毛志伟：水泥工业大气污染物协同控制技术探讨

安徽合肥水泥研究设计院副总工程师　毛志伟

　　5月10日，“中国水泥协会环保和资源综合利用专业委员会成立大会暨首届中国水泥行业环保及资源综合利用高峰论坛”在南京举行。安徽合肥水泥研究设计院副总工程师毛志伟为大家做主题为“水泥工业大气污染物协同控制技术探讨”的演讲报告，以下是是报告的主要内容。

　　国内水泥工业主要污染现状

　　毛志伟为大家归纳了四方面污染物。一、粉尘：水泥生产过程中原、燃料和水泥成品储运，物料的破碎、烘干、粉磨、煅烧等工序产生的废气排放或外逸而引起的；二、有害气体：主要是窑系统产生的SO₂、NO_X、CO₂、HF等；三、在协同处置废弃物，产生的总有机碳（TOC）、二恶英（PCDD）和多氯二苯并呋喃（PCDF）、金属及其化合物、汞、氯化氢和氟化氢；四、废水、噪声和固废。

　　接着，他分析了我国水泥工业近些年污染物排放量的一些情况。其中，氮氧化物排方量，随水泥总产量的增加而加大。我国水泥行业氮氧化物的排放占全国总排放量的10%，是氮氧化物的重要排放源。居火力发电和汽车尾气排放之后的第三位，CO₂的排放位于全国第二，占12%， SO₂占5%。（如下表所示）

我国水泥工业近些年废气污染排放量表

　　国内外水泥行业工业污染排放标准

　　接下来，毛志伟继续说到，根据下表所列的各项控制指标，实际上是按其着重点或达到相应指标的技术难度而排列的，也就是说，现今的控制重点主要集中于NO₂和SO₂，其他有害成分的含量一般都不大会超标。其中，采取适当的废气净化措施，在清除NO₂和SO₂的过程中，可以同时清除其他有害成分。关于粉尘排放，因为近年来各种除尘系统的除尘效率已经可以长期稳定在99%以上，可靠性很高，要达到50mg/Nm^₃以下的指标已经完全没有问题。于是就将粉尘这一项排在最后。

各国水泥大气排放标准比较表

　　其中，美国新增了标准。在2009年4月21日，美国环保署发布了《针对水泥工业的危险性空气污染物国家排放标准》提案。其主要内容为：1、认定废气中的汞、碳氢化合物、氯化氢和粉尘，均为危害性污染物；2、必须对汞、碳氢化合物和氯化氢增设更严格的限制。美国现行水泥窑排放标准中均未列入这三项指标，故必须增补；3、水泥窑废气中粉尘排放的限值，对已投产水泥窑为0.085lb/mil.t.cl（约23mg/ Nm³）；新建窑为0.080 lb/mil.t.cl（约21mg/Nm³）。（特别注明：上述4项污染物排放的建议控制、均为每连续30天窑排放实测数据的平均值；每一个运转日都必须计算在内，不得剔除开窑、停窑、调试和故障处理期间的任何非正常工况时的数据。）[Page]

　　针对现我们国内，毛志伟提到，“十二五”我国水泥排放减排要求包括：氟化物10 mg/Nm³，降低倒5 mg/Nm³，统一排放50mg/Nm³，必须要安装连续在线监测装置，禁止非正常排放,采用高效布袋收尘。

　　其中，工信部发布水泥工业节能减排指导意见中，所提到的主要目标为：一、全国水泥生产平均可比熟料综合能耗小于114千克标准煤/吨，水泥综合能耗小于93千克标准煤/吨；二、水泥颗粒物排放在2009年基础上降低50%，氮氧化物在2009年基础上降低25%，二氧化碳排放强度进一步下降；三、应用余热发电、高效粉磨技术、电机变频等技术，重点水泥企业加快建设能源管理中心；四、大城市周边的水泥企业基本形成协同处置城市生活垃圾和城市污泥的能力。

　　水泥工业大气污染物控制技术探讨

　　毛志伟提到主要有五方面，第一个是粉尘排放控制技术与发展。（如下表所示）

粉尘排放控制最佳可行技术及其适用条件

　　其中，标准使新型干法生产线中，全套袋除尘器趋势增多。另外，也可采用老电除尘器改为袋除尘器。这包括三点，1、电除尘器全改为袋除尘器：将原来的电除尘器全部拆除，在原地重新上一台袋除尘器，要考虑风机增加全压；2、电除尘器半改为袋除尘器：保留电除尘器的壳体、灰斗、进出口喇叭及输灰系统，将顶盖、内部极板、极线及振打机构等拆除，再将脉冲袋除尘器的内部花板、喷吹系统、滤袋、袋笼装上；3、电除尘器改为电袋组合除尘器：保留电除尘器的壳体、灰斗、进出口喇叭、输灰系统及第一电场，将二三电场的顶盖、内部极板、极线及振打机构等拆除，再将脉冲袋除尘器的内部花板、喷吹系统、滤袋、袋笼装上。

