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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)，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(shù)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。

[1]單峰，時恭元.余熱發(fā)電投入后窯尾電除塵系統(tǒng)的優(yōu)化改造[J].水泥工程，2008（3）：73-75.

[2]宋正華，邢國梁，楊正平，等.新型干法水泥窯氮氧化物脫除技術[J].中國水泥，2009（6）：73-74.

[3]查少翔.水泥行業(yè)脫硝技術應用研究[J].河南建材，2011（6）：32-33.

[4]嵇鷹，田耀鵬，徐德龍，等.水泥工業(yè)NOx排放控制探討[J].西安建筑科技大學學報（自然科學版），2009，41（3）：397-403.

[5]田耀鵬，嵇鷹.低NOx燃燒和排放控制技術的研究進展[J].電力環(huán)境保護，2009， 25（1）：27-30.

[6]《鋼鐵行業(yè)污染防治最佳可行技術指南》編制組.鋼鐵行業(yè)污染防治最佳可行技術指南（試行）——焦化工業(yè)、煉鋼工業(yè)、軋鋼工藝編制說明[S].2010.

[7]Reference Document on Best Available Techniques in the Cement and Lime Manufacturing Industries[S].May,2009.

[8]セメント會.為實現(xiàn)低碳社會計劃的水泥產業(yè)的工作(第六次政策方針WG)[S]. 2011.

[9]黨小慶，劉婷，胡紅勝，等. 5000t/d回轉窯窯尾電除塵器氣流分布數(shù)值模擬研究[J].水泥工程，2010（4）：9-13.

[10]黨小慶，馬娥，胡紅勝，等.電改袋式除塵器氣流分布數(shù)值模擬[J].科技導報，2009，27（5）：56-60.