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...

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 [email protected]

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

•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。

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2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

年代

水泥产量（亿吨）

0.00%

2.00%

4.00%

6.00%

8.00%

10.00%

12.00%

14.00%

16.00%

18.00%

20.00%

水泥产量增速


•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


•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

2009年水泥行业能源消耗比重

86. 18%

11. 03%

0. 63%0. 41%1. 18% 0. 09%

煤炭电力热力柴油煤矸石工业废料


不同窑型能耗水平存在显著差异


•行业集中度明显提高（前十位产量 > 40% ）

企业名称熟料产量

(万吨)去年同期

(万吨)全国的比重

(%)

全国 128,137.04 111,375.43

海螺水泥 13,119.90 11,303.32 10.24

南方水泥 7,564.34 6,913.07 5.90

冀东水泥 5,028.15 3,898.99 3.92

中联水泥 4,771.75 5,046.23 3.72

华润水泥 4,670.48 3,147.17 3.64

中材集团 4,376.70 3,348.69 3.42

山水集团 3,304.30 2,858.32 2.58

台泥水泥 3,034.02 2,746.37 2.37

金隅集团 2,921.79 2,243.73 2.28

华新水泥 2,751.65 2,367.81 2.15

主要内容





新型干法

立窑

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

水泥生产线示意图


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。

主要原材料


•石灰质原料 •粘土质原料 •辅助原料三类

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。


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

组分

品种代号

熟料+石膏粒化高炉

矿渣

火山灰质

混合材料粉煤灰石灰石

P·I 100 - - - -

≥ 95 ≤ 5 - - - 硅酸盐水泥 P·Ⅱ

≥ 95 - - - ≤ 5

普通硅酸盐水泥 P·O ≥ 80且<95 >5 ≤且 20a -

P·S·A ≥ 50且<80 >20且≤ 50b - - - 矿渣硅酸盐水泥

P·S·B ≥ 30且<50 >50且≤ 70b - - -

火山灰质硅酸盐

水泥 P·P ≥ 60且<80 - >20且≤ 40c - -

粉煤灰硅酸盐水泥 P·F ≥ 60且<80 - - >20且≤ 40d -

复合硅酸盐水泥 P·C ≥ 50且<80 >20且≤ 50e

通用水泥分类


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。

颗粒物 NOx CO2

SO2 氟化物噪声

•水泥工业主要污染物

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



颗粒物 NOx CO2 SO2

主要内容




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)


