前言

據統計，截至2018年底，全國共有新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)1681條，熟料設計生產(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(jìn)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(jìn)環(huán)境空氣質(zhì)量改善，2018年以來(lái)，各省市不斷加大環(huán)保力度，部分地區陸續出臺較之更加嚴格的水泥行業(yè)大氣排放標準。

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，當排放超標時(shí)，將對環(huán)境及人體健康帶來(lái)不利影響。各類(lèi)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(chēng)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(jiàn)光的波長(cháng)相近，對可見(jiàn)光有很強的散射作用，是造成大氣能見(jiàn)度降低的主要原因。由二氧化硫和氮氧化物化學(xué)轉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(cháng)，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(lái)，引起或加重呼吸系統的疾病。大氣中大量的顆粒物，干擾太陽(yáng)和地面的輻射，從而對地區性甚至全球性的氣候發(fā)生影響。長(cháng)期接觸空氣中的污染顆粒會(huì )增加患肺癌、患心臟病的風(fēng)險。

(2)二氧化硫。二氧化硫對大氣可造成嚴重污染。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，并表現出不同程度的中毒現象。

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

(4)氟化物。氟化物指含負價(jià)氟的有機或無(wú)機化合物，氟化物容易與某些高氧化態(tài)的陽(yáng)離子形成穩定的配離子，含有金屬的氟化物易溶于水。然而，含氟化合物在結構上可以有很大差異，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活性和結構有關(guān)。2017年10月27日，世界衛生組織國際癌癥研究機構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(wú)機物)3類(lèi)致癌物清單中。

(5)氨。氨通常情況下是有刺激性氣味的無(wú)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(jìn)入肺泡內，通過(guò)肺泡進(jìn)入血液，與血紅蛋白結合，破壞運氧功能。氨的溶解度極高，所以主要對動(dòng)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)標準中的特別排放限值。國標《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB4915-2013)中規定特殊地區水泥窯及窯尾特排排放標準為：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)地方排放標準，具體見(jiàn)表1。

(2)地方超低排放限值。2018～2019年間，國家及地方陸續頒發(fā)了“藍天保衛戰”、大氣污染防治“三年作戰計劃”等相關(guān)文件，地方陸續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(jiàn)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(gè)重要環(huán)節構成。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；水泥窯窯內為堿性環(huán)境，預熱器及分解爐的堿性物料在高溫區域對窯尾燃煤排放出來(lái)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(jià)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(wú)需末端脫硫措施。

水泥窯煙氣凈化工藝較多，當前，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(guò)增加燃燒器風(fēng)道，降低一次空氣比例，使煤粉分級燃燒。燃料在高溫區停留時(shí)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，減少分解爐內氮氧化物的生成，并通過(guò)控制燃燒過(guò)程，還原爐內的氮氧化物，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之高溫區，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(shí)，未反應的氨會(huì )殘留在煙氣中，與煙氣中的HCI反應，而產(chǎn)生氣態(tài)氯化銨，導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是在水泥窯預熱器出口處安裝催化反應器，在反應器前噴入還原劑(如氨水或尿素)，在適當的溫度(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(lái)看，有兩種選擇：一是將SCR設備安裝在除塵器之前，這時(shí)煙氣溫度較高，可滿(mǎn)足催化還原反應要求，但由于粉塵濃度過(guò)高，會(huì )造成催化劑磨損和堵塞。另一種選擇是將SCR設備安裝在除塵器之后，這時(shí)粉塵濃度非常低，沒(méi)有了催化劑堵塞問(wèn)題，但由于溫度下降較多，催化還原反應溫度不夠。

3.2 顆粒物治理技術(shù)

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

表3 水泥窯氮氧化物控制措施及效果

水泥行業(yè)長(cháng)期以來(lái)被認為是高污染、高能耗工業(yè)，打造綠色工廠(chǎng)不但是改善水泥行業(yè)形象的需要，也是積極承擔社會(huì )責任，超低排放是建設生態(tài)文明與推動(dòng)行業(yè)綠色轉型升級的必走之路。在生態(tài)文明建設持續推進(jìn)的大背景下，環(huán)保標準提升是行業(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(kāi)啟一個(gè)全新的階段。

目前國內氮氧化物超低排放治理技術(shù)有“SN-CR+SCR”、全系統綜合脫硝技術(shù)，經(jīng)氮氧化物減排技術(shù)綜合應用后，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(jìn)行脫除后，窯尾顆粒物排放濃度可滿(mǎn)足本標準中制定的顆粒物排放限值(10mg/m3)。

作者：李小明，林勇

來(lái)源：《福建水泥股份有限公司》

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