关于水泥工业大气污染物排放新标准的制定说明
2009-12-16 作者:
水泥是重要的建筑材料,随着建设的需要,我国水泥工业取得了长足的发展。1980年全国水泥产量7500万吨,到1990年就超过了19000万吨。上世纪80年代我国水泥产量年平均增长10.2%,高于同期国民经济发展速度,进入90年代,其发展速度更加强劲,平均每年新增水泥产量4700多万吨,年平均增长速度达17.5%,进入21世纪后其发展速度依然惊人,2002年全国水泥产量突破7亿吨,2003年全国水泥产量达8.62亿吨。
水泥工业的快速发展,在资源大量消耗的同时,其生产过程中产生的废水、粉尘、有害气体大量外排,加重了环境的负担,阻碍了国民经济的可持续发展,严重地影响着人民的生活,大家渴望着蓝天、白云、绿地、碧水。环境保护刻不容缓。
一、水泥工业对环境的污染
水泥工业对环境的污染主要表现在对大气环境的污染、水环境的污染和噪声。
水泥工业对水环境的污染为生产设备外排的冷却水、水收尘产生的废水化验室废水、近年来由于水价上升,大部分水泥企业都建立了循环水系统,水的循环利用率在95%左右,化验室废水经酸碱中和处理后外排,水收尘正在逐渐淘汰,水泥工业对水环境的污染已不再是污染的主体。
噪声是设备运行过程中所产生的,水泥工业产生高噪声的设备比较多,如球磨机、空压机、风机等。近年来一方面对高噪声的设备加装消音器,另一方面采用低噪声设备,噪音不会产生积聚效应,会随着设备的停止而消失。水泥工业对外主要采用建筑和绿化隔声,对内采用保护岗位工的方法。因此,水泥厂的噪音对社会构成的危害一般不大。
水泥工业对大气环境的污染是主要的污染,尤其特别严重的是粉尘(烟尘)污染,居各行业之首。2000年全国工业粉尘排放量约1092万吨,其中水泥工业排尘768万吨,占70%。
1.1水泥工业大气污染物种类
水泥生产不仅有把物料破碎和粉磨的物理过程,还有燃料燃烧和物料分解、相互反应生成水泥熟料的化学过程。在水泥生产过程中,产生大量的烟尘、粉尘和有害气体而污染大气。
根据我国水泥工业使用的原料、生产工艺和全国及地方对大气污染物种类的核定,水泥工业对大气造成污染的污染物种类有:粉尘和烟尘;二氧化硫(SO2);氮氧化物(NOX);氟化物;一氧化碳(CO)。
除第一项外,其余各项又统称为有害气体。粉尘和烟尘产生于水泥生成的各个环节,有害气体则产生于发生化学过程和使用添加剂的粉磨过程的设备中。
水泥厂排放有害气体的设备有烘干机、粉磨设备和水泥窑。现代化干法水泥厂已很少采用烘干机,粉磨设备在使用有机化合物的助磨剂时会有2%~13%的助磨剂挥发随粉磨系统余风一起排放,排放量大约相当于1吨水泥5~30g,在余风中的浓度为5~10mg/Nm2。有害气体排放量最大的是水泥窑,排放的废气中主要有N2、CO2、O2、H2O、气态的硫化合物、氮氧化物、CO以及少量有机化合物等。N2和O2对环境无害;H2O无法控制;CO2受生产工艺所限;CO除来源于水泥窑和分解炉中的燃料不完全燃烧外,还可能产生于原料中的有机碳化合物。这些有机化合物可在低温区分解,产生CO2、CO和少量气态碳氢化合物,如甲烷。目前,最受环保关注的是CO2、SO2、NOX和气相有机化合物。
目前,欧、美等先进国家除上述5种常规污染物外,已把有机化合物(VOCS),二恶英、呋南(PCDD/FS)重金属及其化合物(Hg、TiCd、Pb、As)列为水泥工业污染物的范畴。
1.2大气污染物特征及危害
水泥生产过程中所产生的粉尘以一种不均质、不规则和不平衡的复杂运动状态存在,它属于无机粉尘,一般粉尘本身无毒。熟料及水泥粉尘有水硬性。煤的粉尘有爆炸性,爆炸下限为114g/m3。一般粉尘安息角为35°~55°。
各种粉尘的化学成分与生产该粉尘的原物质相近。粒径95%小于80μ、20μ以下的约占50%以上。水泥生产设备所排粉尘浓度随设备的不同差别较大,一般通风设备排尘浓度100g左右,立窑排尘10g左右,而O-Seper选粉机排尘浓度高达1000g。
