引言

水泥工業作為山西省重點行業之一，無論是企業數量還是大氣污染物排放量，在山西省工業行業中均居于前列。水泥工業大氣污染物主要有顆粒物、SO2、NO、氟化物、汞及其化合物和氨，其中排放量較大的有顆粒物、SO2、NO這三種污染物。SO2會氧化形成硫酸霧或硫酸鹽氣溶膠，是形成酸雨的重要來源。NO與光化學煙霧、酸沉降、平流層臭氧損耗和全球氣候變化有重要關聯，同時NO，的生命周期比SO2長，可以跨國界“長距離輸送”。收嚴水泥工業大氣污染排放標準限值，強化無組織管控，對其進行超低排放改造，協同推進減污降碳，改善環境空氣質量，是環境保護的需要，更是企業堅持綠色發展、高質量發展的必由之路。本文通過搜集整理數據，分析當前山西省水泥工業大氣污染物排放水平以及水泥工業超低排放改造情況，為山西省地方排放標準制定提供建議和參考。

目前，山西省水泥工業大氣污染物排放標準執行《水泥工業大氣污染物排放標準》(GB 4915-2013)中的大氣污染物特別排放限值(山西省質量技術監督局和山西省環保廳2018年1號公告)。2021年4月25日，山西省生態環境廳和山西省工業和信息化廳下發《關于印發<山西省水泥行業超低排放改造實施方案>的通知》(晉環發〔2021〕16號)。對水泥工業提出超低排放要求，在基準氧含量10%的條件下，水泥窯及窯尾余熱利用系統煙氣顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3，氨逃逸濃度不高于5mg/m3。采用獨立熱源烘干的企業應采用余熱或清潔能源，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3。其他產塵環節顆粒物濃度不高于10mg/m3。方案印發后，水泥企業積極按照方案要求陸續進行超低排放改造。截至目前，山西省已有8家水泥企業完成超低排放改造。

山西省水泥工業企業生產規模大于2000噸/天的水泥企業45家，其中正常生產企業43家，停產2家，共收到41家反饋意見，調查占比為91.1%。41家反饋意見的水泥企業中，支持煙氣排放顆粒物10mg/m3、二氧化硫35mg/m3、氮氧化物100mg/m3共23家，占比56.1%；支持超低排放(顆粒物10mg/m3、二氧化硫35mg/m3、氮氧化物50mg/m3)的水泥企業7 家，占比17.1%。生產規模小于2000噸/天的水泥企業18家，其中正常生產4家(包括3家特種水泥生產企業)，停產或產能置換企業14家，正常生產企業現有工藝均達不到氮氧化物排放濃度100mg/m3。除特種水泥生產企業外，小型水泥生產企業逐步停產淘汰。

2020年，山西省水泥工業企業顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放量分別為21897.9噸、3476.1噸、21131.2噸，各占山西省重點調查行業排放總量的9.06%、1.67%、8.23%，可以看出水泥工業企業顆粒物和氮氧化物占比較大，必須重點加以控制。2020年全省水泥企業污染物排放總量占比見下表。

水泥行業顆粒物治理技術較為成熟，運行維護較好的除塵設施除塵效率高達99%以上，水泥企業除塵治理工藝主要以過濾式除塵法(布袋除塵法)為主，少數企業采用靜電除塵法(管式、臥式)、電袋除塵法以及其它除塵方法，顆粒物排放濃度均可以達到20mg/m3以下，運行較好的可以達到10mg/m3以下。我省多數水泥熟料企業采用的生產工藝均為新型干法水泥生產線，其窯外分解工藝為進一步控制污染物排放提供了基礎保證，如窯尾配備覆膜袋式等高效除塵設備，完全可以滿足本標準10mg/m3的要求。

水泥窯尾氣NOx超低排放改造技術呈多樣化發展，主要集中在SCR、SNCR+SCR、熱碳催化還原、LCR或其他深度脫硝技術上，均以氮氧化物排放濃度為主的技術指標和以氨水消耗量為主的經濟指標進行評估。

5.1 SCR脫硝技術

SCR脫硝技術是水泥窯尾氣氮氧化物超低排放改造的主流工藝。根據SCR反應器布置點位的不同，分為高溫高塵、中溫高塵和低溫低塵技術，對應點位溫度分別約為350℃、220℃、100℃。三種布置方式中以高溫高塵為主，高溫段的催化劑活性高，應用最成熟。“高溫預除塵+SCR脫硝”技術改造后水泥窯尾氣氮氧化物排放質量濃度可達50mg/m3以下，但改造難度大、建設成本高、運行費用高、占地面積大，多數水泥企業并未預留足夠的空間用于改造。

5.2 智能化提升+SNCR脫硝優化

優化改造技術包括熟料燒成工藝優化、低氮改造優化、SNCR脫硝優化中的一種或多種技術組合。對于熟料燒成工藝，通過更加廣泛地生產工藝數據采集和對生產工況的實時跟蹤，實現對NO生成濃度的預測。采用分層級安裝可獨立控制的噴槍組，然后利用智能實時優化控制系統對NOx排放進行預測，根據實時工況控制噴氨量、噴氨位置等，從而達到提高脫硝效率，減少氨水用量，降低氨逃逸目的。經相關企業實施驗證，NOx排放濃度可控制在50mg/m3以下。一次性投資小，管理維護方便，對燒成工況波動較大的生產線難以實現。

