水泥行业污染物排放核算 中国建筑材料科学研究总院 何 捷 13911708925 13911708925@139

1. 水泥行业污染物排放核算 中国建筑材料科学研究总院 何 捷 13911708925 13911708925@139.com

2. 主要内容 Main Contents 一、水泥行业概况 二、主流生产工艺及产排污环节 三、生产线主要污染物核算

3. 一、水泥行业概况 • 产量大 • 水泥产量持续增长，自1986年以来始终位居世界第一，2010年全国规模以上水泥企业总产量18.8亿吨。2011年达到20.6亿吨。 • 企业众多、分散 • 近5000家（有生产许可证） • 新型干法生产线 1300多条 • 立窑2000多台 • 其它窑约400台 • 规模以上企业3077家 • 水泥粉磨站1800多家

4. 一、水泥行业概况 • 工艺 • 以新型干法窑外分解窑为主，立窑为辅 • 能源消耗 • 以煤为主，占全国能耗7%左右，年消耗原煤1.5亿吨

5. 一、水泥行业概况 不同窑型能耗水平存在显著差异

6. 一、水泥行业概况 • 行业集中度明显提高（前十位产量> 40%）

7. 主要内容 一、水泥行业概况 二、主流生产工艺及产排污环节 三、生产线主要污染物核算

8. 二、主流生产工艺及产排污环节 • 原材料的采运 • 原材料（能源）的贮存和制备 • 熟料煅烧 • 水泥粉磨和贮存 • 包装和发送 新型干法立窑

9. 二、主流生产工艺及产排污环节 水泥生产线示意图

10. 二、主流生产工艺及产排污环节 主要原材料 • 粘土质原料 • 辅助原料三类 • 石灰质原料 以CaCO3为主要成分的原料，如石灰石、石灰质泥灰岩、白垩。石灰质原料是水泥熟料中CaO的主要来源，它是水泥生产中使用最多的一种原料，在生料中约占80%，一般生产1吨熟料约需1.3-1.5吨石灰质原料。 黏土质原料主要化学成分是SiO2，其次为Al2O3，还有少量Fe2O3，主要是供给熟料所需要的各种氧化物。一般生产一吨熟料约用0.3到0.4吨黏土质原料。 用量较少，配料需要，对保证正常生产、提高质量、改善操作条件等起着良好的作用或为了保护环境而搭配利用的废料。常用的有铁质校正原料、铝质校正原料、硅质校正原料、综合利用的废料等。

11. 二、主流生产工艺及产排污环节 主要产品按用途和性能划分包括通用水泥、专用水泥、特性水泥 通用水泥分类

12. 二、主流生产工艺及产排污环节 专用水泥： 具有专门用途的水泥。如冠以不同型号的油井水泥，道路硅酸盐水泥等。 特性水泥： 指具有某种比较突出性能的水泥。如快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥。

13. 二、主流生产工艺及产排污环节 • 水泥工业主要污染物 颗粒物NOx CO2 SO2氟化物 噪声 • 颗粒物排放量26.7万吨 • CO2直接排放量9.3亿吨 • NOx排放总量为131万吨

14. 二、主流生产工艺及产排污环节 颗粒物NOx CO2 SO2

15. 主要内容 一、水泥行业概况 二、主流生产工艺及产排污环节 三、生产线主要污染物核算

16. 三、主要污染物核算-废水 废水 生产废水： 主要含不同粒径的细小颗粒，有机物含量低，由于水泥生产对用水水质要求不高，进行相对简单处理即可回用。好的企业循环水利用率能够达到95%以上，基本能够实现零排放。 • 生活废水 • 厂区生活用水量，30～50Ｌ／(人・班) • 厂区淋浴用水量，40～60Ｌ／(人・班) • 浇洒道路和场地用水量，2.0～3.0Ｌ/(m2・d) • 绿化用水量，1.0～3.0Ｌ/(m2・d)

17. 三、主要污染物核算-废水 废水

18. 三、主要污染物核算-废水 废水 水泥行业采用排污系数方法或监测数据方法进行核算，监测数据更为准确 日产5000吨熟料新型干法水泥生产线，年产量150万吨熟料 工业废水量=产量×产排污系数=0.003 ×1500000=4500吨 化学需痒量=产量×产排污系数=0.12 ×1500000÷106=0.18吨

19. 三、主要污染物核算-废气 废气 水泥窑设计风量

20. 三、主要污染物核算-废气 废气 废气量产排污系数表

21. 三、主要污染物核算-粉尘 粉尘 • 排放点涉及工艺全部过程，原料库、生料磨、熟料库、水泥磨、水泥库以及所有转运点 • 窑尾、窑头排放计入烟尘 废气 水泥 原料库 生料库 熟料

22. 三、主要污染物核算-粉尘 粉尘 不同工艺生产线粉尘排放系数表（1992年） 不同工艺生产线粉尘排放系数表（2008年） • 水泥窑用布袋收尘和电收尘收尘效率可以达到99.99%， • 可以在入口粉尘浓度几十甚至几百克的情况下，出口达到50mg/Nm3以下。