粉尘给工农业生产和人民的生活都带来了严重的危害。粉尘的飞扬损失增加了原燃料消耗和动力,提高生产成本。增加机械磨损和影响电控设备的正常运行,易于引发设备故障。粉尘落入农田造成土地碱性化,落在农作物上影响植物的呼吸及光合作用造成农业减产,甚至农作物死亡。漂浮在空气中的水泥粉尘,通过人的呼吸进入肺部引发尘肺病。卫生部门调查结果显示,水泥工业尘肺病的发病率明显高于其他行业。另外水泥粉尘对人的皮肤黏膜、消化道、眼睛均有损害,甚至引起机体运动系统紊乱等疾病。
SO2是含硫大气污染物中最重要的一种。SO2为无色、有刺激性臭味的有毒气体,不可燃,易液化,气体密度2.927kg/m3,沸点-10℃,溶点-72.7℃,蒸气压155.4kPa(1165.4mmHg,0℃),溶于水,水中溶解度为11.5g/L,一部分与水化合成亚硫酸。
SO2是大气中数量最大的有害成分,也是造成全球大范围酸雨的主要原因。世界上的许多次烟雾事件,如英国伦敦、比利时马斯河谷等地烟雾事件都和SO2有关,主要是当时的气象条件???逆温和雾,使空气中的SO2经久不散,浓度增大,以致使患病及死亡人数急剧增加。
氮氧化物中,NO和NO2是两种最重要的大气污染物。
NO为无色气体、淡蓝色液体或蓝白色固体,熔点-163.6℃,沸点-151.8℃,密度1.3402kg/m3,在空气中容易被O3和光化学作用氧化成NO2。
NO2为黄色液体或棕红色气体,熔点-11.2℃,沸点21.2℃,相对密度1.4494(液体,20℃),能溶于水生成硝酸和亚硝酸,具有腐蚀性。
氮氧化物和SO2共同作用,将加剧酸雨的形成。
水泥生产中排出的含氟化物为无机氟化物,桑蚕对氟化物特别敏感,当含氟化合物在大气中的残留浓度超过允许的浓度时,对植物和动物生命,以致气候都会产生显著影响。
水泥煅烧过程中往往产生少量CO,这是由于碳的不完全燃烧引起的。CO在窑尾废气中浓度过高,若使用电除尘器处理废气时,常因电火花引起爆炸。为此生产工艺就要求对废气中的CO含量进行严格控制。一氧化碳为无色无嗅气体,极毒!不易液化和固化,微溶于水。熔点-199℃,沸点-191.5℃,相对密度0.96716(空气=1)。CO易燃,在空气中呈蓝色火焰,能与许多金属或非金属反应,与氯气反应生成极毒的光气(COCL2)。
1.3水泥生产中排入大气污染物的数量
水泥生产中排入大气污染物的数量与生产单位产品排除的废气量及各污染物的浓度有关。
生产1吨水泥所排最大废气量推算如下。
以普通硅酸盐水泥为例,吨水泥的物料构成如下表:
其中熟料由石灰石和其它物料配合烧制,生产吨熟料按最大需要量计算,需石灰石1.3吨,其他原料0.3吨,烧成用煤0.25吨。折合成吨水泥需石灰石1.1吨,其他物料0.25吨,煤0.21吨。故生产吨水泥需原燃料为:
注:上表中不考虑废气余热利用,原料全部烘干,水泥粉磨采用O-seper选粉机生产工艺。
根据以上计算,生产吨水泥全过程最大废气排放量为13349Nm3,考虑其他因素,生产吨水泥的最大废气排放量不超过15000Nm3。
1.3.1粉尘排放计算
按生产吨水泥废气排放量15000Nm3。
若生产过程不加任何除尘设施,排放的粉尘浓度以10g/Nm3计,吨水泥排放量为150kg,排放率为15%。
若生产过程增加简单除尘设施,排放的粉尘浓度以400mg/Nm3计,吨水泥排放量为60kg,排放率为0.6%。
若生产过程采用现行常规除尘设施,排放的浓度以100mg/Nm3计,吨水泥排放量为15kg,排放率为0.15%。
根据环保部门对水泥工业粉尘排放量的统计和当时的水泥产量, 水泥生产粉尘排放率为1.4%,几乎是计算值的10倍。可见,当前的水泥生产超标有多严重。
1.3.2SO2排放计算
在水泥窑中熟料烧成的物料分解阶段和燃料燃烧都会产生SO2,SO2产生的量,主要与原料、燃料带入硫化合物的多少,以及其他化合物比例、烧成气氛和窑型有关。
原料带入的硫化合物是造成SO2排放量增大的主要根源。原料带入的硫化合物有易发挥的硫化物、中等挥发性的亚硫酸盐和难挥发的硫酸盐。
硫化物主要以FeS2形式存在于黄铁矿或亚稳定的白铁矿物中,在悬浮预热器的条件下,于370℃~420℃氧化成SO2并释放出来。亚硫酸盐在500℃~600℃之间不均衡地转化为硫化物和硫酸盐。硫酸盐在高温下也是稳定的,并存留在物料中,总体来讲可以认定硫化物和亚硫酸盐都会分解。
