我國水泥工業大氣污染物排放與治理分析

楊海毅 周立峰,* 何 陳

（1 凱里生態環境監測中心 貴州凱里 556000 2 貴州凱里瑞安建材有限公司 貴州凱里 556000）

引言

隨著我國工業的快速發展，空氣污染的類型和數量也在不斷增加。而作為污染嚴重的重工業，水泥產業是研究的重點。一是顆粒物，它長期存在于周圍的空氣中，對人類的健康和對大氣可見度都有很大的影響。二是氮氧化物，主要由一氧化氮（N2O）、二氧化氮（NO3）、四氧化二氮（N2O4）等組成。除一氯化二氮和二氧化氮以外，其它的氮氧化物都是非常不穩定的，遇光、濕或熱時會轉變成二氧化氮和一氧化氮。這些經常被稱作“煙霧”的幾種氣體混合物，主要成分是一氧化氮和二氧化氮，其中二氧化氮占主導地位。

1 水泥工業大氣污染物分析

近幾年，國家對大氣污染控制的重視程度不斷上升，制定了相應的控制法規，采取了相應的整改措施，使整個行業的技術水平得到了極大提升，然而，經過幾年的發展，一部分小型企業仍然在夾縫中以環保換利潤維持生產。技術落后、環境污染嚴重，不僅是水泥行業的“害群之馬”，還對其它相關產業也產生了一定的影響。

水泥是我國國民經濟的主要支柱行業，在過去的二十多年里，隨著經濟的發展，中國水泥的生產規模迅速擴大。我國的城市化和經濟的迅速發展離不開水泥行業的大力支持，但在一定程度上也存在著一些不容忽視的問題。水泥在土木建筑、水利、國防等領域有著廣泛的應用。水泥工業由于其產能龐大，已成為能源消耗與空氣污染的主要控制目標。水泥生產工藝復雜，產生的廢氣中有：微粒、二氧化硫、氮氧化物、氟化物。上述都是以水泥為主的重工業所排放的主要污染物，其中顆粒物和氮氧化物是水泥行業的首要污染物。

根據國家統計局的統計，全國煙塵中NOx排放量達2337.8 萬噸，其中工業廢氣中NOx排放量為1658.1萬噸，占70.9%；煙塵（粉塵）排放總量為1234.3 萬噸，而工業廢氣中的煙塵為1029.3 萬噸，所占比例為83.4%。同年，國家統計局水泥工業的數據顯示，工業規模以上水泥熟料產量12.79 億噸，水泥產量22.1 億噸，按目前的污染物排放系數計算，煤炭高溫燒成造成的煙氣直接排放約5 萬億/Nm3，排放的NOx約占全國排放總量的9%—10%，排放的煙（粉）塵約占全國排放總量的4%—6%（不含無組織排放），所占比例較以往數據大幅下降。機動車產生的NOx排放量在全國范圍內占到了27.4%，可見水泥行業的NOx排放量小于汽車尾氣。有關資料顯示，水泥行業在過去10 年中，不僅對國家經濟做出了巨大的貢獻，而且對環保工作也十分重視，為減少污染做出了一定的貢獻。

2 水泥工業大氣污染物排放的危害

2.1 顆粒物

水泥行業的粉塵危害主要有：長期暴露于水泥粉塵中，容易導致硅肺病、呼吸道病、消化道病、皮膚疾病；水泥粉塵不僅會對城市居民的生活、居住環境造成嚴重的影響，而且還會對城市的自然環境、人文景觀造成一定的破壞。

可吸入的顆粒物隨著人體呼吸而進入肺部，通過碰撞、擴散、沉積等方式在呼吸道的各個位置停留，直徑在5 微米以下的主要停留在上呼吸道。懸浮在鼻咽部、呼吸道中的微粒，會與吸入體內的SO2等有害氣體共同作用，對粘膜、纖毛造成損傷，導致氣道阻力增大。時間長了會引起COPD 的繼發性感染，從而增加肺心病的死亡率。微粒吸入后在呼吸系統中累積的微粒數目決定了空氣中總懸浮微粒對人類健康的影響。可吸入微粒會引起呼吸不順暢、咳嗽、氣喘等呼吸系統癥狀，加重已有的呼吸系統疾病和肺組織的損傷。

