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大气污染物排放限值制订依据
技术与管理要求
强制性标准的建议说明
贯彻标准的措施建议
标准实施后的企业成本核算和环境效益
对实施本标准的建议
项目背景
项目来源
为贯彻落实中华人民国环境保护部年第号《关于京津冀大气污染传输通道城市执行大气污染物特别排放限值的公告》、省环境保护厅《省保卫战三年作战计划(年)》相关要求,充分发挥地方标准在控制污染排放、调节行业准入和压减落后产能中的积极作用,进一步降低水泥熟料制造企业大气污染物排放,有序推进水泥行业去产能的科学性、精准性,提升和改善省大气环境质量,省环保厅决定强化标准倒逼机制,以国家标准为基础,结合我省实际,制定更加严格的地方标准,进一步加强对水泥工业的污染物排放控制。
项目已申报省质量技术监督局立项。
省环保厅委托省环境工程评估中心牵头开展标准编制。
主要工作过程
标准编制组于年月启动了标准编制工作,编制组首先根据年度我省发放的水泥行业排污许可证,对全省水泥行业生产及污染治理情况进行了梳理汇总,同时搜集了我省周边和国其他省(市)以及发达国家和地区水泥行业污染物排放标准,对控制措施进行了深入研究;
在此基础上,选择有代表性的企业进行了现场调研,并结合省控企业污染源在线监控数据进行分析,基本掌握了省水泥工业的污染治理技术和水平,了解了水泥工业生产和污染治理的发展变化和趋势;
形成了《标准》框架及容,通过组织工艺技术、污染治理相关技术力量几次讨论和研究,形成了目前的《标准》(征求意见稿)及其编制说明。
具体工作程序如下:
()成立编制组
年月成立《省水泥工业大气污染物排放标准》编制组,开展标准编制工作;
()资料调研
年月日月日标准编制组对国外相关排放标准、污染防治技术、行业相关政策要求和环保要求等容进行资料调研。
()月对省现有的水泥生产企业开展现场调研
截止年月,省发放水泥行业排污许可证家,主要分布在、、、等地。
全省共有熟料生产企业家,熟料生产线条,全省熟料总产能约万吨,其中特种水泥熟料产能万吨。
全省共有水泥粉磨生产线条,产能约亿吨。
为全面了解省水泥生产企业的工艺技术水平和环境管理状况,标准编制组对有代表性的水泥企业进行了现场调研,详细了解企业的生产工艺流程、原辅材料类型、产污环节、污染防治技术、排放水平、管理状况等情况,收集了这些企业的污染物排放数据。
()形成《标准》(征求意见稿)
编制组对调研资料进行了综合分析,并对比周边省市相关标准政策,对《标准》框架及标准容进行讨论,结合国家《水泥工业大气污染物排放标准》()(年修订单征求意见稿),起草形成了《标准》(征求意见稿)和编制说明,并提交省环保厅科技处。
标准制订的必要性、制定原则和技术路线
标准制定的必要性
()省污染减排的需要
《国务院关于印发“十三五”节能减排综合工作方案的通知》(国发〔〕号)在“推进工业污染物减排”中要求:
“以削减挥发性有机物、持久性有机物、重金属等污染物为重点,实施重点行业、重点领域工业特征污染物削减计划”。
在“强化主要污染物减排”中要求:
“分区域、分流域制定实施钢铁、水泥、平板玻璃、锅炉、造纸、印染、化工、焦化、农副食品加工、原料药制造、制革、电镀等重点行业、领域限期整治方案,升级改造环保设施,确保稳定达标”。
因此,加严水泥工业排放标准是确保水泥行业完成升级改造的重要保障。
环保部年发布了《关于京津冀大气污染传输通道城市执行大气污染物特别排放限值的公告》(年第号),决定在京津冀大气污染传输通道城市执行大气污染物特别排放限值。
省个市(区)位于大气污染传输通道,加严水泥工业排放标准是省污染减排的需要。
()省化解过剩产能的需要