1台窑的SO2排放量除与原料、燃料带入硫化合物的多少有关,还有一些因素影响系统对SO2的吸收率。SO2在窑系统内首先与挥发的碱金属(也包括极少量重金属)形成硫酸碱。硫化物的吸收率与窑内气氛有关,在一定的氧化条件下若硫/碱比合适,便有可能将SO2全部吸收。
一般说,原料、燃料带入水泥窑中的硫化合物,在氧化气氛煅烧工况下88%~100%都能以不同形式的硫酸盐结合到熟料中,以SO2形式排放的不多,最高为12%。
设定原燃料中硫化合物12%以SO2形式排入大气,生料中碱含量为1%,硫碱比取0.8(一般为0.6~0.8),生产每千克熟料排入大气的SO2量计算如下:
原燃料中SO3含量为:(生料耗为1.53,生料中碱以Na2O计)
1.53×0.8×62/80×1%×1000=9.486g
(其中0.8=SO3摩尔数/Na2O摩尔数,62为Na2O分子量,80为SO3分子量)若12%的SO3转移为SO2排入大气,则生产每千克熟料排入大气的SO2量为:9.486×12%×1000×64/80=911mg目前每生产1千克熟料,窑尾的排气量都超过2Nm3,所以选择适当的硫碱比,窑尾所排出废气浓度一般不会超过500mg/Nm3。
调查资料显示:41台窑对窑尾废气SO2含量检测最高为597mg/Nm3,最低检测不出来。湿法窑、预分解窑、余热发电窑、预热器窑和立窑窑尾废气中SO2平均含量分别为407、115、325、29和140mg/Nm3。
每生产1吨熟料约向大气排放1千克SO2,按2002年生产6亿吨熟料计算,排入大气的SO2为60万吨,占全年SO2总排放量的3.11%,占工业SO2排放量的3.84%。
1.3.3NOX排放
所谓NOX是指NO与NO2的混合气体。在水泥回转窑系统中主要生成NO,NO2量很少,不足混合气体总量的5%(质量)。NO与NO2在光照条件下能互相转换,因此在考虑排放限量时将NOX折算
到NO2,并以10%O2含量为基准即将NO质量含量乘以1.53。在监测受污染的限量时是以实测的NO2含量为准。
在水泥熟料煅烧过程中,NO的产生主要来源于高温燃料中的氮和原料中的氮合化物。德国水泥工业曾统计得出燃料中的氮含量,煤为0.5%~2%;重油为0.2%~0.5%;代替燃料为≤1%。原料中的氮含量主要以NH4+形式存在于有机组分中,由天然原料配成的生料中NH4+含量约为80~200g/t。根据德国近30年的监测,水泥回转窑废气排放的NH4+量换算到NO2约为300~2200mg/Nm3,相当于每吨熟料中0.8~2.5kg。我国水泥工业污染状况调查资料中24台窑检测了窑尾废气中NO2含量,最高为920mg/Nm3,最低为24mg/Nm3,最高最低值都发生在湿法窑上,平均含量为424mg/Nm3。新型干法窑尾废气中NO2含量,最高为820mg/Nm3,最低为105mg/Nm3。
1.3.4氟化物排放计算
熟料烧成过程产生的氟化物来自于原、燃料。如果不特意把含氟化物高的物质如萤石等作为原料,降低烧成温度而使用。一般在窑尾所排气体中很难检测到氟化物。目前,我国部分立窑厂出于降低热耗的目的,以含氟矿物掺入生料中,在烧成中大部分氟化物和CaO,AI2O3形成氟铝酸钙固熔于熟料中,极少部分随废气排出。
在立窑生料中一般加入1%的萤石,其中CaF2的成分约占65%,若2%的F排出,则生产每千克熟料排出的F为:
1.6×1%×65%×2%×106×38/78=101mg/kg熟料其中:1.6为生料料耗,38为氟的分子量,78为萤石的分子量。
按立窑烧成每千克熟料产生3Nm3废气计算,废气中F的浓度为33.7mg/Nm3。
我国水泥工业污染状况调查资料中5台回转窑检测了窑尾废气中F含量,最高为45.2mg/Nm3,最低为0.143mg/Nm3。添加氟化物作矿化剂的立窑排放氟的浓度一般在27~35mg/Nm3。若不添加氟化物作矿化剂,窑尾废气中一般检测不出氟。
二、水泥工业历次大气污染物排放标准简介
在上世纪70年代,我国已把环境保护问题列入议事日程,大、中型水泥厂环保工作初步开展。当时,水泥工业的设计,生产主要执行《工业企业设计卫生标准》(GBJ1-62)。该标准规定,车间空气中粉尘的最高容许浓度如下:
