吴善淦：水泥工业大气污染物超低排放治理技术探讨
水泥 中国水泥网信息中心 2020-09-14
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8月25日，由中国水泥网主办的“2020中国水泥行业超洁净排放技术交流大会”在浙江湖州盛大召开。中国水泥网高级顾问、袋委会原秘书长吴善淦做了题为《水泥工业大气污染物超低排放治理技术探讨》精彩发言。吴善淦从水泥工业大气污染物排放标准看治污技术的进步、水泥大气排放及超低排放的设定、超低排放治理技术问题的探讨及建议、实现水泥行业超低排放智能化运维管理的目标等方面展开了精彩分享。
一、从水泥工业大气污染物排放标准看治污技术的进步
对比近年来水泥大气污染物排放标准（GB4915）各版本颗粒物排放限值的变化，根据版本的变化预测的排放数据预测版本修订时间应该是2023年左右，届时，颗粒物：≤5mg/Nm3；NOX:≤50mg/Nm3；SOX:≤35mg/Nm3。
改革开放以来，我国水泥工业技术进步可谓日新月异，尤其是大气污染治理技术取得了巨大成就。就大气颗粒物污染治理来说，水泥工业颗粒物的排放从150mg/Nm3普遍降到现在的10mg/Nm3以下用了不到30年时间，吨水泥熟料颗粒物排放量从2.5%左右降到现在的0.1%以下，成就斐然。尤其是最近几年水泥行业推行的超低排放和超净排放，水泥行业颗粒物的排放已经不是问题了，对于水泥工业超低排放现在要解决的最大技术问题是NOX和SOX排放。
二、水泥大气排放现状及超低排放的设定
“超低排放”的概念源于火电厂燃煤电厂废气治理，比照天然气燃气轮机组标准设计的排放限值，比目前GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》中规定的重点地区燃煤锅炉特别排放限值更低。
由于各行业特点及工艺技术路线不同，产生污染物浓度差别很大，现阶段水泥行业应根据实际情况和现有技术水平，设定较合理的水泥厂超低排放浓度限值（建议值），用几年时间通过各方努力，最终实现真正的超低排放限值“目标值”。
随着环保政策的进一步收紧，多省市连续出台水泥工业大气污染物特别排放限值实施计划，要求水泥行业完成超低排放，颗粒物、SOX、NOX都要求分别不高于10mg/Nm3、50mg/Nm3、100mg/Nm3排放浓度，有些省份还有更为严格要求，要求达到电力行业超低排放要求，这是有很多不合理的。对于NOX和SOX来说，排放浓度关系到生产成本和错峰停产问题。
尤其在当下，水泥企业降低污染物排放已不仅仅是提升自身竞争力的需要，在淘汰落后产能的进程中，企业的环保水平正在成为事关生存与发展大计的政策指标。而在水泥行业传统三大污染物的治理中，NOX和SOX因其超低排放技术难度高，投资和运行成本大，中国水泥网总结了10多种脱硝技术方案，但目前还没有成熟的示范技术可供参考，因而成为当前各水泥企业关注的焦点。
三、大气污染治理超低排放技术问题的探讨及建议
按国家环保排放监测要求，现在所有水泥生产线主要排尘点，特别是窑头、窑尾、煤磨及生料磨，全部设置了废气排放在线监测，粉尘、SOX、NOX等有害物排放值实时传送到环保监测部门，限值一般按功能区和地方政府的规定执行。虽然地方政府的规定限值一般都低于国家标准限值，但实际上都很难能达到燃煤发电行业超低排放值，对SOX、NOX基本是执行国家排放标准上限，如何达到现阶段建议值，在技术上还需要探讨。
水泥工业颗粒物超低排放
通过这几年的电改袋和袋改袋，大多数水泥企业的颗粒物排放都能达到低于10mg/Nm3排放要求，这得益于这些年袋式除尘技术的进步。对于颗粒物的排放，即使再低的排放要求也不会增加生产成本，但水泥行业要真正做到超低排放有几个关键技术供参考：
1、科学的设计平台（三维设计、可视化仿真等）
三维设计技术将现实中的产品虚拟化、可视化，可完成部件图、总装图的虚拟装配，可以在计算机中完整、直观的展现除尘器零部件及总体设备的全貌；三维动画可以更形象地演示除尘器运动部件的工作轨迹。
1）虚拟可视化预组装，杜绝漏件及设计错误，保证设计准确性和完整性；
2）关键部件的三维图直接导入数控机床，可直接完成部件的生产和加工；
3）可根据需要转化为二维图；
4）可帮助产品加工、安装等相关技术人员快速看懂二维图纸，可以远程指导设备加工及安装，提高产品加工及安装的工作效率，降低产品成本。
2、关键部件的精密加工，保证低阻、无泄漏
袋式除尘系统主要关键部件含：进风系统、过滤系统、检修系统、清灰系统、排灰系统和智能控制系统等，袋式除尘超低排放改造的几个主要技术指标：
