水泥工业大气排放新标准实施与熟料生产线控制要点

1、水泥行业大气排放新标准实施与熟料生产线控制要点的技术探讨二0一五年十二月1 内容目录 一、水泥工业大气污染物排放新标准解读 1、新标准修订背景(GB4915-2013) 2、新标准修订的主要内容二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨 1、颗粒物治理方面技术措施 2、氮氧化物治理方面技术措施要点2 1、修订水泥工业大气污染物排放标准的背景 我国是水泥生产与消费大国，2012年水泥产量达到22.1亿吨，占世界水泥产量的56%，现有规模以上水泥生产企业约4000家，其中水泥熟料生产企业2400多家、新型干法水泥生产线1600多条。水泥工业在支撑国民经济快速发展的同时，也带来了严重的环境污染。据统计，

2、我国水泥工业颗粒物（PM）排放占全国排放量的15%20%，二氧化硫（SO2）排放占全国排放量的3%4%，氮氧化物（NOx）排放占全国排放量的8%10%，属污染控制的重点行业。水泥工业执行的老标准为水泥工业大气污染物排放标准（GB 4915-2004），主要控制PM，要求水泥企业在各种通风生产设备及作业点采取高效除尘净化措施；SO2、NOx、氟化物等控制指标在原（燃）料品质较好、运行工况稳定的条件下基本可实现达标排放。一、水泥工业大气污染物排放新标准解读3 进入“十二五”后，环保形势的变化对水泥工业的大气污染防治、特别是NOx总量减排提出了更高要求。“十二五”节能减排综合性工作方案（国发2011

3、26号）、国家环境保护“十二五”规划（国发201142号）、节能减排“十二五”规划（国发201240号）、重点区域大气污染防治“十二五”规划（环发2012130号）、关于执行大气污染物特别排放限值的公告（环境保护部公告 2013年第14号）等文件明确规定2015年水泥行业NOx排放量控制在150万吨，淘汰水泥落后产能3.7亿吨；对新型干法窑降氮脱硝，新、改、扩建水泥生产线综合脱硝效率不低于60%；在大气污染防治重点地区，对水泥行业实施更加严格的特别排放限值。一、水泥工业大气污染物排放新标准解读4国务院大气污染防治行动计划要求通过制定、修订重点行业排放标准“倒逼”产业转型升级，排放标准作为控制污

4、染、减排总量、调整结构、优化布局的重要抓手，需要紧紧围绕中心、服务大局，及时提高控制要求。为此，环境保护部于2012年启动了水泥工业大气污染物排放标准（GB 4915-2004）修订工作，修订草案经多方征求意见、反复论证。 GB 4915-2013新标准主要起草单位：中国环境科学研究院、合肥水泥研究设计院，环境保护部于2013 年12 月16 日批准，自2014 年3 月1 日起实施。一、水泥工业大气污染物排放新标准解读5一、水泥工业大气污染物排放新标准解读63.1 水泥工业 本标准指从事水泥原料矿山开采、水泥制造、散装水泥转运以及水泥制品生产的工业部门。3.2 水泥窑水泥熟料煅烧设备，通常包

5、括回转窑和立窑两种形式。3.3 窑尾余热利用系统引入水泥窑窑尾废气，利用废气余热进行物料干燥、发电等，并对余热利用后的废气进行净化处理的系统。一、水泥工业大气污染物排放新标准解读3、术语和定义2、水泥工业大气污染物排放标准主要修订内容有哪些？73.4 烘干机、烘干磨、煤磨及冷却烘干机指各种型式物料烘干设备；烘干磨指物料烘干兼粉磨设备；煤磨指各种型式煤粉制备设备；冷却机指各种类型（筒式、篦式等）冷却熟料设备。 3.5 破碎机、磨机、包装机及其他通风生产破碎机指各种破碎块粒状物料设备；磨机指各种物料粉磨设备系统（不包括烘干磨和煤磨）；包装机指各种型式包装水泥设备（包括水泥散装仓）；其它通风生产设备