含有10%以上游离二氧化硅的粉尘(石英、石英岩等)最高容许浓度为2mg/m3;
含有10%以上游离二氧化硅的水泥最高容许浓度为6mg/m3;
含有10%以上游离二氧化硅的煤尘最高容许浓度为10mg/m3;
其他各种粉尘最高容许浓度为10mg/m3;
对于工业企业所排出的气体在大气中扩散稀释后居住区有害物质的最高容许浓度规定如下:
无毒粉尘一次最高容许浓度为0.5mg/m3;日平均最高容许浓度为0.155mg/m3;
烟煤一次最高容许浓度为0.15mg/m3;日平均最高容许浓度为0.05mg/m3。
可见该标准以劳动保护为主,只顾及生产工人工作岗位的工作条件和对有限距离内居民的影响,而对较远距离大气的污染没有关注。1973年颁布的《工业“三废”排放试行标准》(GBJ4-73)规定,水泥生产最大允许排放浓度为150mg/m3。该标准开始考虑到水泥工业对整个大气的污染。但是限于当时的环保装备水平、财力和没有
相应的执法力度,该排放限值很难实现。
在1982年笔者就曾遇到这样的情况,由于粉尘排放影响周围群众生活。江南水泥厂被周围群众用草袋封堵工厂大门,中国水泥厂被群众阻挡铁路专用线,江山水泥厂煤磨用水收尘,收下的煤粉虽经多级沉淀,流入农民稻田的水仍是黑的,流水沟内挖出的煤可以燃烧,邯郸水泥厂上空的粉尘像飘雪花一样下落。青海水泥厂联合储库库顶盖被落下堆积的粉尘压垮。由此可见当时大中型水泥厂环保状况如何。县级以下的水泥厂基本无环保措施,情况更糟。工人劳动条件极差,尘肺病严重。以致在群众中形成水泥工业,就是严重的工业污染印象。
1980年后,我国加速了水泥工业的环保科研工作,1982年合肥水泥研究设计院首先成立了全国首家针对水泥工业环境保护的环保研究室。1983年召开的全国环境保护工作会议进一步把环境保护定为我国的一项基本国策。在国家的支持下,研究院和设备厂合作引进了当时具有国际先进水平的环境保护技术和环保设备制造技术,在积极进行转化并进行新设备研制的同时,也意识到水泥工业应有专门的法规进行环境保护。
为贯彻执行《中华人民共和国环境保护法》(试行),防治水泥企业排放的污染物对环境的污染,1985年1月18日由城乡建设环境保护部提出,合肥水泥研究设计院起草的针对水泥工业环境保护的国家标准《水泥工业污染物排放标准》(GB4915-85)实施,对我国水泥工业的环境保护采取了强制措施。该标准把水泥企业所处的地区分为四类,按类区规定不同的排放标准。规定了烟尘及CO的排放限值、单位产品最大排放量和烟囱高度,规定水泥窑在一类地区烟尘排放限值为150mg/Nm3,四类地区放宽到800mg/Nm3。旋窑和回转窑的排放限值除二类地区有差别外,其余各类地区均一致。还规定了热力设备废气超标排尘时间,全年不超过350小时。规定各企业对挖潜、革新、改造等技术措施项目的污染物治理设施实行“三同时”等其他一些条款。该标准是第一部规范水泥工业污染物排放的标准,实行的是污染区少排放,污染程度轻的地区多排放,一定程度减缓了城市粉尘污染加重的速度。
针对上世纪80年代立窑水泥厂的快速发展,为了防止立窑水泥厂生产过程中的扬尘对环境污染和人体危害,提高经济效益促进工业发展,由劳动人事部提出,合肥水泥研究设计院主要起草的国家标准《立窑水泥厂防尘技术规程》(GB5984-86)也相继出台。该规程对立窑除尘方案推荐了5种,第一方案为袋除尘器。
上世纪80年代后期,引进德国鲁奇公司的B780系列电收尘器、引进美国富乐公司的大型袋收尘器、气箱脉冲袋收尘器,一大批我国自行研制的如组合电收尘器、立窑烘干机专用袋收尘器、煤磨袋收尘器相继应用于我国的水泥工业,这些设备的除尘效率基本在99.9%以上,排放浓度降到100mg/Nm3以下。使我国水泥工业环保装备水平大幅度提高。在环保技术和环保装备的大力支持下,上述两个标准的实施,使水泥工业粉尘飞扬占水泥总产量的比例,由1985年前的7%降到上世纪90年代初的3.5%左右。