产业结构偏重是造成大气污染严重的根本原因之一,为着力推动产业转型升级,年起过去年间,累计压减水泥产能万吨。
目前,产业结构调整已进入去、调、转联动发力协同推进的新阶段,年,省计划压减水泥产能万吨。
因此,通过加严水泥行业排放标准,依规引导企业走低消耗、低排放、高质量的发展之路,进一步推进我省水泥行业有序、科学、精准的完成过剩产能的化解任务。
()省环境管理工作的需要
《省保卫战三年作战计划(年)》中明确要求:
加强大气污染综合治理,编制实施保卫战三年作战计划和冬季清洁取暖三年规划,大力开展工业企业全面达标排放行动。
通过提高节能环保标准,全面深化企业治理,可有效倒逼行业过剩产能退出。
因此,加严水泥工业排放标准是省环境管理工作的需要。
标准制定原则和技术路线
标准制定的原则
()衔接性原则
目前,省水泥工业企业大气污染物排放执行《水泥工业大气污染物排放标准》(—),控制的污染物主要有:
颗粒物、、、氟化物、汞及其化合物、氨。
用水泥窑协同处置固体废物,除执行上述标准外,还执行省和国家相应的污染控制标准规定。
本标准制定过程充分考虑了与现行标准的衔接性,即与国家和地方有关的环境法律法规、标准协调配套,与环境保护的方针政策相一致。
()先进性原则
鉴于省大气污染现状和污染物总量减排的严峻形势,本标准的制定比对了国外发达国家污染控制情况,结合国工艺和技术发展现状和趋势,本着促进环保技术进步的原则,制定此标准。
()可行性原则
本标准制定在充分了解省水泥工业总体发展水平的基础上,提出符合省实际情况的污染物排放标准,力求使标准科学客观、技术上可行、经济上合理、可操作性强。
技术路线
本课题编制的技术路线如图。
图《省水泥工业大气污染物超低排放标准》编制说明技术路线
省水泥工业污染现状
水泥工业分布及生产状况
省水泥行业产能分布情况见表。
表省水泥产能分布情况
序号
地区
企业数量
熟料生产线条数
熟料产能(万)
水泥粉磨生产线条数
水泥产能(万)
——
定州
辛集
总计
目前,金隅集团、冀东水泥是省水泥行业的龙头和中坚力量。
其中冀东集团在省有家企业,有条熟料生产线,熟料产能余万吨;
金隅集团在我省有家企业,有条熟料生产线,熟料产能余万吨。
另外,曲寨集团也是我省较大的水泥企业,熟料产能万吨左右,代表我省水泥工业向规模经济方向发展。
生产工艺及产污环节分析
水泥生产通常分为生料制备、熟料煅烧、水泥粉磨个阶段。
石灰质原料、粘土质原料与少量校正原料经破碎后,按一定比例配合、磨细并调配为成分合适、质量均匀的生料,这一过程称为生料制备;
生料经预热器或预分解系统预热分解后,在水泥窑煅烧至部分熔融所得到的以硅酸钙为主要成分的水泥熟料,称为熟料煅烧;
在熟料中加入适量石膏、矿渣、或外加剂共同磨细成为水泥成品,对水泥成品进行检验,合格的水泥包装或散装出厂。
水泥生产工艺流程详见图。
生
料
制
备
熟料煅烧
水泥粉磨
原料调配
水泥熟料煅烧主要有二种方式:
一种是以回转窑为主要生产设备,包括新型干法窑、预热器窑、余热发电窑、干法中空窑、立波尔窑、湿法回转窑;
另一种则是以立式窑为主要生产设备,包括普通立窑和机械化立窑。
目前省水泥生产线主要是新型干法回转窑。
新型干法技术的核心是水泥熟料煅烧的窑外预分解技术,它是在悬浮预热技术的基础上发展起来的,不同型式的分解炉与各种预热器组成了不同类型的窑外分解系统。
与在回转窑完成预热、分解、烧结多个过程的传统工艺相比,它将熟料煅烧过程变成为在两套独立的设备进行的两阶段操作:
既在悬浮预热器和分解炉完成生料预热和石灰石分解(→,℃);
在回转窑高温条件下(℃)完成熟料烧成(形成硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等)。