2.2 二氧化硫（SO2）

硫化物是引起預熱器和分解爐結皮堵塞的主要原因，是一類對生產有害且必須加以限制的物質。SO2在人體體液及其它粘稠液體中溶解，會對人體造成長期的危害，可引起各種疾病。SO2會對植株造成危害，嚴重時造成葉片表面出現腐爛的斑點，或者直接導致植株的葉子干枯和掉落。SO2對金屬的腐蝕，不但會帶來一定的經濟損失，還會對工業、生活、運輸等設施產生嚴重的危害。同時，長期的酸雨也會對土壤、水體造成一定的損害。

2.3 氟化物

氟化物是一種累積毒性物質，如果植物攝入過量的氟化物，會對其生長產生一定的影響，進而影響到食物鏈中的食草類。如馬、牛、羊等牲畜長期食用氟化物飼料，可導致慢性氟化物中毒，使其精神狀態差、體質衰弱、牙齒變黑、牙齒磨損、釉質脫落、牙齒長短不一、進食和咀嚼困難、骨頭脆、肋骨上長骨瘤等。如果體內的氟化物過量（一天需要1—1.5 mg），就會引起氟化物牙癥或氟化物骨癥，造成骨骼受損，四肢脹鼓疼痛，嚴重時容易出現骨質疏松、增生、骨折等。

3 水泥工業大氣污染物治理的作用

3.1 加強醫療管理

無論企業規模大小，都要按照《職業病防治法》《工作場所職業衛生監督管理規定》的要求，對水泥生產過程進行全面檢查。水泥生產企業應當制定健全的管理制度，在生產一線的工人，必須嚴格按照工作流程來工作。企業要確保無塵設施的投入，及時監控生產過程中的粉塵濃度，并定期檢測粉塵的危害，確保粉塵濃度在國家規定的范圍內。此外，企業還應該對職工進行職業健康教育，讓每位職工都能正確地了解水泥粉塵的職業病危害。因為水泥生產對工人的健康有很大的影響，所以公司必須建立一個健康檔案，這個檔案會伴隨著他們的工作歷程。通過這種方式，可以讓職工和企業更加關注自己的健康，并進一步強化水泥粉塵的治理。

3.2 加強粉塵防護

水泥生產企業應當把水泥從生產到最終的裝車、運輸等過程看做是一個完整的生產過程，并對各環節的污染進行全面地處理。這就要求企業進行技術更新，提高產品質量。包裝機要盡可能地減少灰塵，防止灰塵外泄，如果有脫袋現象，應該立即停止灌裝。應優先采用袋式除塵器，在包裝機底部、清包機、裝車機等易產生粉塵污染的場所，應增加除塵設備，并確保密封性能良好，避免二次污染。在包裝機外必須設置防護罩，這樣能有效地提高除塵設備的工作效率。另外，水泥的包裝必須符合國家有關規定，減少由于包裝材料本身的品質不合格造成的漏灰、噴灰、破袋等問題，使灰塵擴散。對于新建的水泥生產項目，必須優先使用全自動包裝設備，以減少對環境的污染[1]。

4 我國水泥工業大氣污染物排放現狀

新世紀我國水泥行業迎來了一次重大變革，進入了全新的干法水泥時代，行業集中度、技術先進程度、成熟程度都得到了極大地提高。根據中國水泥協會的數據，目前國內新建的干法水泥生產線1113 條，年設計熟料能力95859 萬噸，其中5000 t/d 及以上的水泥生產線270 條，占熟料總產能的45.27%，新型干法水泥所占比例已達到76.88%。

目前，國內主要采用的是2500t/d、5000t/d 生產線，我國的水泥生產企業以山東、安徽、浙江、四川、廣東、江蘇、河南為主，水泥行業的污染也是以這些省份為主。為了解水泥行業的大氣污染狀況，本文采用新型干式預分解技術，對山東、河南、江西、浙江、安徽、江蘇等地主要的大氣污染物進行了監測。受監測的熟料總產量占全國水泥熟料總量的2.91%和4.21%，其中2500 噸/天、5000 噸/天及以上的水泥熟料產量均為50%。