虽然如此,由于全国水泥产量从1990年到1994年就增加了一倍,1994年的产量是1980年产量的5倍,水泥产量的增加掩盖了水泥飞扬率的下降,并没有解决水泥工业所在地区的污染。每年水泥工业排入大气中的粉尘量仍以百万吨的数量增加,对大气的污染继续加剧。1990年前水泥工业的环境状况是,国有大中型水泥厂普遍重视环保工作,各生产环节按照排放的要求配置了相应的除尘设施,部分水泥厂往日烟尘笼罩的现象消失,厂区环境大为改观。部分立窑水泥厂主机设备已配置了大布袋除尘器。但是相当一部分小水泥厂依然我行我素,有些根本不配除尘设施,有些虽然配了除尘设施但往往白天运行,晚上关闭,个别只是作为摆设,应付检查、监管之用。这些水泥厂所排粉尘形成的灰龙、黄龙、黑龙无情地侵害着大气的环境。快速发展的水泥工业使原来污染程度较轻的三、四类地区污染明显加重。一些原建于城市边缘的水泥厂,由于城市规模的扩大已被城市包围,水泥厂的排尘严重损害了城市形象。
水泥生产工艺的进步,环保产品的更新,城市的发展都要求要修改排放标准。1996年对《85标准》进行了修订并更名为《水泥厂大气污染物排放标准》(GB4915-1996),于1997年1月1日实施。该标准规定一类环境功能区禁止排放,在目前的水泥生产环保技术和装备方面,还做不到既能生产又没有污染物排放的程度,这就意味着在一类区内不能新建水泥工业和1985年8月1日后已建设的水泥厂应该关闭或搬迁。对一类区的环境保护十分有利。(GB4915-1996)标准还加严了排放限值。该标准按年限和区域分别规定了水泥厂各排放点大气污染物的排放限值及粉尘无组织排放控制限值。把原水泥企业所处的四个类区的划分改为按GB3095中环境空气质量功能区的3个类别,排放限值分为一、二、三个级别,分别对应三类功能区。在时限上划分为1985年8月1日之前,1985年8月1日至1996年12月31日之间,1997年1月1日起3个时限。对于1997年1月1日起新建的水泥厂,粉尘排放限值二级标准热力设备下降到100mg/Nm3,通风设备下降到50mg/Nm3,规定通风设备收尘器装置与其主机设备同步运转,热力设备的收尘装置相对主机运转率不得小于97%。该标准成为水泥厂的排放管理,以及建设项目环境影响评价、设计、竣工验收及其建成后的排放管理的重要依据。
环保标准的加严,袋除尘的优良性能逐步显现,上世纪90年代后期,水泥工业除热力设备废气采用电收尘外,磨机、包装机、破碎机等通风设备除尘基本采用气力清灰的袋除尘器。旋风除尘器、机械振打的袋除尘器开始退出水泥环保领域。到上世纪90年代末,水泥工业排入大气中的粉尘量已降到产品总量的2%以下。上世纪90年代后期,港商和外资进入中国内地兴建水泥企业,不仅带来了国
外的先进管理技术,也带来了先进国家和地区的环保要求。如拉发基都江堰水泥厂、东莞华润水泥厂等都要求排放浓度在30mg/Nm3以下,这些水泥厂即使晴天对着烟囱肉眼也看不出粉尘排出的迹象,厂区进行了合理的绿化,真正的花园式水泥厂展现在人们面前,国内大型水泥企业(如海螺集团的铜陵水泥厂)也向此看齐,都取得了可喜的成效,说明我国水泥工业的环保工作能够迈向一个更高的台阶。通过改进的,利用废水成球的水除尘器,依其成本低廉的优势和环保标准中对老企业的照顾仍应用于立窑废气的处理。
由于水泥产量的继续增加,部分水泥企业环保意识不强,特别是一些立窑厂,只注重本身利益无视环保法规。使水泥工业对大气的污染仍不因单位产品对大气污染的下降而下降,反而继续上升。为控制环境进一步恶化的趋势,国家环保局在“九五”期间提出“污染排放物总量控制”的重大举措。国务院办公厅转发了国家经贸委关于清理整顿小玻璃厂、小水泥厂意见通知。淘汰产品质量不稳定,能耗高污染严重的立窑水泥企业。用先进的窑外分解新型干法水泥生产工艺,减少单位产品废气排放量,降低水泥工业对大气环境的污染,从根本上改变我国水泥工业污染严重的状况。通过淘汰小水泥厂的工作和环保力度加大,现在水泥工业对大气的粉尘排放率已降低到1.4%左右。可以说1996年标准在促进水泥工业污染治理、保护环境和推动水泥行业技术进步方面发挥了重要作用。
三、新水泥工业大气污染物排放标准的制定
3.196标准的弊端
上世纪90年代末,特别是进入21世纪后,1996标准显现出不仅不适应全国的环境要求,也不适应我国水泥生产格局改变的弊端。主要表现在如下几个方面。
