了大量研究数据，为该示范工程的建设和运行提供了技术原理和数据支撑。
据悉，水泥窑炉低氮脱硝技术通过优化现有水泥工艺实现NOx减排，解决了水泥窑炉现有脱硝技术面临的氮还原转化率限制等问题，是一种有效减少NOx排放的综合控制技术，在脱硝效率、环境兼容性及投资运行成本等方面显示出优越性，有望使水泥窑炉摆脱对氨水的依赖，解决现有脱硝技术面临的效率和环保问题，对我国燃煤水泥窑炉低氨甚至无氨脱硝技术领域具有重要意义。
下一步，中科院工程热物理研究所项目团队将继续对示范工程进行优化，以期实现无氨更低NOx排放，同时积极推进该技术的广泛工程应用，为解决困扰我国水泥行业发展的问题贡献力量。