6、指除上述主要生产设备以外的需要通风的生产设备，其中包括物料输送设备、料仓和各种类型储库等。一、水泥工业大气污染物排放新标准解读2、水泥工业大气污染物排放标准主要修订内容有哪些？8一、水泥工业大气污染物排放新标准解读2、水泥工业大气污染物排放标准主要修订内容有哪些？3.6 采用独立热源的烘干设备无水泥窑窑头、窑尾余热可以利用，需要单独设置热风炉等热源，对物料进行烘干的设备。3.7 散装水泥中转站散装水泥集散中心，一般为水运（海运、河运）与陆运中转站。3.8 水泥制品生产预拌混凝土、砂浆和混凝土预制件的生产，不包括水泥用于施工现场搅拌的过程。3.9 标准状态温度为273K，压力为101.3 kPa

7、 时的状态。本标准规定的大气污染物浓度均为标准状态下的质量浓度。9一、水泥工业大气污染物排放新标准解读2、水泥工业大气污染物排放标准主要修订内容有哪些？3.10 排气筒高度 自排气筒（或其主体建筑构造）所在的地平面至排气筒出口计的高度，单位为m。3.11 无组织排放 大气污染物不经过排气筒的无规则排放，主要包括作业场所物料堆存、开放式输送扬尘，以及设备、管线等大气污染物泄漏。3.12 现有企业本标准实施之日前已建成投产或环境影响评价文件已通过审批的水泥工业企业或生产设施。10一、水泥工业大气污染物排放新标准解读2、水泥工业大气污染物排放标准主要修订内容有哪些？3.13 新建企业 自本标准实施之

8、日起环境影响评价文件通过审批的新、改、扩建水泥工业建设项目。3.14 重点地区 根据环境保护工作的要求，在国土开发密度较高，环境承载能力开始减弱，或大气环境容量较小、生态环境脆弱，容易发生严重大气环境污染问题而需要严格控制大气污染物排放的地区。11水泥工业大气污染物排放标准主要修订内容有哪些？ 我国早在1985年就首次发布了水泥工业污染物排放标准，1996年进行了第一次修订，2004年第二次修订，本次为第三次修订。本次修订的主要内容包括：（1）适用范围在原有水泥原料矿山开采、水泥制造、水泥制品生产的基础上，增加了散装水泥中转站；（2）调整现有企业、新建企业大气污染物排放限值，增加适用于重点地区

9、的大气污染物特别排放限值；（3）利用水泥窑协同处置固体废物的，明确要求除执行本标准外还应执行相应的污染控制标准。一、水泥工业大气污染物排放新标准解读124.1 排气筒大气污染物排放限值4.1.1 现有企业2015 年6 月30 日前仍执行GB 4915-2004，自2015 年7 月1 日起执行表1规定的大气污染物排放限值。4.1.2 自2014 年3 月1 日起，新建企业执行表1 规定的大气污染物排放限值。一、水泥工业大气污染物排放新标准解读13重点地区企业执行表2 规定的大气污染物特别排放限值。执行特别排放限值的时间和地域范围由国务院环境保护行政主管部门或省级人民政府规定。 表2 大气污染

10、物特别排放限值一、水泥工业大气污染物排放新标准解读14 新标准重点提高了颗粒物、NOx的排放控制要求。根据除尘脱硝技术的进步，新标准将PM排放限值由原标准的50 mg/m3（水泥窑等热力设备）、30 mg/m3（水泥磨等通风设备）收严至30 mg/m3、20 mg/m3；将NOx排放限值由800 mg/m3收严到400 mg/m3。考虑到现有企业需要进行脱硝除尘改造，标准规定新建企业自2014年3月1日起执行新的排放限值，现有企业则在标准发布后给予一年半过渡期，过渡期内仍执行原标准，到2015年7月1日后执行新标准。一、水泥工业大气污染物排放新标准解读15 新标准在原有污染物控制项目（PM、S

