張 婧，黨小慶，龐 敏，李 鑫，馬 莉，李 倩

（1.西安建筑科技大學環(huán)境與市政工程學院，西安 710055；

2.西安鐵路疾病預防控制所，西安 710054）

1 引言

隨著水泥工業(yè)大型化和集約化的發(fā)展，對水泥清潔生產的節(jié)能減排的要求也越來越高，在這樣的發(fā)展趨勢下，新型干法水泥生產技術得到了廣泛應用。其除了滿足日益嚴格的排放標準外，新型干法水泥生產技術在節(jié)能減排方面的出色表現(xiàn)也得到了水泥行業(yè)的普遍認可。

本文對我國水泥行業(yè)新型干法生產現(xiàn)狀和節(jié)能減排技術應用情況進行了概述，提出目前水泥行業(yè)存在的主要問題是環(huán)保設備的更替和節(jié)能技術的合理應用；并借鑒了國內外各行業(yè)技術路線的特點，基于我國水泥行業(yè)的現(xiàn)狀提出了評價理念和最佳可行技術評價技術路線。

2 我國水泥工業(yè)污染防治現(xiàn)狀

2001年到2009年，我國新型干法水泥的比重從14.27%上升到76.88%，增長了62.61個百分點，截止到2010年底，國內新型干法水泥產量占水泥生產總量的80%以上，對新型干法水泥現(xiàn)狀的調查結果，基本概括了國內水泥行業(yè)的總體情況。

2.1 新型干法水泥生產線調查情況概述

（1）生產線基本情況

目前國內新型干法水泥生產線主要有以下規(guī)模：2500t/d、4000t/d、4500t/d、5000t/d、10000t/d。2005年前以2500t/d為主，2005年后的新建生產線以4000～4500t/d為主，占新型干法生產線新建總量的41%；5000～10,000t/d大型生產線數量最少，僅占新型干法生產線新建總量的11%。

水泥綜合電耗和能耗方面：5000t/d生產線耗值最小，分別比平均值低11.8%和11%；4000～4500t/d生產線的標準煤耗最小，比平均值低6.6%。

大氣污染物方面：除粉塵外，水泥工業(yè)對大氣產生影響的主要污染源為含SO2、NOx的廢氣，排放量隨生產規(guī)模的不同而改變。SO2排放量以大于5000t/d規(guī)模生產線最高，占行業(yè)年排放均值的53%，其余規(guī)模生產線的SO2排放量各占10%左右；NOx排放量以4000～4500t/d生產線最高，占行業(yè)年排放均值的21%，隨著生產線規(guī)模的增加，NOx排放量逐漸減小。

（2）節(jié)能環(huán)保措施使用情況

在現(xiàn)有新型干法生產線中，窯頭除塵仍以電除塵器為主，使用率高達82%，窯尾除塵器中的電除塵器使用率占51%，比袋除塵器32%的使用率高出19個百分點。

目前較為成熟的節(jié)能技術有變頻調速、余熱發(fā)電、新型節(jié)能燃燒器等，使用率分別占到86%、75%和44%。目前有41%的企業(yè)同時使用兩種及以上的節(jié)能技術，以達到更好的節(jié)能效果。

2.2 存在的問題

（1）新型干法工藝線大規(guī)模發(fā)展對環(huán)保設備提出了更高要求

我國新型干法工藝線正從中、小型向大型規(guī)模發(fā)展，重點是4000～5000t/d規(guī)模的生產線。水泥工業(yè)結構的調整也為環(huán)保行業(yè)的發(fā)展帶來了契機和挑戰(zhàn)，尤其是水泥工業(yè)首選的電、袋除塵器，隨著生產能力的不斷提高，排放標準的限值越來越嚴格，除塵設備在設計上也開始向大型化、高效率發(fā)展。目前大部分企業(yè)仍在使用的電除塵器是通過增加電場數量或加高加寬電場的方法提高效率，導致運行成本過高。