23. 三、主要污染物核算-粉尘 烟尘 不同工艺生产线烟尘排放系数表（2008年）

24. 三、主要污染物核算-粉尘 • 排放系数计算 烟尘 =熟料产量×烟尘排放系数 粉尘 =水泥产量×粉尘排放系数 • 直接测量法计算 粉尘量=（排放浓度×小时风量÷台时产量） ×总产量

25. 三、主要污染物核算-二氧化硫 二氧化硫 • 治理措施： • 无专门脱硫设施 • 来源： • 原料、燃料 • 来源： • 原料、燃料 • 排放点： • 窑尾、烘干机 • 特点： • 煅烧熟料时产生的SOX，大部分能够通过与原料中的CaO 作用生成CaSO4留存在熟料中，少量部分随废气排出。

26. 三、主要污染物核算-二氧化硫 不同工艺生产线二氧化硫排放系数表（2008年） • 根据燃烧用煤的全硫含量确定排污系数，全硫含量小于1%取①，介于1%-2%取②，大于2%取③ • 熟料生产基地系数与同等规模生产线相同

27. 三、主要污染物核算-二氧化硫 排放系数计算 • 确定煅烧用煤全硫量 • 根据生产线规模确定排污系数 • 二氧化硫排放总量=熟料总产量×排污系数 直接测量法核算 二氧化硫排放量=（排放浓度×小时风量÷台时产量） ×总产量

28. 三、主要污染物核算- NOx NOx主要来源两部分： 空气中氮分子在燃烧过程中被氧化 燃料、原料中带入的氮分子被氧化 四种类型 热力型NOx（Thermal NOx） 燃料型NOx（Fuel NOx） 快速型NOx（Prompt NOx） 加入型NOx（Feed NOx） • 燃烧过程中产生的 NOx 主要是 NO 和 NO2，其中NO 约占 90%以上，NO2占 5%～10%。

29. 三、主要污染物核算- NOx GB4915-1985《水泥工业污染物排放标准》 GB4915-1996《水泥厂大气污染物排放标准》 GB4915-2004 《水泥工业大气污染物排放标准》 • 国家标准

30. 三、主要污染物核算- NOx 广东省水泥工业大气污染物排放标准 • 广东省地方标准 DB44/818-2010 北京市冶金、建材行业及其它工业炉窑大气污染物排放标准 • 北京市地方标准 • DB11/237-2004 氮氧化物排放浓度150(mg/m3) • 杭州地方标准

31. 三、主要污染物核算- NOx • 美国环境保护署（EPA）2010年9月公布水泥窑NOx控制要求 • 30天平均排放值＜1.5 1b/t • （0.68kg/t熟料，浓度约400mg/m3） • 减排效果： • 181条生产线，2013年能够实现减排NOx 6600吨 • 减排总量的5%

32. 三、主要污染物核算- NOx • 欧盟 欧洲水泥协会2006年统计数据 • 平均排放浓度785mg/m3 • 最高2040 mg/m3 • 最低145 mg/m3 • 20%生产线排放浓度<500 mg/m3 • 12%生产线排放浓度>1200 mg/m3

33. 三、主要污染物核算- NOx • 欧盟 Directive 2001/80 不适用于水泥窑 • Industrial Emission (IE) Directive2010/75 • 替代原有的Directive 2001/80， • 名称改为工业排放指令 • 适用于所有的工业企业，电厂、金属加工、化工、冶金、废弃物处置 • 新的指令的最终完全生效日在2020年的7月，要求各欧盟国家于2020年前将其转化为国家方案，指令中规定如果达不到使用最佳可行技术的企业应当于2023年关闭。

34. 三、主要污染物核算- NOx 燃料的脱氮 燃烧前控制 氮氧化物减排技术 工艺改进 降低燃烧室内火焰的峰值温度 减少燃烧器内过剩空气系数 减少着火区的氧浓度 加入 NOx 还原剂等 燃烧中控制 选择性非催化还原法 SNCR 选择性催化还原法 SCR 燃烧后控制

35. 三、主要污染物核算- NOx 燃烧中控制 分级燃烧：将燃料，空气和生料分阶段引入

36. 三、主要污染物核算- NOx 燃烧中控制 分级燃烧：将燃料，空气和生料分阶段引入 三种方式 分级空气燃烧 顺序投加与原料分级 空气和燃料分级燃烧

37. 三、主要污染物核算- NOx 燃烧中控制 低氮燃烧器（Low NOx Burner，LNB） 技术途径：减弱火焰强度，延迟燃料、空气的混合 在初始燃烧时形成富燃料的还原性气氛，可降低30%热力型NOx的形成。 第一燃烧区富燃料缺氧、高温，第二燃烧区富氧缺燃料、氧化环境，低温； 含氨基的替代燃料 作用原理与SNCR相近 该方法由于可同时处置生活污泥等含氨基固体废弃物，实现协同处置与污染减排双重效果