11、O2、NOx、氟化物）的基础上增加了氨（NH3）和汞（Hg）控制项目。NH3排放是水泥窑烟气脱硝衍生出的污染问题，为防止NH3逃逸导致环境空气中细颗粒物浓度上升，以及由此引发的臭味扰民问题，标准规定使用氨水、尿素等含氨物质作为还原剂去除烟气中NOx时需执行NH3排放限值。鉴于水泥生产大量使用燃煤、粉煤灰作为燃料和原料，为强化重金属污染风险防范、切实履行环保国际公约，新标准规定了Hg排放限值。一、水泥工业大气污染物排放新标准解读16 确定NOx排放限值的依据是什么？水泥行业是我国继火电厂、机动车之后的第三大NOx排放源。水泥行业控制NOx排放的成效直接关系到总量减排目标和环境空气质量，必须依据先

12、进生产工艺技术和可行污染控制措施，确定合理的排放限值。 水泥生产工艺对NOx排放有重大影响。普通水泥回转窑的烧结温度高、过剩空气量大、废气在高温区停留时间较长，NOx排放较多。近年来普遍采用的新型干法工艺，60%燃料在前端分解炉内无焰燃烧，燃烧温度低、几乎没有热力型NOx生成，只产生燃料型NOx。与普通回转窑2.4 kg/t熟料的NOx排放强度相比，新型干法工艺NOx产生量可控制在1.6 kg/t熟料的水平，削减约1/3的NOx产生量，初始NOx浓度通常为8001000 mg/m3。一、水泥工业大气污染物排放新标准解读17可行的NOx控制措施包括一次措施和二次措施。一次措施指通过生产工艺或原（

13、燃）料的改变，如低NOx燃烧器、分解炉分级燃烧、工艺优化控制、添加矿化剂、燃料替代等，减少NOx的产生。采取这些综合措施后，大约可降低20%30%的NOx排放量，相应NOx排放浓度降至600700 mg/m3；二次措施是指末端治理措施，包括选择性非催化还原（SNCR）、选择性催化还原（SCR）、SNCR-SCR等烟气脱硝措施，其中SNCR是目前比较成熟可行的技术，脱硝效率一般为40%60%。一、水泥工业大气污染物排放新标准解读18综合考虑上述措施的NOx减排效果及组合采用的可能性，根据已投运的水泥脱硝示范项目可稳定达到的排放水平，新标准确定NOx排放限值为一般地区400 mg/m3、重点地区（

14、京、津、冀）320 mg/m3。达到该标准主要通过一、二次措施的综合采用来实现，考虑到一部分现有企业工艺改造难度大或不具备改造条件，也可以单纯通过末端采用SNCR技术来实现（但此时应严密监控NH3逃逸）一、水泥工业大气污染物排放新标准解读194.1.4 对于水泥窑及窑尾余热利用系统排气、采用独立热源的烘干设备排气，应同时对排气中氧含量进行监测，实测大气污染物排放浓度应按公式（1）换算为基准含氧量状态下的基准排放浓度，并以此作为判定排放是否达标的依据。其他车间或生产设施排气按实测浓度计算，但不得人为稀释排放。一、水泥工业大气污染物排放新标准解读204.2 无组织排放控制要求4.2.1 水泥工业企

15、业的物料处理、输送、装卸、储存过程应当封闭，对块石、粘湿物料、浆料以及车船装卸料过程也可采取其它有效抑尘措施，控制颗粒物无组织排放。4.2.2 自2014 年3 月1 日起，水泥工业企业大气污染物无组织排放监控点浓度限值应符合表3 规定。一、水泥工业大气污染物排放新标准解读214.3 废气收集、处理与排放 4.3.1 产生大气污染物的生产工艺和装置必须设立局部或整体气体收集系统和净化处理装置，达标排放。4.3.2 净化处理装置应与其对应的生产工艺设备同步运转。应保证在生产工艺设备运行波动情况下净化处理装置仍能正常运转，实现达标排放。因净化处理装置故障造成非正常排放，应停止运转对应的生产工艺设备