　　第二个是NO_X排放控制技术及发展。现根据2010年对150多家水泥企业的调研，水泥厂的大气污染物基本上得到了控制，但是氮氧化物已成为主要的废气污染源。如对于每条5000t/d熟料新型干法水泥生产线而言，企业每年需缴纳排污费约90～100万元，其中，NOx排污费约占85%，即每年NOx排污费约76～85万元。其中，国内新型干法窑已达80%，但水泥工业废气脱氮技术还未被列入议事日程。对于SNCR法和SCR法脱氮只是介绍国外理论和实践发展概况。这些技术如用于国内，不尽设备昂贵、运转费高、技术复杂，且在使用时NH3易造成二次污染问题。

　　现在，德国水泥窑普扁采用氮氧化物减排技术 。目前，欧美各国水泥工业在（新型干法）上采用SNCR法削减NOx排放的大致共有70余台，其中德国就有50多台，占德国现有PC窑总数的70%以上。德国在应用SNRC方面具有较多实践经验和研究成果。毛志伟补充日本的情况，现在日本水泥窑氮氧化物减排技术已经成熟。比如，日本住友水泥厂采用协同控制NO_X。他们主要采取以下3种方式降低水泥窑氮氧化物的排放：一、空气二级燃烧。二、采用高效率的TMP燃烧器。三、尾部添加尿素。日本规定水泥氮氧化物的国家排放标准为480ppm，而住友工厂的实际排放浓度在340ppm以下。[Page]

NOX排放控制最佳可行技术

　　第三个是SO₂排放控制技术。2008年，中国非金属矿业SO₂排放、约占全年工业SO₂排放总量的9.2%，达180万吨。(如图所示)

SO₂排放控制最佳可行技术

　　第四个是氟化物污染的防治。熟料烧成过程产生的氟化物来自于原、燃料。有些粘土中含有氟，特别是目前我国部分立窑厂出于降低热耗的目的，以含氟矿物(萤石)掺入生料中，在烧成中大部分氟化物和CaO，Al₂O₃形成氟铝酸钙固容于熟料中，极少部分随废气排出。防治氟化物污染的可靠办法是不用含氟化物高的物质作为原料，更不能采用萤石降低烧成温度而使用。[Page]

　　第五个是二氧化碳减排技术。包括六点：1、余热利用减排。2、采用替代燃料减排 （减少矿石燃料）。3、改变原料或熟料化学成分减排，(1) 利用其它工业的废渣中往往含有CaO而不会产生CO₂的物质作原料。(2) 降低水泥熟料中CaO的含量。4、提高水泥、砼质量以提高熟料强度和减少水泥中熟料含量。5、(1) 减少水泥熟料用量。(2)大力发展绿色高性能混凝土代替常规混凝土。6、应用节能粉磨和水泥助磨剂技术。

　　水泥窑协同处置废弃物的污染控制

　　协同处置废物尾气排放污染控制方法，针对酸性气体，通过SO₂的产生途径和控制方法或则HF和HCl的产生途径和控制方法；针对有机物，通过TOC和CO的产生途径和控制方法或二恶英的产生途径和控制方法或有机物的焚毁去除率控制方法；针对重金属，可采用金属的产生途径和控制方法等。

　　其中，对用于协同处置的废弃物中有害物质限量规定。奥地利、瑞士和德国等国家对水泥窑协同处置的可燃废弃物中的重金属含量的要求更加严格一些，德国的限值最为严格。其中，各国对卤素(主要是Cl)、S、PCBs和重金属中的易挥发性元素Hg、Tl及可形成剧毒物质三氧化二砷的As元素的限值都比较严格，以保证处置的安全性。由于替代燃料的含水率、热值会影响水泥窑燃料的整体品质，灰分会影响水泥熟料的成分，因此，欧盟的瑞典、意大利对替代燃料的热值、含水率、灰分也进行了规定。意大利规定替代燃料含水率最大25%，热值最低15MJ/kg，灰分最大20%。

　　对进行协同处置的水泥窑大气污染物排放限值的规定。欧盟于2000年12月开始生效的关于水泥回转窑污染物排放标准2000/76/EC中对水泥回转窑有毒有害物质的排放限制作了更为严格的规定，并且规定欧盟国家应在2年内转化为本国标准，新建企业必须立即执行，老企业到2005年12月28日执行。1996年4月，美国国家环保局（EPA）提出了危险废弃物焚烧设施有害大气污染物排放的最大可实现控制技术（Maximum Achievable Control Technology, MACT）标准。