废水序号工艺名称规模等级污染物指标单位排污系数

1 新型干法 ≥2， 000 （吨 - 熟料 / 日）工业废水量吨 /吨 - 产品 0.003

化学需氧量克 /吨 - 产品 0.12

2 新型干法＜ 2， 000 （吨 - 熟料 / 日）工业废水量吨 /吨 - 产品 0.004


3 立窑全部工业废水量吨 /吨 - 产品 0.007


4 粉磨站全部工业废水量吨 /吨 - 产品 0.002


5新型干法熟料基

地全部工业废水量吨 /吨 - 产品 0.002



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

序号工艺名称规模等级污染物指标单位排污系数

1 新型干法 ≥2， 000 （吨 - 熟料 /日）

工业废水量吨 /吨 - 产品 0.003


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

三、主要污染物核算 - 废气

废气水泥窑设计风量

序号设备名称风量备注

1 立窑（ 2000～3500） G ， Nm3/h

G 为窑台时产量， t

2 窑外分解窑（ 1400～2500） G ， Nm3/h

G 为窑台时产量， t

3 熟料篦冷机（ 1200～2500） G ， Nm3/h

G 为篦却机台时产量， t

三、主要污染物核算 - 废气

废气序号工艺名称规模等级废气来源单位排污系数

1 新型干法 ≥4 ， 000（吨 - 熟料 / 日）窑炉立方米 / 吨 - 熟

料 3 ， 964

工艺立方米 / 吨 - 产品 1,286

2 新型干法 2 ， 000～ 4 ， 000（不含）（吨 - 熟料 / 日）

窑炉立方米 / 吨 - 熟料 4.069


3 新型干法＜ 2 ， 000（吨 - 熟料 / 日）窑炉立方米 / 吨 - 熟

料 4 ， 069


4 立窑 ≥10（万吨 - 水泥 / 年）窑炉立方米 / 吨 - 熟

料 2,644


5 立窑＜ 10（万吨 - 水泥 / 年）窑炉立方米 / 吨 - 熟

料 3,275


6 粉磨站 / 工艺立方米 / 吨 - 产品 1,135

7 新型干法 ≥4 ， 000（吨 - 熟料 / 日）窑炉立方米 / 吨 - 产

品 3 ， 964

工艺立方米 / 吨 - 产品 857

8 新型干法＜ 4 ， 000（吨 - 熟料 / 日）窑炉立方米 / 吨 - 产

品 4 ， 069

工艺立方米 / 吨 - 产品 857

废气量产排污系数表

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

熟料

原料库

废气

水泥

生料库


粉尘不同工艺生产线粉尘排放系数表（ 1992 年）

工艺与规模排放系数（ kg/t熟料）

窑外分解窑 0.311

预热器窑 0.514

立波尔窑 0.379

湿法窑 2.638

立窑 0.635

不同工艺生产线粉尘排放系数表（ 2008 年）

序号工艺名称规模等级排污系数

kg/t 产品

1 新型干法 ≥4， 000 （吨 - 熟料 / 日） 0.088

2 新型干法 2， 000～ 4， 000 （不含）（吨 - 熟料 / 日） 0.097

3 新型干法＜ 2， 000 （吨 - 熟料 / 日） 0.211

4 立窑 ≥10 （万吨 - 水泥 / 年） 0.316

5 立窑＜ 10 （万吨 - 水泥 / 年） 0.379

6 粉磨站≥60 （万吨 - 水泥 / 年） 0.177

＜ 60 （万吨 - 水泥 / 年） 0.228

7 新型干法 ≥4， 000 （吨 - 熟料 / 日） 0.059

8 新型干法＜ 4， 000 （吨 - 熟料 / 日） 0.065

•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。

序号工艺名称规模等级末端治理技术名称排污系数千克 /吨 - 熟料

1 新型干法 ≥4 ， 000 （吨 - 熟料 /日）

过滤式除尘法（复膜） 0.126

过滤式除尘法（普通） 0.189

静电除尘法 0.252

3 新型干法＜ 2 ， 000 （吨 - 熟料 /日）



4 立窑 ≥10 （万吨 - 水泥 / 年）



其它除尘方法 0.530

5 立窑＜ 10 （万吨 - 水泥 / 年）



其它除尘方法 0.530

6 新型干法熟料基地

过滤式除尘法（复膜） 0.126




烟尘不同工艺生产线烟尘排放系数表（ 2008 年）


粉尘 = 水泥产量×粉尘排放系数

•排放系数计算

•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

烟尘 = 熟料产量×烟尘排放系数

三、主要污染物核算 - 二氧化硫

来源：

原料、燃料

二氧化硫

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。

治理措施：

无专门脱硫设施排放点：

窑尾、烘干机

来源：

原料、燃料


序号工艺名称规模等级污染物指标单位排污系数

1 新型干法 ≥4 ， 000 （吨 - 熟料 / 日）二氧化硫千克 /吨 - 熟料

0.066①

0.099②

0.132③

2 新型干法 2 ， 000～ 4 ， 000 （不含）（吨 - 熟料 / 日）二氧化硫千克 /吨 - 熟料

0.073①

0.109②

0.146③

3 新型干法＜ 2 ， 000 （吨 - 熟料 / 日）二氧化硫千克 /吨 - 熟料

0.079①

0.119②

0.158③

4 立窑 ≥10 （万吨 - 水泥 / 年）二氧化硫千克 /吨 - 熟料

0.234①

0.352②

0.470③

5 立窑＜ 10 （万吨 - 水泥 / 年）二氧化硫千克 /吨 - 熟料

0.234①

0.352②

0.470③

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


排放系数计算

1. 确定煅烧用煤全硫量

2. 根据生产线规模确定排污系数

3. 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

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%。

三、主要污染物核算 - NOx

标准年号适用时间

生产设备名称

氮氧化物排放浓度 (mg/m3)

