前言

據(jù)統(tǒng)計，截至2018年底，全國共有新型干法水泥生產(chǎn)線1681條，熟料設(shè)計生產(chǎn)能力約為18.2億噸，累計熟料產(chǎn)量14.2億t，全國累計水泥產(chǎn)量22.1億t。為進一步加強對水泥工業(yè)的污染物排放控制，強化大氣污染防治，促進環(huán)境空氣質(zhì)量改善，2018年以來，各省市不斷加大環(huán)保力度，部分地區(qū)陸續(xù)出臺較之更加嚴(yán)格的水泥行業(yè)大氣排放標(biāo)準(zhǔn)。

水泥生產(chǎn)排放的污染物包括顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、氟化物、氨等，當(dāng)排放超標(biāo)時，將對環(huán)境及人體健康帶來不利影響。各類主要污染物對環(huán)境及人體健康造成不利影響如下。

(1)顆粒物。顆粒物又稱塵，是大氣中的固體或液體顆粒狀物質(zhì)。粒徑在0.1~1μm的顆粒物，與可見光的波長相近，對可見光有很強的散射作用，是造成大氣能見度降低的主要原因。由二氧化硫和氮氧化物化學(xué)轉(zhuǎn)化生成的硫酸和硝酸微粒是造成酸雨的主要原因，酸雨影響植物生長，對建筑物等有腐蝕作用。粒徑在3.5μm以下的顆粒物，能被吸入人的支氣管和肺泡中并沉積下來，引起或加重呼吸系統(tǒng)的疾病。大氣中大量的顆粒物，干擾太陽和地面的輻射，從而對地區(qū)性甚至全球性的氣候發(fā)生影響。長期接觸空氣中的污染顆粒會增加患肺癌、患心臟病的風(fēng)險。

(2)二氧化硫。二氧化硫?qū)Υ髿饪稍斐蓢?yán)重污染。對人體健康的危害，易被濕潤的粘膜表面吸收生成亞硫酸、硫酸，對眼及呼吸道粘膜有強烈的刺激作用，并表現(xiàn)出不同程度的中毒現(xiàn)象。

(3)氮氧化物。氮氧化物俗稱硝煙，是氮和氧化合物的總稱，為最常見的刺激性氣體之一。NO為無色無臭的氣體，它與血紅蛋白的結(jié)合力更強，對人體更容易造成缺氧。NO₂為棕色氣體，可在人呼吸時到達肺的深部，引起呼吸系統(tǒng)疾病。

(4)氟化物。氟化物指含負價氟的有機或無機化合物，氟化物容易與某些高氧化態(tài)的陽離子形成穩(wěn)定的配離子，含有金屬的氟化物易溶于水。然而，含氟化合物在結(jié)構(gòu)上可以有很大差異，因此很難概括出氟化物的一般毒性。氟化物的毒性與其反應(yīng)活性和結(jié)構(gòu)有關(guān)。2017年10月27日，世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構(gòu)公布的致癌物清單初步整理參考，氟化物位于(飲用水中添加的無機物)3類致癌物清單中。

(5)氨。氨通常情況下是有刺激性氣味的無色氣體，極易溶于水，易液化。氨是一種堿性物質(zhì)，它對所接觸的皮膚組織都有腐蝕和刺激作用；氨通常以氣體形式吸入人體進入肺泡內(nèi)，通過肺泡進入血液，與血紅蛋白結(jié)合，破壞運氧功能。氨的溶解度極高，所以主要對動物或人體的上呼吸道有刺激和腐蝕作用，減弱人體對疾病的抵抗力。

(1)標(biāo)準(zhǔn)中的特別排放限值。國標(biāo)《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4915-2013)中規(guī)定特殊地區(qū)水泥窯及窯尾特排排放標(biāo)準(zhǔn)為：顆粒物20mg/m3、二氧化硫100mg/m3、氮氧化物320mg/m3。一些省份及地區(qū)為加強本地水泥工業(yè)環(huán)保排放控制，改善大氣環(huán)境質(zhì)量，也發(fā)布了相關(guān)地方排放標(biāo)準(zhǔn)，具體見表1。

(2)地方超低排放限值。2018～2019年間，國家及地方陸續(xù)頒發(fā)了“藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”、大氣污染防治“三年作戰(zhàn)計劃”等相關(guān)文件，地方陸續(xù)對水泥窯廢氣中的主要污染物提出了超低排放限值要求，見表2。

水泥行業(yè)中水泥窯煙氣是最主要、最關(guān)鍵的廢氣排放源，煙氣治理由脫硝、除塵兩個重要環(huán)節(jié)構(gòu)成。由于水泥生產(chǎn)工藝的特殊性，水泥窯煙氣溫度高，產(chǎn)生的熱力型氮氧化物濃度高，脫硝難度大；水泥窯窯內(nèi)為堿性環(huán)境，預(yù)熱器及分解爐的堿性物料在高溫區(qū)域?qū)ΩG尾燃煤排放出來的二氧化硫具有很高的捕捉力，通常情況下水泥原料中低價硫含量不高，在正常的水泥窯運行條件下，窯尾二氧化硫排放濃度很低，因此水泥窯煙氣通常無需末端脫硫措施。