由于在分解炉引入第二热源(使用约的燃料),降低了烧成带热负荷,提高了回转窑运转率和生产能力,同时也使能源消耗、污染物(特别是、)排放大大降低。
现代化新型干法系统集五级悬浮预热器、改进型分解炉和回转窑、多通道燃烧器、第四代篦冷机、窑头窑尾余热发电等多项技术于一体,再与新型节能粉磨系统、原燃料预均化系统、计量与自动化控制系统等组合在一起,代表着当代水泥生产的最高技术水平。
省水泥工业污染控制措施及排放现状
省水泥生产企业污染控制措施主要针对颗粒物、氮氧化物污染进行治理。
由于水泥窑为碱性气氛,通常情况下排放浓度较低,因此未采取脱硫措施。
颗粒物治理措施主要包括有组织排放源安装高效布袋除尘器;
物料堆存、输送、转运等易产生无组织排放的环节采取措施减少颗粒物的无组织排放等。
根据发放的排污许可证统计,截止年月,省新型干法生产线有条,以上安装了脱硝装置。
污染物排放情况
标准编制组对我省部分企业进行了现场调研,调研企业水泥窑窑尾废气污染物治理措施如下:
颗粒物采取高效布袋除尘器设施;
未安装脱硫措施;
脱硝采取“低氮燃烧分解炉分级燃烧”设施,并对上述企业年水泥窑窑尾自动监测数据进行了分析。
数据如下表所示。
表调研企业一公司号线窑尾各污染物排放浓度一览表
主要污染物
水泥窑窑尾排放口
浓度围
浓度分类
占比
颗粒物
~
≤
>,≤
>
单位:
表调研企业一公司号线窑尾各污染物排放浓度一览表
表调研企业二公司号线窑尾各污染物排放浓度一览表
表调研企业二公司号线窑尾各污染物排放浓度一览表
表调研企业号一线窑尾各污染物排放浓度一览表
表调研企业号二线窑尾各污染物排放浓度一览表
根据对省部分水泥生产企业污染物排放资料的收集,水泥生产企业的污染物排放情况大致如下:
()颗粒物治理措施:
由于近几年过滤材料的技术革新与进步,我省水泥企业目前多采用覆膜滤料布袋除尘器,颗粒物排放得到有效控制,排放浓度绝大部分都在以下。
()二氧化硫治理措施:
由于水泥窑有大量存在,为碱性环境,因此水泥窑的排放浓度较低,根据历史检测数据及本次调研,我省水泥窑的浓度大多低于。
()氮氧化物治理措施:
我省水泥窑多采用“低氮燃烧分解炉分级燃烧脱硝”,氮氧化物排放浓度大多在,符合我省的《水泥工业大气污染物排放标准》(—)第时段排放限值要求。
省水泥工业主要问题分析
本次调研发现,省水泥行业存在的主要问题:
我省水泥熟料生产企业大多采用选择性非催化还原脱硝技术(),脱硝反应需要较高的温度(℃),氨水喷入位置为粉尘高浓度区,其反应效率最高为,且易受到窑烧成温度的影响,过量的喷入氨水,不仅无法反应更易造成氨逃逸的超标。
窑尾系统还原气氛对氮氧化物有还原作用,但过强的还原气氛易造成一氧化碳浓度的成倍升高,造成能耗的巨大浪费。
选择性催化还原脱氮技术受制于反应温度局限及高浓度粉尘对催化剂的破坏作用,目前正在前期实验阶段,清华大学、、等地已有多家环保公司开展低氮技术研究,金隅冀东水泥、中建材等行业集团也在深入进行技改实验,尚未有成熟稳定的运行技术。
国外相关标准借鉴
国外相关标准
根据国家现行《水泥工业大气污染物排放标准》()编制说明,美国、欧盟、德国、日本等国家和地区的水泥行业大气污染物排放标准限值大致如下。
()美国
美国在联邦法规典中列出了针对水泥行业常规大气污染物的排放控制限值,排放限值见表,其限值制定是基于最佳示技术()
表美国水泥工业相关标准限值
受控设施工艺
污染物
建设、重建、改建
后建设、重建、改建
说明
水泥窑(包括)
磅吨生料(干态)
磅吨熟料()
磅≈,按每吨熟料烟气量计算
不透光率
—
熟料冷却机
磅吨熟料
其他——原料磨;
水泥磨;
原料干燥机;
原料、熟料及水泥产品贮库;
输送系统转运点;