16、，待检修完毕后共同投入使用。4.3.3 除储库底、地坑及物料转运点单机除尘设施外，其他排气筒高度应不低于15 m。排气筒高度应高出本体建（构）筑物3 m 以上。水泥窑及窑尾余热利用系统排气筒周围半径200 m 范围内有建筑物时，排气筒高度还应高出最高建筑物3 m 以上。一、水泥工业大气污染物排放新标准解读22 1、颗粒物治理方面技术措施二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨23“电改电”即电除尘器升级优化改造 除尘改造技术“袋改袋”即袋除尘器升级优化改造 电除尘器改造为“电袋”复合除尘器 “电改袋”即电除尘器改造为袋除尘器1、 对于现有熟料线的颗粒物治理技术措施二、水泥熟料生产线大气排放控制要

17、点探讨 a、更换过滤材料； b、更换（强化）清灰方式； c、用新型结构取代老式结构；二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨1）“袋改袋”技术25二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨 更换过滤材料： 对于热力设备用袋除尘器，按照排放限值30mg/Nm3水泥窑尾用低压长袋脉冲袋除尘器的滤料更换为玻纤覆膜、P84和P84纤维复合针刺毡覆膜等滤料；水泥窑头用低压长袋脉冲袋除尘器的滤料更换为诺梅克斯（Nomex）或诺梅克斯渗膜滤料；烘干机用袋除尘器的滤料更换为玻纤覆膜；煤粉袋除尘器滤料更换为抗静电涤纶针刺毡覆膜滤料。26二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨对于通风设备用袋除尘器，按照拟定排放限值20

18、mg/Nm3要求，综合达标可靠性和成本经济性两方面，水泥粉磨、破碎、包装等通风设备用袋除尘器的滤料更换为涤纶针刺毡覆膜滤料。采用覆膜滤料取代普通滤料，覆膜滤料属表面过滤，过滤风速高，阻力低，使用寿命长，收尘效率很高。采用热压合（定压、定温条件下）工艺的国产覆膜滤料能满足标准要求。27二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨 更换（强化）清灰方式 用高能型脉冲清灰取代中能型机械摇动及低能型反吹清灰，提高处理能力和除尘效率。根据原来除尘器的壳体结构和清灰方式，将清灰系统改造更换为气箱脉冲或在线高压脉冲清灰方式，除尘器结构做相应局部改造。28二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨 用新型结构取代老式结

19、构 老式的机械回转反吹袋收尘器和反吹风袋收尘器存在清灰强度弱、除尘效率低、不能达标排放等诸多缺点。可采用新型气箱脉冲袋除尘器或新型高压脉冲喷吹袋除尘器来进行改造，该除尘器能直接处理较高含尘浓度和高粘度的粉尘，特别适用生料磨和水泥磨采用回转反吹收尘器或反吹风收尘器的改造。改造内容：增加过滤面积，降低过滤风速；增加袋室；更换花板，增加开孔率，减少滤袋直径；改变滤袋形状，采用圆柱形滤袋等；优化通风管道，均化气流分布；更换新型配件，如电磁脉冲阀，自控仪，油水分离器、阀门等。29二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨 2）“电改电” 技术 在原有电除尘器仍有使用价值的情况下，串联或并联一台新的电除尘器；

20、 在原有电除尘器基础上增大电除尘器（包括加长，加宽和加高）； 保留原电除尘器外壳，利用先进技术对内部核心部件改造，提高收尘效果。更换（强化）清灰方式。30二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨 增加收尘极板面积 增加电场高度：电除尘器受场地的限制，前后左右没有空间，只能考虑向上加高。增加通道数：相当于在除尘器的旁边新上一台除尘器，加大电除尘器的横断面积，可以降低电场内的风速 。增加电场数：在电除尘器的前面或后面增加一个或两个电场，以提高电除尘器的除尘效率。宁国一线电收尘技改后31二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨 优化极板和极线的匹配方式 随着新技术的应用，原来的电除尘器还有采用诸如RS芒