水泥窯煙氣凈化工藝較多，當(dāng)前，煙氣常用脫硝技術(shù)包括低氮燃燒技術(shù)、選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)、選擇性催化還原技術(shù)(SCR)、生產(chǎn)控制等；除塵技術(shù)為袋式除塵器、電除塵器以及電袋復(fù)合除塵器。

3.1 氮氧化物治理技術(shù)

(1)低氮燃燒技術(shù)。低氮氧化物燃燒技術(shù)主要包括低氮燃燒器和分解爐分級燃燒技術(shù)。低氮燃燒器通過增加燃燒器風(fēng)道，降低一次空氣比例，使煤粉分級燃燒。燃料在高溫區(qū)停留時間短，可減少氮氧化物產(chǎn)生量5％～15％。分解爐分級燃燒技術(shù)利用助燃風(fēng)分級或燃料分級加入，減少分解爐內(nèi)氮氧化物的生成，并通過控制燃燒過程，還原爐內(nèi)的氮氧化物，可減少氮氧化物產(chǎn)生量10％～20％。低氮燃燒器和分解爐分級燃燒技術(shù)聯(lián)合使用，可減少氮氧化物產(chǎn)生量20％～30％。

(2)選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)。選擇性非催化還原法(SNCR)是將氨或尿素等還原劑噴入爐內(nèi)之高溫區(qū)，將氮氧化物分解成N₂與O₂的方法。若為提高氮氧化物的去除效率，而增加藥劑噴入量時，未反應(yīng)的氨會殘留在煙氣中，與煙氣中的HCI反應(yīng)，而產(chǎn)生氣態(tài)氯化銨，導(dǎo)致銨鹽沉積在鍋爐省煤器

上，氮氧化物去除率為40％～60％。

(3)選擇性催化還原法(SCR)。SCR是在水泥窯預(yù)熱器出口處安裝催化反應(yīng)器，在反應(yīng)器前噴入還原劑(如氨水或尿素)，在適當(dāng)?shù)臏囟?300～400℃)和催化劑作用下，將煙氣中的氮氧化物還原成氮氣和水。該技術(shù)氮氧化物去除效率可達85％～90％。

從目前SCR技術(shù)的發(fā)展情況來看，有兩種選擇：一是將SCR設(shè)備安裝在除塵器之前，這時煙氣溫度較高，可滿足催化還原反應(yīng)要求，但由于粉塵濃度過高，會造成催化劑磨損和堵塞。另一種選擇是將SCR設(shè)備安裝在除塵器之后，這時粉塵濃度非常低，沒有了催化劑堵塞問題，但由于溫度下降較多，催化還原反應(yīng)溫度不夠。

3.2 顆粒物治理技術(shù)

除塵系統(tǒng)的核心是各種除塵器，主要有袋式除塵器、電除塵器、電袋復(fù)合除塵器等。目前水泥工業(yè)應(yīng)用較多的是袋式除塵器。袋式除塵器是一種利用有機或無機纖維過濾布將含塵氣體中的粉塵過濾出來的凈化設(shè)備，因濾布多做成袋式，所以稱袋式除塵器。袋式除塵器采用深層過濾或表面過濾的過濾機理將粉塵阻擋在濾布外部而通過潔凈氣體，為維持持續(xù)穩(wěn)定的處理能力和較高的凈化效率，需要采取清灰機構(gòu)將附著的粉塵抖落。袋式除塵器具有除塵效率高、適應(yīng)性強、維護簡單等優(yōu)點。

表3 水泥窯氮氧化物控制措施及效果

水泥行業(yè)長期以來被認為是高污染、高能耗工業(yè)，打造綠色工廠不但是改善水泥行業(yè)形象的需要，也是積極承擔(dān)社會責(zé)任，超低排放是建設(shè)生態(tài)文明與推動行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型升級的必走之路。在生態(tài)文明建設(shè)持續(xù)推進的大背景下，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)提升是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，水泥工業(yè)的大氣污染物防治也將開啟一個全新的階段。

目前國內(nèi)氮氧化物超低排放治理技術(shù)有“SN-CR+SCR”、全系統(tǒng)綜合脫硝技術(shù)，經(jīng)氮氧化物減排技術(shù)綜合應(yīng)用后，氮氧化物排放濃度可達到50mg/m3。采用布袋除塵器對水泥窯煙氣中顆粒物進行脫除后，窯尾顆粒物排放濃度可滿足本標(biāo)準(zhǔn)中制定的顆粒物排放限值(10mg/m3)。

作者：李小明，林勇

來源：《福建水泥股份有限公司》

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