包装;
散装水泥装卸系统等
()欧盟
欧盟在其综合污染预防与控制()指令中,对各典型行业(包括水泥行业)提出污染物排放要求。
为配合指令以及许可证制度的实施,根据各成员国和工业部门的信息交流成果,欧盟委员会出版了份行业参考文件()。
水泥行业文件最初发布于年月,最新的文件是年月,相应排放要求见表。
表欧盟水泥工业相关标准限值
排放源
相关排放水平
水泥窑
<
冷却、粉磨
其他产尘点
预热器窑
1.窑况良好时,可实现<有三家企业可达到排放水平。
2.如果采用初级措施技术后,>,则排放水平为。
立波尔窑、长窑
基于初始排放水平和氨溢出率。
与原料中含量有关
()德国
德国在《联邦排放控制法》下辖的《空气质量控制技术指南》中规定了对水泥工业的大气污染排放限值。
最新版(年)的《空气质量控制技术指南》对水泥行业的污染物排放要求为:
颗粒物、、(一般行业为)、氟化物。
()日本
日本对水泥工业的颗粒物排放限值区分了一般地区和特殊地区,一般地区的限值为,特殊地区的限值为。
日本对水泥工业的排放限值要求为和。
本标准限值与国外相关标准对比见表(只列水泥窑的)。
表本标准限值与国外相关标准对比情况一览表
国外标准
标准限值
粉尘
氟化物
美国
磅吨熟料()
欧盟
德国
日本
一般地区
特殊地区
本标准
国相关标准
()国家标准
国家现行的《水泥工业大气污染物排放标准》()的相关限值见表。
表国家标准限值(单位:
)
生产设备
现行标准
总体要求
重点地区
水泥窑及窑磨一体机
二氧化硫
氮氧化物
氨
汞及其化合物
烘干机、烘干磨、煤磨及冷却机
破碎机、磨机、包装机及其它通风生产设备
散装水泥中转站及水泥制品生产
水泥仓及其他通风生产设备
()市地方标准
市《水泥工业大气污染物排放标准》()规定:
自年月日起,现有污染源执行表中第时段的排放限值。
表市地方标准
时段
受控工艺或设备
氮氧化物(以计)
氟化物(以总计)
汞及其化合物(以计)
第时段
水泥制造
水泥窑及窑尾余热利用系统
破碎机、磨机、包装机及其它通风的生产设备
水泥仓及其它需要通风的生产设备
适用于水泥窑烟气脱硝使用含氨还原剂的情况。
()省地方标准
省《建材工业大气污染物排放标准》()规定:
现有企业和新建企业分别执行表中规定的“现有企业”与“新建企业”大气污染物排放浓度限值。
表省建材工业大气污染物排放浓度限值
单位:
工业
污染物项目
现有企业
新建企业
水泥
矿山开采:
破碎机及其他通风生产设备
水泥制造:
[]
氨[]
破碎机、磨机、包装机及其他通风生产设备
散装水泥中转站及水泥制品生产:
()本标准限值与国相关标准对比
本标准限值与国相关标准对比见表,由表中数据分析,本标准表中时段中的和均严于国家、地方标准中标准限值,但与地标相比,相对宽松。
表本标准限值与国相关标准对比情况一览表单位:
国标准
汞及其化
合物
氨
地标
()
污染控制技术分析
从水泥工业污染控制历程来看,过去主要是控制颗粒物排放,近年来随着人们对污染的认知,污染控制越来越受到重视。
颗粒物
我省水泥工业目前使用的除尘技术主要是布袋除尘以及电袋复合除尘器。
水泥窑的窑头、窑尾,采用布袋除尘器或电袋复合除尘器均可,根据烟气性质,一般需要对烟气降温调质,采用增湿等措施将高温气体降到℃以下和适宜的比电阻(<Ω)。
其他通风生产设备、扬尘点大多采用布袋除尘器。
()布袋除尘
布袋除尘技术是利用纤维织物的过滤作用(纤维过滤、膜过滤和颗粒过滤)对含尘气体进行净化。
它处理风量围大、使用灵活,适用于水泥工业各个工序废气的除尘治理。
选择适当的过滤材料是布袋除尘器的关键,目前可供选择的滤料材质主要有涤纶(聚酯)、丙纶(聚丙烯)、亚克力(聚丙烯腈)、(聚苯硫醚)、诺梅克斯(芳香族聚酰胺)、玻璃纤维、(聚亚酰胺)和(聚四氟乙烯)覆膜滤料等。