（2）節(jié)能技術與生產工藝和除塵設備的合理匹配

在設計及生產運營中，如何設置合理的運行參數以達到節(jié)能、生產、除塵設備的最佳運行效果，還有待在生產實踐中不斷摸索和總結。如果設置不合理，不但會造成能源損失、影響節(jié)能效果，還有可能改變氣體性質、降低除塵效率。如泰山水泥集團有限公司的5000t/d新型干法生產線在投入余熱發(fā)電系統(tǒng)后，就曾出現(xiàn)增濕塔作用減弱、粉塵比電阻值增加、電除塵器除塵效率下降的現(xiàn)象[1]。

（3）現(xiàn)行NOx控制技術不能滿足新標準排放要求

目前國內水泥廠對NOx的治理主要采用以下四種技術：優(yōu)化窯和分解爐的燃燒制度、改變配料方案、采用低NOx以及在窯尾分解爐和管道中的階段燃燒技術。從新型干法水泥線調查結果看，50%的企業(yè)NOx排放濃度在400mg/m3以上，39%的企業(yè)超過500mg/m3。由于水泥行業(yè)是從2005年才開始對NOx進行監(jiān)測，缺乏濃度排放的對比數據，僅從現(xiàn)狀來看，治理效果并不理想。而新的煙氣脫硝技術：SNCR法和SCR法的脫硝效率可以分別達到50%～60%和80%～90%，在費用方面，SNCR是SCR的1/5[2]，但SCR法設備昂貴、技術要求復雜，SNCR法在使用時則會有NH3逸出現(xiàn)象，造成二次污染。目前出現(xiàn)的SNCR/SCR組合技術，是將SNCR工藝中還原劑在爐膛內發(fā)生的還原反應與SCR工藝中的催化反應結合使用，不但能將氮氧化物排放濃度降低50%，氨的逃逸量減少至＜5ppm，還能使初投資降低到SCR的一半左右[3]。此外，鑒于NOx和SO2在生成過程中存在相互抑制作用[4]，燃燒后煙氣同時脫硫、脫硝技術也將成為今后工業(yè)大規(guī)模應用的重點，例如固相吸收和再生法、DESONOx技術、SNRB工藝以及NFT技術[5]等。

3 國內外各行業(yè)技術路線比較

合理的技術路線能保證一個行業(yè)順利實現(xiàn)既定目標，而水泥行業(yè)選取有代表性的評價指標進行評價，則可以促進水泥工業(yè)整體污染防治水平的提升。

3.1 國內鋼鐵行業(yè)[6] （見圖1）

圖1 鋼鐵行業(yè)技術路線

3.2 歐盟

歐盟水泥工業(yè)BAT技術路線以整個水泥生產過程為主線[7]，分別從原料、燃料和生產工藝兩個方面進行技術問題討論，并合并為最終的BAT技術（見圖2）。

圖2 歐盟水泥工業(yè)BAT技術路線

3.3 美國

美國的技術政策相當于歐盟的BAT技術指南，但歐盟只給出當前條件下最佳的可行技術BAT，根據所依據法令和法規(guī)的變化及BAT執(zhí)行經驗的反饋、技術的發(fā)展，定期評審及更新，并對BAT限值進行修正。美國則將排放控制標準作為技術法規(guī)，在聯(lián)邦政府內有強制性實施的要求（見圖3）。

圖3 美國的技術政策

3.4 日本

圖4為日本為實現(xiàn)低碳社會計劃制定的水泥產業(yè)政策方針[8]。

圖4 日本的水泥產業(yè)政策

4 我國水泥工業(yè)污染防治最佳可行技術評價

我國水泥行業(yè)發(fā)展迅速，近年來新型干法生產工藝得到廣泛推廣和應用，逐步取代了舊的工藝技術，另一方面，新老生產線并存的情況仍然存在，考慮到行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題，以及不同企業(yè)所處地理位置和區(qū)域環(huán)境污染程度的不同，水泥行業(yè)在選擇最佳可行技術時應具有一定的針對性，在制定技術路線時可以參考美國和日本的技術政策，根據不同地域環(huán)境污染本底值和企業(yè)生產規(guī)模等因素確定削減潛力、指標權重，在現(xiàn)有除塵和生產設備的基礎上選取節(jié)能減排技術，并通過專家咨詢法、屬性層次模型和屬性綜合評價模型得出最佳可行技術方案。

具體可參考環(huán)保部組織編制的《水泥工業(yè)污染防治最佳可行技術指南（初稿）》，采用專家咨詢法（德爾菲法）對參選技術進行定性評價，得出備選技術后進行技術調查，根據調查結果進行技術評價。