1.现行标准不能满足《国家环境保护“十五”计划》的目标,亦不符合新型工业化道路发展要求,与淘汰“小水泥”工作不适应。
2.现行标准的时段划分照顾了重污染的老企业。
我国的大气污染物排放标准一贯遵循新、老污染源区别对待的原则,新源控制严格,老污染源因工艺起点低,污染治理难度大,限值相对宽松。这一原则是实事求是的,今后仍将坚持。但关键是新、老污染源的时段划分与排放限值要合理,否则可能会在客观上保护了污染物排放量大而又不积极治理污染物的落后企业。
现行水泥厂大气污染物排放标准将水泥企业按建厂时间不同划分为3个时段,粉尘排放限值见。
1985年8月1日前建厂的水泥企业,至今已运行了将近20年,有些还更长。以二类区为例,这类企业的粉尘排放限值是1997年1月1日后新建厂的4倍,一方面长期造成区域环境严重污染,另一方面又给先进环保技术的推广应用以及依法淘汰严重污染企业的工作造成了障碍。原标准过分照顾这类企业与国家“限制、淘汰、改造、提高”的产业政策不相符,也不能体现基本公平的原则。新标准对这类企业将不再作为照顾的对象。
3.现行标准按功能区分级加重了污染严重地区的环境负担。
从(表1)可见,三类区执行三级标准,普遍较二级标准放宽了1.5~2倍。三类区为特定工业区,污染已经很严重,放松排放限值进一步加剧了该区域的环境污染。另外也不能体现公平原则,建厂时间相同、采取的工艺相同,那么投入的环保投资、达到的污染物排放水平也应该基本相同,不能因为所处区域的差异(有些仅一线之隔)造成竞争成本的不一致。我国原来在制定大气污染排放标准中遵循“低功能区低保护”的原则应该抛弃。一类区中亦不应再有水泥企业存在。
4.现行标准不利于先进环保治理技术与先进生产工艺的推广应用。
从排放限值看,现行《水泥厂大气污染物排放标准》根据水泥企业建厂时间的不同,对水泥窑粉尘的排放限值为100~600mg/m3不等,而根据国外发达国家的资料,粉尘排放大多可控制在30~50mg/m3,可见标准差距很大。目前,国内水泥工业布袋除尘器、静电除尘的设备制造工艺水平已经成熟,达到国际先进水平,可使粉尘排放浓度控制在50mg/Nm3或30mg/Nm3以下。
鉴于我国水泥工业大气污染物排放的现状,必须修改排放标准,根据我国水泥工业生产技术的发展和环保技术的发展,也有条件修改标准。各方人士都发出《水泥厂污染物排放标准》亟待修订的呼声,对此温家宝总理于2002年年底和2003年年初作了两次批示,加快了该标准的修订步伐。
根据我国水泥行业规划要求,新建水泥厂应该与国外先进生产工艺相当,即采用新型干法生产技术,因此新标准将结合我国实际情况,参照国外相应环保法规要求,对新建水泥厂提出与国外水平相当的排放标准,促进先进生产工艺和污染治理技术的应用。对于老水泥厂,也将通过提高标准促进对其进行技术改造,提高技术装备水平;采用布袋、静电等高效除尘设备,大幅度削减颗粒物排放。
3.2标准修订的总体思路
1.扩大标准适用范围,即把水泥行业矿山的开采,水泥制品生产大气污染物控制纳入水泥工业污染控制的范畴,实现从原料获得到产品使用的全过程控制。
2.立窑与回转窑标准统一,体现在污染物排放控制方面,对各种生产工艺一律平等。
3.不再按环境空气质量功能区规定排放限值。无论水泥厂建于何处,排放限值一致。
4.统一各年代建立的现有生产线的排放限值,给予老企业一定的到达新标准的过渡期。
5.加严新建生产线排放限值,使之达到与国外标准大致相同的排放水平。
3.3新标准送审稿简介
1.新标准要求控制的污染物为颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、氟化物。当水泥窑焚烧危险废物时,除控制上述污染物外。执行GB18484《危险废物焚烧污染控制标准》,并要求二恶英排放浓度不得超过0.1ngTEQ/Nm3。
2.排放限值按现有生产线和今后新建、扩建生产线划分为两个档次。现有生产线到2006年1月1日起排放限值统一到现行标准中1997年1月1日起新建的水泥厂的二级标准。今后新建的水泥生产线颗粒物排放限值热力设备为50mg/Nm3,通风设备为30mg/Nm3;水泥窑排放限值SO2为200mg/Nm3,氮氧化物为800mg/Nm3,氟化物为5mg/Nm3。