目前我省大部分水泥熟料生产企业窑尾布袋除尘器过滤材料均选用覆膜滤料,布袋除尘技术的除尘效率可达,窑尾颗粒物排放浓度可控制在以下,甚至更低,运行费用主要来自于更换滤袋和引风机电耗。
()电袋复合
电袋复合除尘器,就是在除尘器的前部设置一个除尘电场,发挥电除尘器在第一电场能收集粉尘的优点,收集烟气中的大部分粉尘,而在除尘器的后部装设滤袋,使含尘浓度低的烟气通过滤袋,这样可以显著降低滤袋的运行阻力,延长清灰周期,缩短脉冲宽度,降低喷吹压力,延长滤袋的使用寿命,相应减少了运行维护成本。
电袋复合除尘技术特别适用于原有静电除尘器的改造,它充分结合了电、袋除尘的优点,除尘效率可达,颗粒物排放浓度小于,甚至更低。
氮氧化物
水泥窑型对排放有重大影响,新型干法工艺能显著降低排放。
的产生于燃烧状况密切相关,因此可采取工艺控制措施,如低燃烧器、分解炉分级燃烧。
也可采用末端治理的方法,如、,是有效去除的环保措施。
()清洁生产工艺
新型干法水泥生产用燃料分别从窑头和分解炉喷入,窑头煤粉燃烧最高温度可达℃以上,且烧成废气在高温区停留时间较长;
煤粉在分解炉处于无焰燃烧状态,燃烧温度为℃左右。
由于的燃烧料在分解炉燃烧,燃烧温度低,在此几乎没有热力型生成,只产生燃料型,因此与普通回转窑(熟料)相比,削减了的排放,可使新型干法工艺排放量控制在熟料。
()工艺控制措施
工艺控制措施主要是应用低燃烧器、分解炉分级燃烧,以及保证水泥窑的均衡稳定运行。
低燃烧器具有多通道设计,一般为三、四通道,分为风、煤风、外风,各有不同的风速和风向(轴向、径向),在出口汇合形成同轴旋转的复杂射流。
操作时通过调整、外风速和风量比例,可以灵活调节火焰形状和燃烧强度,使煤粉分级燃烧,减少在高温区的停留时间,相应减少了产生量。
分解炉分级燃烧包括空气分级和燃料分级两种,都是通过对燃烧过程的控制,在分解炉产生局部还原性气氛,使生成的被部分还原,从而实现水泥窑系统减排。
工艺波动会造成水泥窑浓度的剧烈变化(浓度可以作为水泥窑工艺控制参数),需要保持水泥窑系统的均衡稳定运行。
通过保持适宜的火焰形状和温度,减少过剩空气量,确保喂料量和喂煤量准确均匀稳定,可有效降低排放。
上述工艺控制措施综合使用,大约可降低的排放量,相应排放浓度可控制在,相当于末端治理前初始浓度在。
()末端治理措施
目前应用较多、相对成熟的末端治理措施是选择性非催化还原技术(),选择性催化还原技术()还在进一步示完善中。
是以分解炉膛为反应器,通过向高温烟气(℃)中喷入还原剂(常用液氮、氨水和尿素),将烟气中的还原成氮气和水。
该技术系统简单,去除效率约,排放浓度可控制在。
工艺过程控制(低氮燃烧分解炉分级燃烧)末端治理,排放浓度可控制在。
是在水泥窑预热器出口处安装催化反应器,在反应器前喷入还原剂(如氨水或尿素),在适当的温度(℃)和催化剂作用下,将烟气中的还原成氮气和水。
该技术去除效率可达,排放浓度可控制在左右。
从目前技术的发展情况来看,有两种选择:
一是将设备安装在除尘器之前,这时烟气温度较高,可满足催化还原反应要求,但由于粉尘浓度过高,会造成催化剂磨损和堵塞。
另一种选择是将设备安装在除尘器之后,这时粉尘浓度非常低,没有了催化剂堵塞问题,但由于温度下降较多,催化还原反应温度不够。
目前大多数专家倾向于将设备安装在除尘器之后,希望通过加温的方式将烟气温度提高,从而满足的催化还原反应温度要求。
技术一次投资较大,运行成本主要取决于催化剂的寿命。
由于水泥窑尾废气粉尘浓度高,且
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