4.1 顆粒物排放現狀

目前，水泥行業的粉塵排放主要包括有組織排放和無組織排放兩大類，據統計，水泥行業的粉塵污染已經是我國工業粉塵污染的最大污染源。窯頭顆粒物排放超標現象較為嚴重，通過對窯頭的治理，可以大幅度地減少煙氣的排放。而水泥窯煙氣中的粉塵以細粒為主，因此，有效地提高除塵效果，對節約能源、保護環境可起到十分重要的作用。但是一些公司的粉塵超標并不是由于除塵裝置沒有達到除塵效率，而是由于一些設備的運轉不到位。比如，一家公司在監控過程中發現生料磨經常需要調整，造成了爐尾的煙塵排放超標。因此，要想減少微粒排放，必須加強對窯內各裝置的管理，確保各裝置的正常運轉。

4.2 SO2排放現狀

水泥行業排放的SO2是由水泥、燃油和高溫氧化產生的硫化物組成。而在水泥生產中，SO2大量產生于濕法回轉窯、機立窯等落后生產技術。在新型的干式回轉窯中，由于鈣含量豐富，鉀、鈉含量高，所生成的硫酸根揮發性很低，80%以上都是在水泥熟料中，因此，與其它工業窯爐（例如，電爐）相比，SO2的排放量要小得多[2]。

4.3 NOx排放現狀

在水泥生產中，氮氧化物是由高溫燃燒中的N2與氧氣發生化學反應而產生的。在新的干燥工藝中，約60%的燃料在低溫下進行燃燒，從而顯著地減少了NOx的產生。然而，目前國內的水泥企業并未對此進行有效的治理。

由于采用不同的燃料造成窯況不同，所產生的NOx濃度也會有差異。同時，在監測過程中還發現部分生產線上的煤耗占了44%，有的僅為36%，有的生產線上使用的煤中氮氣含量很高，最后造成了爐尾NOx濃度的升高。

4.4 氟化物排放現狀

燒結過程中的氟化物以原燃料為主。由于采用了含有高氟化物的螢石等材料來降低燒結溫度，因此，在尾礦排放的煙氣中通常難以檢出氟化物。根據全國水泥行業污染情況的調查數據，回轉窯尾煙中氟化物的濃度最高為45.2 mg/m3，最低為0.143 mg/m3。目前，許多公司在用螢石做礦化劑，同時也產生了大量的氟化物。

5 水泥工業大氣污染物排放治理技術及措施

5.1 顆粒物

針對有組織排放源，首先要使用合理的除塵裝置。袋式除塵器的除塵效果好，能夠長時間穩定地達到排放標準，而且粉塵和SO2的排放量都低于電除塵器，特別是在沒有停機的情況下，不存在超常規排放現象。從溫度、運行成本等方面考慮，采用電除塵器是合理的，但考慮到設備的整裝、設備檢修等因素，選擇了布袋除塵器。其次要做好日常的檢查，對使用時間長、磨損嚴重的濾袋要進行更換。

針對無組織排放的各個工序，要按照生產條件采用機械化、自動化、密閉的生產技術，以最小化跑風、跑料；針對露天大型原煤、燃料卸車坑、堆場、公路運輸等產生的無組織排放，揚塵點宜采用噴霧、灑水、栽種植物等方法，以達到國家規定的排放標準[3]。

5.2 二氧化硫

對于二氧化硫的治理，國內目前在水泥行業中僅采取了生產中盡可能降低SO2排放的措施。新的干法生產線一方面要合理地選用硫堿比，另一方面又采取將尾煙引入料磨系統的窯尾廢氣治理技術。在生料磨中，由于材料受到外力的影響，形成了許多新的界面，具有新界面的CaCO3活性很高，在低溫條件下還能吸附尾煙中的SO2；而生料磨粉中的水分含量較高，會加快CO3對SO2的吸附。

通過對采用袋式收塵器進行窯尾排放的監測，發現煙氣中SO2、NOx濃度變化很大，濃度降低30%—60%。這是因為在袋式收塵器的過濾袋面上收集的堿性物質與試圖穿過過濾袋的酸性物質結成鹽，導致酸性氣體的釋放濃度下降。根據原料中的硫化鐵含量，在預熱器排氣管路中添加適當的生石灰可以減少SO2的排放；還有使用濕法洗滌，可以減少廢氣中90%—95%的SO2。

