技术 | 山西省水泥工业大气污染物超低排放标准限值研究

超低排放概念起源于火电行业，在钢铁行业得以推广。自火电全面完成超低排放改造、钢铁行业全面推进超低排放改造以来，水泥工业大气污染物排放总量跃居首位，成为非电行业管控的重点行业。为加快水泥企业超低排放的力度与进度，国家及地方相继出台超低排放政策性文件。

在国家层面上，2017年发布水泥工业排污许可证申请与核发技术规范，提出系统而全面无组织管控措施和要求，2019年发布《工业炉窑大气污染综合治理方案》,针对水泥行业有组织、无组织技术要求，2020年发布《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南(2020年修订版)》,将水泥行业超低排放与重污染天气企业停限产相关联，借此调动水泥企业超低排放改造积极性。

山西省2021年出台《山西省水泥行业超低排放改造实施方案》、《水泥行业超低排放评估监测技术指南》,正在编制山西省《水泥工业大气污染物排放标准》,这一系列文件全面规定技术指标，规范技术措施和清洁方式运输比例要求，水泥行业超低排放的概念得以深化和发展，除了对燃烧系统废气颗粒物、二氧化硫(SO₂)、氮氧化物 (NOx)等排放限值持续收严外，还结合水泥行业无组织废气排放点多、面广的特点，提出更具针对性的无组织废气排放改造系列要求。此外，还将清洁方式运输纳入超低排放改造。

2.1山西省水泥企业大气污染颗粒物、氮氧化物排放量大

2021年全省142家水泥企业，产能约1.2亿t,产量约4700万t,其颗粒物、NOx排放量分别为16699.3t、16394.6t,排放量比较大。收严水泥工业大气污染排放标准限值，强化无组织管控，改善环境空气质量，已迫在眉睫。

2.2国家及我省大气污染防治政策的要求

生态环境部、国家发展和改革委员会、工业和信息化部、财政部2019年联合印发的《工业炉窑大气污染综合治理方案》(环大气〔2019〕56号),明确指出：积极推进水泥等行业污染治理升级改造，鼓励各地制定更为严格的地方排放标准。山西省人民政府办公厅印发的《山西省打赢蓝天保卫战2019年行动计划》中提出：加强水泥行业颗粒物无组织排放管理。山西省生态环境厅和山西省工业和信息化厅2021年联合印发的《关于印发<山西省水泥行业超低排放改造实施方案>的通知》(晋环发〔2021〕16号),明确要求：须加大水泥行业治理力度，全面加强有组织和无组织排放管理。

2.3现行标准不适应环境管理的需求

目前，我省水泥企业执行《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2013)(特别排放限值),该标准发布已10余年，其排放限值比较宽松，即水泥窑及窑尾余热利用系统烟气颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别为20mg/m³、100mg/m³、320mg/m³,氨逃逸浓度为8mg/m³。无法满足目前及今后我省环境管理要求。

3水泥行业超低排放改造主要技术内容研究

标准主要技术内容是污染物项目的选择和排放限值的确定。

3.1污染物项目的选择

根据山西省水泥生产工艺与污染物排放特征分析，确定颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、氟化物、汞及其化合物和氨等共6项指标作为污染物项目。主要确定依据如下：

(1)颗粒物、二氧化硫、氮氧化物在水泥生产中产生量(或排放量)大，且是国家总量减排控制的项目。

(2)石灰石中含有氟的矿物质如萤石(CaF₂)时，在水泥熟料生产过程中会产生氟化物。

(3)石灰石、砂岩、铁粉、钢渣、燃煤等原料、燃料在水泥熟料生产过程中会产生汞及其化合物。

(4)大气污染物治理过程中使用氨水、尿素作为还原剂去除烟气中氮氧化物时，会产生氨。

3.2有组织排放限值确定

3.2.1颗粒物

我省水泥企业在矿山开采、水泥制造、散装水泥中转、水泥制品生产等生产工序中会产生颗粒物。水泥企业颗粒物治理目前主要以布袋除尘器和电袋复合除尘器为主，除尘效率99.9%以上。