（1）袋式除尘器各袋室流量最大偏差：≤6.0%以内；
（2）除尘器本体阻力：≤300pa；
（3）整个除尘系统漏风率：≤2%；
（4）选用高品质滤袋和袋笼，其中滤袋、孔板及袋笼完美的尺寸配合。
3、合理的过滤风速、适宜的滤料、优质的滤袋及缝制技术
袋式除尘器当超低排放过滤风速：≤0.8m/min；超细面层滤料或覆膜滤料均可用，不建议用复合滤料，对于含硫量高的烟气建议选用机织的玻璃纤维滤料；袋口用本布制作密封件，滤袋缝制的针孔必须用高温密封胶处理。
4、各种关键辅件（脉冲阀、袋笼、调节阀）的选择
必须选好关键辅件。袋式除尘器的主要辅件：进风阀、智能脉冲阀、袋笼、调节阀等，一定要选正规厂家产品。
5、袋式除尘器的智能化的运维管理（电力、钢铁已应用）。
以下是苏州一家公司利用物联网技术为袋式除尘系统开发的智能运维管理系统，已经在钢铁、电力和垃圾焚烧行业得到很好运用，最早的已经运行三年多了。
这套智能化脉冲袋式除尘系统物联网系统，是通过网络将获取的袋式除尘器进出口温度、风量、浓度、电磁脉冲阀、分气箱压力、系统阻力、离线阀、压气管路、料位计、破拱设备、输灰装置、卸灰阀、风机等工作数据，提供给袋式除尘智能化运维云平台进行分析处理和管理，全面掌握袋式除尘系统的运行健康状况，对故障单元实时报警，实现袋式除尘系统的长期、安全、稳定运行；甚至可以实时感知任一脉冲阀故障，并在任何终端设备（包括手机）上显示，解决袋式除尘器的故障报警和巡检问题，一条生产线只需一套智能运行平台就可以解决全工艺线多台袋式除尘器的运行管理问题。
水泥工业氮氧化物超低排放
目前我国水泥窑NOX减排实施的大多是低氮燃烧+SNCR脱硝技术路线，这种方案NOX减排实际运行效果是不稳定的，如果氨逃逸限制8mg/Nm3而采用SNCR脱硝也不可能实现超低排放，即便是达到100mg/Nm3也很难。
水泥行业要真正做到NOX超低排放50mg/Nm3只能采用 SCR技术。燃煤电厂在350℃（相当于预热器出口温度）左右应用钒钛系催化剂的SCR脱硝技术是成熟可靠的，但无论采用高温催化技术（高尘、低尘）还是低温催化技术，都需要增加投资和运行成本，都需要解决几个关键技术：
1、催化剂的用量（催化剂比表面积大，孔径就小）和使用寿命（废催化剂也是危废，处理成本很高）；
2、催化剂的中毒和失效问题（碱金属氧化物影响）；
3、催化剂的磨损和堵塞问题（尤其对高尘高温SCR脱硝技术）；
4、采用高温低尘SCR技术，必须要先解决300℃以上的高温除尘问题（应用案例）；
5、高温除尘主要是解决高温滤料问题，现在有金属纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、聚酰亚胺和碳纤维等。
水泥工业SOX超低排放
石灰石是生产水泥的主要原料，大多数水泥厂使用的石灰石含硫量很低，一般不会造成SO2超标排放，但确有部分地区石灰石的含硫量很高，随着品位的降低以及石灰石地域的限制，低钙高硫石灰石的大量应用，原料预热初期SO2就已产生，加上采用高硫煤或高硫石油焦等燃料，超出了烧成过程中的固硫量，造成水泥窑烟气中SO2排放浓度严重超标。
实现水泥生产中硫的超低排放是许多SO2排放超标工厂的重要课题。各企业应根据烟气中SO2 实际浓度的高低选取不同的方案，当SO2 确实太高建议采用合理的脱硫技术。
四、实现水泥行业超低排放智能化运维管理的目标
治污设备大型化，带来运维管理中的很多问题：如，运行参数控制复杂即不同的应用工艺、烟气参数、设备故障等，要求有个性化的运行控制；零部件品种、数量多，生命周期各不相同，需要有针对性地制定运维规划等。
面对以上问题，可采用在治污应用系统中引入物联网管理，实现运维控制的数字化应对措施，运行实时数据管理延伸到具体的管理者的终端设备中，随时随地都能确知运维数据，最终实现节能降耗，减少运维人力物力投入。
水泥企业在制定超低排放技术方案时，应因地制宜考虑达到更高的治污效率、更低的系统阻力、更可靠稳定的设备性能、更智能化的运维管理和更低廉的运行维护成本。
“节能减排是水泥工业永恒的主题”，技术进步永无止境，水泥行业的污染治理永远在路上，现在环保部门又提出水泥窑协同处置固体废弃物的VOCs的排放、水泥行业的噪声和汞的治理问题，问题总是在不断的提出和不断的解决，在治污道路上我们水泥企业也要有强烈的社会责任感。
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