38. 三、主要污染物核算- NOx 燃烧后控制 • 特点： • 投资费用大 • 运行费用较大 • 使用了腐蚀性极强的 NH3，所以对设备的耐腐蚀性提出了很高的要求 • NH3的计量控制加入量易出现误差，容易造成二次污染 • 催化剂活性、催化剂适用温度范围存在局限性 • 选择性催化还原法 • （Selective Catalytic Reduction，SCR） 催化剂最优催化温度300 ℃- 450℃

39. 三、主要污染物核算- NOx 燃烧后控制 • 特点： • 运行费用低 • 投资相对较小 • 还原剂耗量大 • 脱除效率较低（50%？） • 脱除效率变化大 选择性非催化还原法 （Selective NonCatalytic Reduction，SNCR） 在高温（900℃-1100℃）和无催化剂的条件下，向烟气中喷射还原剂（氨水和尿素），选择性地将NOx还原为N2和H2O

40. 三、主要污染物核算- NOx 过程控制脱硝效果估算表 （本底值800-1000 mg/m3）

41. 三、主要污染物核算- NOx 德国联邦环境总署脱硝成本核算 （3500t/d生产线，NOx减排率从850mg/m3减少到250mg/m3)

42. 三、主要污染物核算- NOx • 核算 分为全口径核算和行业宏核算两种方法，逐步推行全口径核算方法。 • 全口径氮氧化物排放量核算公式： 核算期水泥行业氮氧化物排放量，吨； 水泥企业氮氧化物排放量按照新型干法窑和立窑两种生产工艺进行核算 核算期第i个水泥企业氮氧化物排放量，吨； 核算期水泥企业总数，个

43. 三、主要污染物核算- NOx 全口径核算 新型干法窑排污系数法核算公式 —第i个水泥企业第j条新型干法窑生产线水泥熟料产量，万吨； —第i个水泥企业第j条新型干法窑生产线氮氧化物产污系数，千克/吨熟料。参数取值见附表5-5-1； —氮氧化物去除率，%。根据治理设施投运前后氮氧化物排放浓度比确定，治理设施包括新建脱硝设施和进行低氮燃烧技术改造； —第i个水泥企业新型干法生产线条数，条。

44. 三、主要污染物核算- NOx 全口径核算 特点 • 新型干法窑氮氧化物排放量根据水泥熟料产量、治理工程建设和运行情况采用排污系数法进行核算。 • 核算应分生产线逐一进行。 • 现役水泥窑新建治理工程的，核算期氮氧化物排放量根据治理设施投运前后水泥熟料产量分段进行核算。 • 对严格按照有关规定将在线监测点位设置在烟囱上、监测数据经省级及以上环保部门审核合格的水泥窑，可逐步采用在线监测直接测量法核算氮氧化物排放量。

45. 三、主要污染物核算- NOx 全口径核算 立窑排污系数法核算公式 —第i个水泥企业立窑水泥熟料总产量，万吨； —水泥立窑氮氧化物排污系数，千克/吨熟料，按0.243千克/吨熟料取值。

46. 三、主要污染物核算- NOx 全口径核算 排污系数

47. 三、主要污染物核算- NOx 宏观核算法 采用宏观方法核算新增排放量，采用项目累加法核算新增削减量。 —核算期水泥行业氮氧化物排放量，吨； —上年同期水泥行业氮氧化物排放量，吨； —核算期水泥行业氮氧化物新增排放量，吨； —核算期水泥行业氮氧化物新增削减量，吨。

48. 三、主要污染物核算- NOx 宏观核算法 水泥行业氮氧化物新增排放量 —核算期水泥行业水泥熟料产量增长量，万吨； —核算期淘汰落后水泥窑等量替代的水泥熟料产量，吨； —单位水泥熟料氮氧化物排污系数，千克/吨熟料，按1.5千克/吨熟料取值。

49. 三、主要污染物核算- NOx 宏观核算法 新增削减量 其中：

50. 三、主要污染物核算- NOx 参数选取原则： • 熟料与水泥比为0.64 • 水泥窑低氮燃烧技术改造的氮氧化物去除率不超过35%，SNCR脱硝设施的综合脱硝效率不超过55%。 • 对于进行低氮燃烧改造和采用SNCR脱硝设施的机组，必须保存改造前的在线监测历史数据，依此来核定改造后的氮氧化物去除率。 • 在核算去除率时，治理措施投运前氮氧化物的排放浓度取值原则为：新建水泥窑浓度为800毫克/标立方米；现役水泥窑根据在线监测历史数据取值，并根据监督性监测数据进行校核，取值不得高于按2010年污普动态更新填报的排污系数折算出的氮氧化物排放浓度，不得高于水泥窑出厂时设计最高氮氧化物排放浓度。