5.3 氮氧化物

為了解決水泥燒結過程中氮氧化物的形成機制，各國都在積極探索利用合適的工藝來降低氮氧化物的排放。當前，國內新型干法窯內采用的主要控制技術有：一是對分解爐和窯內的燃燒系統進行優化；二是通過調整配方，添加礦化劑，改善原料的可燃性；三是使用低NOx燃燒爐；四是在尾段分解爐及管線內應用分級燃燒技術。但是，即便將以上四項技術都應用于實際，窯尾的NOx排放量也難以低于400 mg/m3，并且如果不正確地應用這些工藝，不僅會影響水泥的性能，還會增加新的污染物[4]。

選擇性催化還原技術對脫氮效果非常好，能夠將煙氣中的NOx濃度降低到100—200 mg/m3，并且對降低水泥窯內的排放效果沒有明顯的影響。但SCR 工藝不僅要采用貴金屬催化劑，而且由于粉塵濃度高、堿金屬含量高，很容易造成催化劑的毒性和阻塞，從而制約了該工藝的大規模推廣。與SCR 工藝比較，盡管采用選擇性非催化還原工藝降低了約45%—50%的脫硫效率，但成本僅為SCR 工藝的五分之一。利用SNCRSCR 技術對水泥窯煙氣NOx進行了控制，使其在水泥窯內的氮氧化物排放濃度達到200 mg/m3。

5.4 水泥工業大氣污染物排放治理措施

（1）依法兼并、取締小作坊。近年來，我國的水泥產業已經從最初的立窯、旋轉窯到新型的干法水泥窯，一次又一次的革新，一次又一次的淘汰。因此，要依法取締那些基礎薄弱，沒有環保設施的小廠，同時合理地合并一些企業。這樣才能達到環保的標準，產品質量優良的企業，才能更好地發展，為建筑業和其它相關產業，提供最基本的保障。

（2）嚴格執行國家有關排放標準。《水泥工業污染防治技術政策》是我國頒布的一項強制性規定。接下來的工作就是對這些企業進行嚴格地檢查，一旦發現有違法的行為，即給予一定的處罰。只有清晰的法規，強有力的控制，才能從根本上解決問題[5]。

（3）對水泥行業新建工廠進行嚴格控制。目前，國內的水泥產業發展得比較成熟，但由于產業的集中度不高，產品結構不夠合理，市場飽和度也不高，因此，在解決原有的水泥企業問題之前，應該“提高門檻”，對新的水泥工廠進行嚴格管控，防止一些人盲目跟風，投資建設工廠，如果技術落后，會對資源使用及環境保護，造成更大的壓力。

（4）大力推進水泥行業的技術創新。我國目前雖已有新工藝，但新工藝的綜合生產能力不足世界先進水平的十分之一，必須加快技術改造、升級和推廣，禁止繼續采用老式生產方式，在技術上降低生產過程中的污染。

（5）制定鼓勵發展新方法和新技術的政策。中小企業的環境保護設備落后、技術落后，原因在于資本不足、生產壓力大、投入高，技術革新不能科學、高效地進行，跟不上時代的步伐。為此，可以采取先行關停的政策，大力發展新方法新技術，使之在全國推廣。對具有較大生產能力、較高質量的企業，給予技術支持、技術指導、專業培訓、監督，實現技術進步[6]。

（6）開展區域性的整頓，提升產業的集中度。目前，我國水泥產業出現了一些問題，其中最大的問題在于產業集中度不高。一些地方的機構改革速度較慢，甚至還有政府的保護主義，這就導致了國家的政策執行速度很慢，現如今，我們的水泥企業還沒有形成強大的品牌和凝聚力，產業競爭激烈，并購重組也很困難。因此，要提高產業的集中度，形成整體的壟斷競爭格局，才能有效地優化產品結構，提高公司的發展水平。

結語

從以上分析可知，經過多年的努力，水泥行業的煙氣污染治理工作已有成效，但仍需加強對水泥窯煙氣的控制。目前我國的NOx排放水平尚未達到有關標準，但相關部門對此并未給予足夠的關注。隨著環保法規的不斷健全和環保力度的不斷加強，水泥行業的NOx排放將成為今后環保工作的重點。同時，我國的氟化物排放狀況也不容樂觀，必須進一步加大治理力度。另外，水泥企業在控制顆粒污染物方面也不能松懈，使用先進除塵設備的同時，還要加大對無組織粉塵的污染治理力度。