21、刺线和C型极板的，现在多采用放电性能更好的V15、V25、V40线，配合使用ZT24极板，可以有效提高运行电流，改善除尘效果。增加场强、促使电流密度分布更均匀，提高粉尘趋进速度，从而提高除尘效率。（a）小C板 （b）波纹板 （c）CW形板 （d）ZT形板 （e）棒帏形板 （f）Z形板 （g）480C形板 （h）735C形板32二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨 更换性能更优良的高压电源 高频电源是一种全新的绿色电源，是电除尘供电电源的发展方向，其工作频率在20kHz及以上，将其设置在电除尘器的前电场，运行平均电压可达工频电源的1.3倍，可有效加强前电场的粉尘荷电，提高粉尘趋进速度。与普通工

22、频电源相比，其具有除尘效率高、能耗低、体积小、重量轻、三相平衡供电、多种供电模式、适应多种工况等优势。 高频电源在电力等行业已逐步使用，若在水泥行业的电除尘器升级改造中也能合理地加以采用，并配合对整体结构的修复、调整和优化，定会大大提高除尘效率，实现达标排放，体现高频电源的优势。 33二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨 （3）“电改袋” 技术 考虑到原有的电除尘器壳体、灰斗、管道，承重基础、物料输送系统都可以保留、沿用。从确保双目标、工期及综合效益考虑，“留壳改仁”，其内设置技术成熟、性能先进的低压长袋脉冲袋式除尘器的方案是最佳选择。 对于现有窑尾电收尘器，可直接将电收尘器改为低压长袋脉冲

23、袋收尘器，滤料可选用P84、玻纤覆膜和P84复合毡覆膜滤料等。 对于现有窑头电收尘器，为了排放达标，需将窑头现有电收尘器改为低压长袋脉冲袋收尘器，为了保护滤袋使袋收尘器正常运行，须在袋收尘器前增设多管冷却器或余热发电系统，其中滤料选用诺梅克斯（Nomex）或诺梅克斯渗膜滤料。 宁国一线袋收尘技改后34二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨 （4）电改“电袋”复合技术 “电袋”收尘器，就是在收尘器的前部设置一个收尘电场，发挥电收尘器在第一电场能收集8090%粉尘的优点，收集烟尘中的大部分粉尘，而在收尘器的后部装设滤袋，使含尘浓度低的烟气通过滤袋，这样可以大大降低滤袋的阻力，延长喷吹周期，缩短脉冲

24、宽度，降低喷吹压力，从而大大延长滤袋的寿命。 在保持原壳体不变的情况下进行改造，包括保留第一电场和进、出气喇叭口、气体分布板、下灰斗、排灰拉链机等。其他电场改为袋室，在此顶上在安装上部箱体。该设备可以采用在线清灰，也可以采用离线清灰。352、氮氧化物治理方面的技术措施二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨36二、氮氧化物治理方面技术要点措施二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨1、NOx的生成机理及排放现状 氮氧化物（NOx）是指氮的氧化物的总称，主要包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等。氮的各种氧化物中，除NO2外，其他均不稳定。污染大气的主要是NO及NO2、N2O，此外

25、，N2O3也是大气特别是高层大气的污染物之一。环境监测废气中的氮氧化物（NOx）一般是指NO及NO2这两者的总称。 NOx对人、动植物具有极大危害性。当空气中的NOx含量达100150ppm时，人在0.51h内就会引起肺水肿而死亡；当空气中NOx含量2.5ppm时，豆类及西红柿叶子在7h后就变成白色。NOx也是形成酸雨、酸雾的原因之一，它还能与碳氧化物形成光化学烟雾。37 （通过对多条水泥生产线的实际检测和标定的结果看，在预热器出口NO2含量只占0.5%左右，在618风机出口NO2含量也小于2%）二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨水泥企业烟气中的氮氧化物（NOx）主要为NO和少量的NO2，