2021年以来发布的政策、其他省份水泥工业大气污染物排放标准普遍将颗粒物排放限值设定为10mg/m³。比如河南省《水泥工业大气污染物排放标准》(DB41/1953-2020)、江苏省《水泥工业大气污染物排放标准》 (DB32/4149-2021)等中颗粒物排放限值均为10mg/m³。

据调查，全省90%以上的水泥企业能达到颗粒物限值要求。未能达到颗粒物限值要求的企业，通过增大袋式除尘器过滤面积、更换过滤介质等方式，有组织排放颗粒物浓度可达到10mg/m³以下。

3.2.2二氧化硫

我省水泥企业在水泥窑煅烧生产工序中会产生二氧化硫。目前烟气脱硫技术成熟，常用的脱硫方法有干法、半干法、湿法等，脱硫效率在80%以上。

2021年以来发布的政策、其他省份水泥工业大气污染物排放标准普遍将水泥窑窑尾二氧化硫排放限值设定为35mg/m³。比如河南省《水泥工业大气污染物排放标准》 (DB41/1953-2020)、江苏省《水泥工业大气污染物排放标准》(DB32/4149-2021)等中二氧化硫排放限值均为35mg/m³。

水泥企业的二氧化硫排放与所用原、燃料中的硫含量密切相关。由于水泥窑是碱性环境，对二氧化硫有较好的去除效果，因此二氧化硫排放浓度通常比较低。根据调研大部分熟料生产企业在线监测数据显示，二氧化硫平均排放浓度<35mg/m³。未能达到本标准排放限值的水泥企业，需采取控制原燃料中的硫含量或安装脱硫设施。

3.2.3氮氧化物

我省水泥企业在水泥窑煅烧生产工序中会产生氮氧化物。目前脱硝技术已经成熟，常用的脱硝技术有选择性催化还原(SCR)法、非选择性催化还原(SNCR)法、非选择性催化还原(SNCR)+选择性催化还原(SCR)组合脱硝法、热碳催化还原法等，其中选择性催化还原法、非选择性催化还原(SNCR)+选择性催化还原(SCR)组合脱硝法的脱硝效率在90%以上[3]。

2021年以来发布的政策、其他省份水泥工业大气污染物排放标准普遍将水泥窑窑尾氮氧化物排放限值设定为50~100mg/m³。比如河南省《水泥工业大气污染物排放标准》(DB41/1953-2020)、河北省《水泥工业大气污染物排放标准》(DB13/2167-2020)等中氮氧化物排放浓度为100mg/m³,江苏省《水泥工业大气污染物排放标准》 (DB32/4149-2021)中氮氧化物排放浓度为50mg/m³。

目前全省47家水泥窑水泥企业均安装了烟气脱硝设施，采用的脱硝工艺主要为非选择性催化还原法(SNCR)、

选择性催化还原法(SCR)、非选择性催化还原(SNCR)+选择性催化还原(SCR)组合脱硝法。截至2023年6月，山西省47家水泥窑水泥企业有23家完成超低排放改造，采用非选择性催化还原(SNCR)+选择性催化还原(SCR)组合脱硝技术，氮氧化物排放浓度均在50mg/m³以下。

3.2.4氨

氨水、尿素作为还原剂去除烟气中氮氧化物时，过量的氨会随烟气排放到大气中。企业可通过改进喷氨工艺，精准喷氨，让氨水、尿素与烟气充分接触，同时控制氨水、尿素的使用总量，减少氨逃逸。也可以采用选择性催化还原法、热碳催化还原法等新脱硝技术，减少氨逃逸或没有氨逃逸。

国家及其他省份水泥工业大气污染排放标准普遍将氨排放限值设定为8mg/m³。比如《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2013)、河南省《水泥工业大气污染物排放标准》(DB41/1953-2020)、江苏省《水泥工业大气污染物排放标准》(DB32/4149-2021)等中氨的排放限值均为8mg/m³。