5.3 SNCR+SCR脫硝技術

SNCR+SCR法是先將氨水噴入窯體，脫除部分氮氧化物，未脫除的部分和逸出的氨進行催化還原反應。兩種方法的結合不僅可以降低氨水、催化劑的使用量，對處置氮氧化物效率的提高更是效果明顯，是脫硝技術經濟性與高效性的有機結合。對于技術改造難度較大、老舊的生產線采用該脫硝方式較為實際。經調試運行，煙氣出口氮氧化物排放濃度小于50mg/m3，脫硝效率達90%，氨逃逸小于3×10-6mg/m3。

5.4 分解爐直噴脫硝劑技術

根據停留時間和分散度的需要，在分解爐下部噴入粉狀脫硝劑，在分解爐上部噴入液體脫硝劑，在分解爐上部噴入液體脫硝劑只是比液氨粘稠一些。在現有SNCR和噴氨設備下，改造費用只有SCR的二十分之一，不存在催化劑回收和氨逃逸問題。

5.5 其他深度脫硝技術

其他深度脫硝技術包括高溫除塵脫硝一體化技術、液態催化劑技術(LCR)、高溫陶瓷濾筒除塵脫硝技術、熱碳催化還原技術等。針對主流的“高溫預除塵+SCR脫硝”技術，提出高溫除塵脫硝一體化技術，其區別在于前者在高溫段除塵效率要求較低，除塵后PM濃度滿足SCR反應器入口要求即可，后者是在高溫段直接將PM控制到超低排放水平，避免二級除塵，使系統更流暢，降低建設成本及運行費用。

水泥窯尾氣SO2產生量與窯型及原料、燃料中S含量有關。從各種窯型水泥廠SO，排放濃度達標技術分析來看：預分解窯因有高度活性的CaO 存在，SO2與CaO氣固接觸好，可被大量吸收，其固硫率可達95%以上，因此SO.排放濃度較低，可以達到10mg/Nm3以下。從原料和燃料中含S量來看：使用低S或無S原燃料的水泥窯SO2 排放量很少，不加治理其排放濃度就可以達到10mg/m3，因水泥熟料生產過程中的堿性環境對二氧化硫有較好的去除效果，多數水泥企業均未布設脫硫污染設備。而少數水泥企業使用的原燃料中S含量(硫鐵礦、有機硫等)較高，排放濃度也會上升，需要進行脫硫才可以滿足超低排放要求。目前國內有多家水泥廠采取濕法脫硫，脫硫效率可以達到95%以上。濕法脫硫主要有生石灰法，氧化鎂法，石灰石石膏法，雙堿法等等。

全面加強物料儲存、輸送、協同處置及生產工藝過程無組織排放控制，以及廠區及周邊環境綜合整治。在保障生產安全的前提下，采取密閉、封閉等措施，有效提高廢氣收集率，產塵點及車間不得有可見煙粉塵外逸，協同處置垃圾或固體廢物相關區域不得有明顯惡臭異味。廠區無裸露地面，除綠化帶外均應硬化，無散狀物料露天堆放，廠區及周邊道路無積塵。生產設施、管道通廊、料棚及生產車間外部定期清理，做到物見本色。

建設全廠污染物排放管、控、治一體化監控平臺，全面加強自動監控、過程監控和視頻監控設施建設。窯尾(含氨逃逸在線監測)、窯頭、獨立烘干系統、水泥磨等均安裝自動監控設施(CEMS)。水泥窯、窯尾煙氣處理系統均應安裝分布式控制系統(DCS)。原料儲庫、成品裝卸平臺及輸送通道等重點工序安裝高清視頻監控設施。廠區內主要產塵點周邊、運輸道路兩側安裝空氣質量顆粒物監測設施，廠界安裝環境空氣質量顆粒物自動監測站。建設門禁系統和視頻監控系統，監控運輸車輛進出廠區情況。DCS、CEMS監控等數據至少保存一年以上，視頻監控數據至少保存半年以上。

1.水泥工業大氣污染物排放標準日益收嚴，PM、SO2、NO，排放限值分別向10mg/m3、35mg/m3、100mg/m3趨近，甚至可能到5mg/m3、35mg/m3、50mg/m3。

2.水泥窯尾氣氮氧化物超低排放改造技術呈多樣化發展，主要集中在SCR、SNCR+SCR或其他深度脫硝技術上，而熟料燒成工藝研究不足。

3.NO的控制宜優先減少生產過程的NO、生成量，其次是。優化SNCR脫硝系統，再配套SCR脫硝系統，通過多技術聯合應用，做到節煤、提效、節約氨水消耗量、減少氨逃逸等。

4.石灰-石膏濕法脫硫技術最成熟可靠，脫硫效率高，是實現水泥窯廢氣SO2超低排放的最好選擇，特別適合硫含量高的水泥窯廢氣。

5.顆粒物有組織排放控制很好，無組織排放還存在不少問題。

作者：任攀杰，仝吉昌，賈丁治，凌云鵬，趙海霞，劉志強

公司：山西省生態環境監測和應急保障中心(山西省生態環境科學研究院)

來源：《中國水泥》

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