26、其中NO占95%以上38二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨 热力型NOx（Thermal NOx）,为空气中的N2在高温下氧化而产生的NOx。产生量主要取决于温度，低于1350几乎不生成，但温度超过1500将大量生成。其生成量与燃烧温度、氧气浓度、高温区停留时间等有关。 燃料型NOx（Fuel NOx）,是燃料中的氮的化合物在燃烧过程中热分解且氧化而生成。 快速型NOx（Fenimore NOx）,是空气中的N2与燃料中的碳氢离子团（CH、CH2等）在反应区附近快速生成的NOx，其生成量较少，一般占总NOx的5%以下。 2、NOx的生成分类39二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨3、燃烧

27、过程中NOx的三种形成机理对排放量的贡献40二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨4、熟料生产线氮氧化物的排放现状41二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨42低氮燃烧器二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨43二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨燃料分级燃烧技术 分解炉分级燃烧的原理虽然都一样，但具体采用的燃料分级燃烧形式，选择还原区的位置却各不相同。常见的分级燃烧还原区位置有窑尾烟室、烟室上升烟道和分解炉锥部三种，例如：POLYSIUS烧成系统采用窑尾烟还原区，FLS和南京院采用烟室上升烟道还原区，日本川崎采用的是分解炉锥部还原区。 各种燃料分级燃烧形式形成还原区的分煤量也各不一样，但一

28、般分级燃烧技术的脱硝效率在15-40%左右。44 C-KSV分解炉炉底喷腾床的中心部位，设有两个燃料喷嘴，由此喷入的燃料在低氧状态下燃烧，可使窑烟气的NOx还原，减小其排放量，整个系统排放量设计值仅525mg/Nm3。二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨 CKSV低氮型分解炉45二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨烟室脱氮燃烧器上挡板下挡板46二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨影响分级燃烧效率的主要因素47二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨一次控制熟料生产线NOx产生量的措施 精细化操作：首先采取的措施就是水泥窑系统的精细化操作，优化回转窑系统的煅烧制度，控制利于降低NOx的火焰性

29、状和适宜的煅烧温度；在不影响熟料质量的前提下，尽量降低过剩空气系数，确保原燃料喂料量准确均匀稳定，精心操作、适当调整窑系统的各项操作参数可获得相应的NOx减排效果。 降低烧成带温度：高温对减少热力型NOx不利，可以通过调整配料、添加矿化剂等方法降低烧成温度以较少窑内热力型NOx的形成。但从熟料和水泥性能方面考虑这类措施并非普遍适用。 采用低NOx燃烧器：使用大推动力、一次空气比例较小的多通道燃烧器，将一次风量控制在5%-7%。48二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨 (1)分级燃烧对公司管理水平、操作员操作水平都有很高的要求，特别是在操作思路方面要有改变，需严格控制系统用风，窑尾O2含量要控

30、制在1.0%左右（当O2高于3.0%时，分级燃烧基本没有效果）； (2)须对全系统进行密封堵漏，防止漏风，避免喷入的煤粉在过氧下燃烧，高温结皮，影响脱硝效率及分级燃烧的正常运行。 (3)需要在喷煤量、C4分料量及三次风用量上进行摸索调节，找出三者之间的最佳匹配量。49二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨(氨水)4NH3 + 4NO + O2 4N2 + 6H2O850-970 SNCR主反应式：2、SNCR脱硝原理6812050二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨使用氨与温度相关的脱硝效率51二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨SNCR脱硝效率与氨水消耗量的关系52二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨窑尾烟室O2含量与C1出口NOx排放量之间的关系53二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨 氨水自由喷射状态下与烟气的混合54二、水泥熟料生产线大气排放控制要点探讨尿素和氨水在脱硝应用过程中的比较55氨在无需预先分解的情况下即可参与反应，因此当氨水喷射到烟气中后，会立即与氮氧化物