3.新标准还规定了生产工艺管制和操作规范。如不得采用落后的生产工艺设备,禁止立窑扩径改造,水泥窑不得用于焚烧医疗垃圾,收尘装置应与主机设备同步运转等。
4.新标准还给予地方管理部门为强化当地环境保护一定的权力,如可把老生产线执行统一标准的日期2006年1月1日,提前,决定自适宜的日期起使现有的水泥生产线执行新建生产线的大气污染物排放限值。
3.4设备排气筒颗粒物排放限值确定的依据
3.4.1除尘设备能力
水泥工业过去曾用过多种不同形式的除尘设备,为达到新的环保要求,今后将普遍用电除尘器、袋除尘器予以替代。
现在国内生产的袋式除尘器和电除尘器每小时能处理几百到一百多万立方米风量的含尘废气,进口浓度允许超过100g/Nm3,排放浓度热力设备可控制在50mg/Nm3以下,通风设备可控制在30mg/Nm3以下。已具备加严排放限值的条件。
3.4.2对水泥厂污染物排放抽样调查结果
为配合本次标准的修订,标准编制组对全国水泥生产企业的污染治理与排放状况进行了抽样调查。调查共获得90个有效样本(生产线数)。
我国水泥窑颗粒物的平均排放浓度为100.9mg/Nm3,其中立波尔窑、湿法窑排放浓度较高。目前少数先进的机立窑采用布袋或静电除尘器基本可做到100mg/Nm3左右,但大多数机立窑仍采用沉降室、湿式洗涤等简易除尘措施,颗粒物排放浓度很高。
对40个预分解窑样本的除尘器使用情况进行分析,结果表明:有10%使用了布袋除尘器,平均排放浓度62.4mg/Nm3;90%使用静电除尘器,平均排放浓度87.6mg/Nm3。
国外通常要求使用静电或布袋除尘器的排放浓度控制在50mg/Nm3以下,我国排放现状要高一些,这与我国目前的标准严格程度有关(1997年后新建水泥厂的要求为100mg/Nm3)。但限于标准限值相对宽松,使静电除尘器、布袋除尘器的净化潜力尚未完全发挥。
根据我国除尘设备的技术水平,以及环保要求的提高,对新建生产线水泥窑一律要求达到50mg/Nm3的颗粒物排放控制水平。
对其他生产工艺设备,如熟料冷却机、烘干机(磨)、煤磨、生料磨、水泥磨、破碎机等,从颗粒物排放现状的调查看,使用布袋平均可达到67.7mg/Nm3,有40%的袋除尘器可达到50mg/Nm3以下;使用静电平均可达到90.9mg/Nm3,有20%的静电除尘器可做到50mg/Nm3以下。
以上设备按工艺操作温度,可分为两类:(1)一般热力过程,包括烘干机、烘干磨、煤磨及冷却机;(2)冷态操作过程,包括破碎机、磨机、包装机及其他通风生产设备。由于冷态操作的风量小,烟气性质稳定,易于处理,除尘设备可获得较高的净化效率,排放浓度较低。
对新建生产线,烘干机、烘干磨、煤磨及冷却机要求达到50mg/Nm3;破碎机、磨机、包装机及其他通风生产设备,则要求达到30mg/Nm3。
3.5水泥窑尾气中气态污染物排放限值的制订依据
3.5.1二氧化硫
水泥厂的SO2排放主要取决于原、燃料中挥发分S含量。使用低S或无S原燃料的水泥窑SO2
排放很少,有些水泥窑在不采取任何净化措施的情况下,SO2排放浓度可以低于10mg/m3。随着原燃料挥发性S含量(硫铁矿FeS2、有机硫等)的增加,SO2排放浓度也会增加。
窑型对SO2的排放有重大影响。预分解窑因有高度活性的CaO存在,与SO2气固接触好,可大量吸收SO2,作用类似于干法洗涤。通常湿法窑的吸硫效果差一些,SO2排放浓度会较高(这也与煤耗高,燃煤引入的S较多有关)。
本次标准修订开展的重点源调查,共获得40个不同类型水泥窑的SO2排放样本,平均排放浓度159.2mg/Nm3。最低值10mg/Nm3,最高值520mg/Nm3见(表4)。
因水泥窑中大部分的S以硫酸盐的形式保留在水泥熟料中,SO2排放并不是突出问题,但使用较高挥发性S含量的原燃料仍会造成SO2污染,这时需要采取净化措施,可能的选择有:向生料粉或窑尾废气中加(喷)入Ca(OH)2等吸收剂;干、湿法洗涤;活性炭过滤,可将排放浓度控制在200~400mg/Nm3以下。