3.2.5氟化物

水泥原料石灰石中含有氟的矿物质如萤石(CaF₂)时，在水泥窑煅烧工序中下会产生氟化合物。水泥窑含氟废气的治理方法有干法吸附和湿法吸收两大类。干法是以粉状的氢氧化铝、矾土等为吸附剂接触回收氟，回收的氟化物可作为原料使用。湿法就是碱法，用碱性溶液，如氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液、氨水、石灰乳等吸收含氟废气。用氢氧化钠溶液吸收，可回收97%以上的氟，氟化物的排放浓度可达到3mg/m³以下。

3.2.6汞及其化合物

石灰石、砂岩、铁粉、钢渣、燃煤等原料、燃料在水泥熟料生产过程中会产生汞及其化合物。汞及其化合物的去除效率跟颗粒物排放浓度多少有关，通过控制烟气颗粒物的除尘效率，即可实现联合脱除汞及其化合物，汞及其化合物去除率可达90%以上，汞及其化合物的排放浓度可达到0.05mg/m³以下。

3.3无组织排放限值确定

3.3.1颗粒物

据调查，我省水泥企业颗粒物无组织排放管控相对薄弱，物料破碎、输送、储存、上料、配料、卸料、煅烧、烘干、中转等过程中均存在颗粒物无组织排放。

采取原料、燃料密闭储存，封闭输送，喷雾抑尘等管控措施，加强无组织排放环境管理，可有效降低厂区内颗粒物无组织排放浓度。

《石灰、电石工业大气污染物排放标准》(GB41618-2022)江苏省《水泥工业大气污染物排放标准》(DB 32/4149-2021)、山西省《耐火材料工业大气污染物排放标准》(DB14/2800-2023)等中厂区内颗粒物排放限值均为5mg/m³。

综合考虑我省颗粒物无组织排放管控现状和相关标准排放限值，借鉴江苏省水泥标准、我省耐火材料标准及其他行业标准排放限值设定情况，本标准确定厂区内颗粒物无组织排放限值为5mg/m³。

3.3.2氨

氨水、尿素作为还原剂去除烟气中氮氧化物时，过量的氨会随烟气排放造成污染。在保证氮氧化物稳定达标的前提下，企业可通过加强管理，精准喷氨，让氨水、尿素与烟气充分接触，同时控制氨水、尿素的使用总量，减少氨逃逸量。也可以采用选择性催化还原法、热碳催化还原法等新脱硝技术，减少氨逃逸量或没有氨逃逸。

《水泥工业大气污染物排放标准》(GB/4915-2013)、河北省《水泥工业大气污染物排放标准》 (DB13/2167-2020)、河南省《水泥工业大气污染物排放标准》(DB41/1953-2020)、安徽省《水泥工业大气污染物排放标准》(DB34/3576-2020)等中均规定氨无组织排放限值为1mg/m³。借鉴国家和其他省份水泥工业大气污染物排放标准排放限值设定情况，本标准确定氨无组织排放限值为1mg/m³。

4.1有组织排放控制指标

在基准氧含量10%的条件下，水泥窑及窑尾余热利用系统烟气颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10mg/m³、35mg/m³、50mg/m³,氨逃逸浓度不高于8mg/m³。其他产尘环节颗粒物浓度不高于10mg/m³。

4.2无组织排放控制措施

全面加强物料储存、输送、协同处置及生产工艺过程无组织排放控制，以及厂区及周边环境综合整治。强化无组织管控，进一步细化并针对性地给出水泥企业主要物料储存、输送、生产各环节的无组织管控治理措施。以及厂区及周边环境的综合整治。

作者：任攀杰，仝吉昌，吴传昆

所属：山西省生态环境监测和应急保障中心山西省生态环境科学研究院

来源：《中国水泥》

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