4.1 評價程序

（1）確定評價指標。根據調查結果，水泥工藝產生的污染以大氣污染為主要環(huán)境問題，主要為煙塵、粉塵和氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）、氟化物、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）等有害氣體。

（2）確定各指標權重。確定指標權重的方法有德爾菲法（delphi）、層次分析法（AHP）、屬性層次模型（AHM）和熵值法。推薦使用《水泥工業(yè)污染防治最佳可行技術指南（初稿）》中所用的屬性層次模型法進行綜合評價。

（3）綜合評價。綜合評價方法有屬性綜合評價法、模糊綜合評價法、數據包絡分析法、人工神經網絡評價法和灰色綜合評價法。根據各評價方法的優(yōu)缺點和適用范圍，推薦使用屬性綜合評價模型。

圖5 我國水泥行業(yè)污染防治最佳可行技術路線

（4）確定最佳可行技術根據綜合評價結果和經濟性分析結果，篩選出污染防治最佳可行技術。

4.2 水泥行業(yè)最佳可行技術路線

在參考國內外各行業(yè)污染防治技術路線的基礎上，結合我國水泥行業(yè)現(xiàn)狀，在現(xiàn)有評價指南的基礎上得出以下技術路線（見圖5）。

4.3 與其他行業(yè)技術路線的對比

（1）美國、日本和歐盟的污染防治技術已達到一定的先進水平，在制定技術路線時主要考慮的是進一步提高削減潛力，以及通過廢棄物的再利用來達到節(jié)能減排效果和增加經濟效益；我國的水泥行業(yè)污染物排放的削減潛力巨大，對廢棄物也有充分利用的空間，建議從一開始就將廢棄物再利用納入最基本的節(jié)能減排技術中進行考慮，并及早對出現(xiàn)的問題進行技術改進。

（2）我國鋼鐵行業(yè)經過10多年的快速發(fā)展，在技術和結構調整等方面都取得了令人矚目的進步，但“高投入、高消耗、高污染”仍是生產模式的主要特征，制定技術路線時主要考慮如何發(fā)展循環(huán)經濟、節(jié)約能源和資源、走可持續(xù)發(fā)展道路。這也是水泥行業(yè)需要考慮的問題之一，即將清潔生產理念貫徹到水泥生產的每一個環(huán)節(jié)，同時不斷改進污染治理技術，保證從源頭到末端的全線節(jié)能和污染物排放控制。

（3）我國各水泥廠地域分布廣，生產規(guī)模、工藝和污染防治水平相差較大，不同地區(qū)的污染物排放標準也有所區(qū)別，企業(yè)在制定技術方案時應根據本地區(qū)污染背景值、生產排放限值、企業(yè)規(guī)模和現(xiàn)有污染防治設備可改造情況，選取相應的最佳可行技術。

5 結語

水泥行業(yè)應結合自己的實際情況，因原料制宜、因工藝制宜、因地制宜，在確保安全運行的原則下，實現(xiàn)清潔生產、循環(huán)經濟和節(jié)能減排，鼓勵水泥廠污染防治新工藝和新技術的開發(fā)和利用，確定合理的技術路線，選取有代表性的評價指標對最佳可行技術進行評價應用，參考區(qū)域污染本底值，探索切實可行的除塵設備改造方案。例如，除了使用低成本、高效率的袋式除塵器外，還可以對電除塵器進行結構改造。由于氣流分布是影響電除塵器效率的關鍵因素，可以運用CFD方法進行流場模擬[9-10]，優(yōu)化氣流裝置的相關參數，在連接尺寸不變的基礎上，用模擬結果指導電除塵器部分部件的拆除并改造為袋式除塵器，保證了電改袋過程的科學性和合理性，并節(jié)省大量資金和時間。此外，還可以開發(fā)電-袋復合除塵技術等，以滿足環(huán)境敏感區(qū)域的排放要求。

總之，我國水泥行業(yè)的污染物排放和治理還需要在實踐過程中不斷積累經驗，反復調整各項技術的參數設置，最終達到除塵、生產和節(jié)能設備的合理匹配，促進我國水泥工業(yè)整體污染防治水平的提升。

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