颗粒物排放浓度 (mg/m3)

一级二级三级

1985 现有生产线回转窑 / 立窑 / 150 400 600

1996

1985.8.1 之前建设回转窑 / 立窑

800

150 400 600

1985.8.1-1996.12.31 建设回转窑 / 立窑 / 150 300/400

1997.1.1 之后建设回转窑 / 立窑 / 100/150 100/150

2004

2006.7.1-2009.12.31现有生产线水泥窑及窑

磨一体机 800

100

2005.1.1 新建2009.12.31 现有 50

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


• 广东省地方标准DB44/818-2010

标准年号适用时间适用生产线生产设备名称氮氧化物排放浓度

(mg/m3)

20102012.1.1

A区域现有生产线水泥窑及窑磨一体机

550新建生产线水泥窑及窑磨一体机

2014.1.1 所有生产线水泥窑及窑磨一体机

• 北京市地方标准DB11/237-2004

广东省水泥工业大气污染物排放标准

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标准年号适用时间适用生产线生产设备名称氮氧化物排放浓度

(mg/m3)

2004

至 2006.12.31 所有区域水泥窑 800 （ 2.4 ）

2007.1.1 A 区水泥窑禁止排放

2007.1.1 B区水泥窑 500 （ 1.5 ）


• 杭州地方标准

氮氧化物排放浓度 150(mg/m3)

• 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%


• 欧盟平均排放浓度 785mg/m3

最高 2040 mg/m3

最低 145 mg/m3

欧洲水泥协会 2006 年统计数据

20%生产线排放浓度 <500 mg/m3

12%生产线排放浓度 >1200 mg/m3


• 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。


氮氧化物减排技术

燃烧前控制

燃烧后控制

燃烧中控制

燃料的脱氮工艺改进

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

选择性非催化还原法 SNCR选择性催化还原法 SCR


燃烧中控制

分级燃烧：将燃料，空气和生料分阶段引入


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

空气和燃料分级燃烧

顺序投加与原料分级


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；

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

含氨基的替代燃料


选择性催化还原法（ Selective Catalytic Reduction， SCR）

催化剂最优催化温度 300 - 450 ℃ ℃

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

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


序号脱硝方法与措施排放水平（mg/m3）减排比例

1 低 NOx 燃烧器降低 50-100 5%-10%

2 空气分级燃烧降低 100-200 20%-30%

3 氨基废物协同处置降低 100-200 20%-30%

4 过程控制与SNCR协同

作用降低 300-600 30%-60%

过程控制脱硝效果估算表（本底值 800-1000 mg/m3 ）


成本种类单位 SNCR 工艺 SCR 工艺

总投资欧元约 88 万约 640 万

单位运行成本欧元 /t 熟料 0.40 0.70

单位总成本欧元 /t 熟料 0.54 1.43

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)



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；

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

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


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。


•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。

特点

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。

全口径核算


排污系数序号工艺名称规模等级单位排污系数

1 新型干法 ≥4 ， 000 （吨 - 熟料 / 日）千克 /吨 - 熟料 1.584

2 新型干法 2 ， 000～ 4 ， 000 （不含）（吨 - 熟料 / 日）千克 /吨 - 熟料 1.746

3 新型干法＜ 2 ， 000 （吨 - 熟料 / 日）千克 /吨 - 熟料 1.746

4 立窑 ≥10 （万吨 - 水泥 / 年）千克 /吨 - 熟料 0.243

5 立窑＜ 10 （万吨 - 水泥 / 年）千克 /吨 - 熟料 0.202

全口径核算


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。


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。


宏观核算法

新增削减量

其中：


参数选取原则：

1. 熟料与水泥比为 0.64

2. 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%。

3. 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。

4. 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。

谢谢 !

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