窑尾废气送入正在运行中的原料磨,会获得额外的SO2吸收能力 (可能高达90%),因此可作为SO2的污染削减装置。
由于我国水泥生产所用的原燃料含硫不高(90%企业所用燃煤含硫量在1.5%以下,通常原料中带入的S较燃料中少),特别是预热器/预分解窑对硫碱比有严格控制,SO2排放浓度不高。在调查的20个预分解窑样本中,80%的排放浓度在200mg/Nm3以下。
新建生产线全部为新型干法(预分解窑)生产工艺,SO2排放浓度要求控制在200mg/Nm3以下;现有生产线考虑众多窑型并存,特别是湿法窑排放浓度较高,限值相对宽松,为400mg/Nm3,与GB4915-1996标准中1997年后新建厂回转窑二级标准一致。以上限值基本无需额外脱硫措施即可达到(使用高S原燃料除外)。
3.5.2氮氧化物
NO和NO2是水泥窑NOx排放的主要成分(NO占90%以上),主要有两种形成机理:(1)热力型NOx;(2)燃料型NOx。水泥生产中,热力型NOx的排放是主要的。
因水泥窑内的烧结温度高、过剩空气量大,NOx排放会很多。一些新型干法窑采取了低NOx排放设计,控制分解炉燃烧产生还原性气氛,使NOx部分被还原,排放浓度可降低到500~1000mg/Nm3以下。
目前开发的NOx控制技术有火焰冷却、低NOx燃烧器、分段燃烧、添加矿化剂、选择性非催化减量技术(SNCR)、选择性催化减量技术(SCR)。欧洲认为使用这些技术措施后(SCR除外),排放控制水平应达到200~500mg/Nm3,若使用SCR技术,则可进一步控制在100~200mg/Nm3。
由于当今世界采用的NOx控制技术,主要是以减少NOx生成为主,如低氮燃烧器、分段燃烧等,它们的减排NOx效果是有限的。除德国外,其他国家出于经济上的考虑,很少采用SNCR、SCR等较为昂贵的烟气治理技术(欧洲共有18套SNCR装置在运行,德国占了其中的15套。另外欧洲惟一的1套SCR示范装置也在德国)。这样,世界上除少数国家(如奥地利、德国等)对新源的NOx排放限值规定在500mg/Nm3或更低外,其他国家的排放限值一般均在800mg/Nm3以上。
本次标准修订开展的重点源调查,获得的水泥窑的NOx排放样本较少,仅有20个,平均排放浓度508.6mg/Nm3。最低值105mg/Nm3,最高值920mg/Nm3见(表5)。从排放浓度看,与国外水泥厂标准相比,我们的排放水平明显偏低,这可能与样本数太少、代表性不强有关。
从目前我国水泥工业NOx控制技术的使用情况看,除一些水泥窑采用了低N燃烧器设计,以及部分新型干法窑通过控制分解炉产生还原性气氛削减NOx排放外,基本未采取任何控制措施。且SNCR、SCR技术昂贵,当前在我国尚难以推广,因此不对新建厂提出更加严苛的标准,新老源一致,仍保持GB4915-1996标准中1997年后新建厂回转窑二级标准,为800mg/Nm3。
3.5.3氟化物
水泥生产中,如不特意把含氟高的矿物,例如萤石用于水泥生产过程以降低烧成温度,一般窑尾排放的氟化物会很低。
本次标准修订开展的重点源调查,共获得5个新型干法窑氟化物排放样本,平均排放浓度2.48mg/Nm3。最低值0.143mg/Nm3,最高值5.90mg/Nm3。
立窑企业大量使用萤石作矿化剂,氟化物排放很高。根据对另外6家立窑厂的统计,排放浓度在6~62.56mg/Nm3之间,平均为28.7mg/Nm3。
国外对F排放的限值大多为5mg/Nm3,我国今后新建水泥生产线也应该达到该控制水平。
3.5.4国外水泥窑SO2、NOx、氟化物排放标准3.6新标准实施社会效益预测新标准实施后,到“十五”末,老企业粉尘排放全部达到100mg/Nm3,以2003年的8亿吨计算,排尘约160万吨,另新增1亿吨水泥产量,按粉尘排放浓度50mg/Nm3计,新增排尘10万吨。两者合计年粉尘排放量170万吨,较2000年(768万吨)减少78%,考虑到一部分老企业难以达到新的环保要求而关闭,或改建新型干法水泥生产线或粉磨站,还会有部分削减,估计粉尘可削减80%,环境效益十分明显。
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