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技术 | 浙江省水泥行业超低排放改造技术与政策深化研究

北极星大气网  来源:水泥  作者:袁海英 周荣等  2021/9/29 8:04:41  我要投稿  

北极星大气网讯:摘要:水泥行业实施超低排放改造是一项系统的工程,有组织废气超低排放改造是重点,无组织排放改造是痛点,提升清洁方式运输比例是难点。有组织废气注意指标稳定可靠达标,针对颗粒物应采用覆膜滤袋,针对二氧化硫,应采用石灰石—石膏湿法等高效技术,针对氮氧化物采用多技术组合使用,做到源头控制—过程控制—末端治理相结合。此外,加强CEMS安装、调试、运行维护的规范性,监测点和监测平台的规范性。无组织废气从物料进厂到出厂进行全流程排查,优先做好密闭、封闭,对主要产尘点建立清单,主要下料口布设高清视频和颗粒物监控,并建立无组织集中控制系统,实现无组织废气抑尘除尘的控制可可视化展示和历史记录的查询。清洁方式运输,需要水泥企业、运输公司和政府部门协作,水泥企业自有车辆的更新,运输公司提升国Ⅴ及以上车辆的比例,政府部门通过强化监管和淘汰补贴,加快社会车辆的更新频次。全面做好水泥行业超低排放改造,涉及大量的投资和运行维护,通过信息公示、执法检查、差别化电价等手段加强长效管理,巩固超低排放成效。

自火电、钢铁行业全面执行超低排放改造以来,水泥工业大气污染物排放总量跃居首位,是非电行业管控重点。位于重点区域的河北、河南、安徽、浙江等水泥大省在开展水泥行业超低排放改造工作方面走在全国前列,出台有组织废气超低排放指标、无组织废气超低排放控制技术要求,并整合提出清洁方式运输要求等。

通过梳理水泥超低排放改造的政策起源和发展,特别是针对火电和钢铁尚不成熟的无组织排放改造的尺度和要求,有利于对标自查,明确水泥行业改造的目标、技术方法、投资、运行管理手段,有利于健全后期的长效管理制度,对于完善政策体系、指导企业实施改造、引导行业转型升级具有重大意义。

1 水泥行业超低排放改造起源与进展

超低排放概念起源于火电行业,2014年浙江嘉华电厂超低排放成功投运,是我国首个实现超低排放改造的企业。此后,在钢铁行业得以推广,国家出台了钢铁行业超低排放改造实施计划[]和评估监测技术指南[]等系列文件。自火电全面完成超低排放改造、钢铁行业全面推进超低排放改造以来,水泥工业大气污染物排放总量跃居首位,是非电行业管控重点行业。为加快水泥企业超低排放的力度与进度,国家及地方相继出台了超低排放的政策性文件。

首先在国家层面上,2017年发布了水泥工业排污许可证申请与核发技术规范[],提出了系统而全面的无组织管控措施和要求,2019年发布了《工业炉窑大气污染综合治理方案》[],针对水泥行业有组织、无组织技术要求,2020年发布了《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南(2020年修订版)》,将水泥行业超低排放与重污染天气企业停限产相关联,借此调动水泥企业超低排放改造积极性。河南、河北、山西、四川等水泥大省率先启动水泥行业污染物深度减排,出台了系列政策和标准。

浙江省2019年在结合地方特点的基础上出台了《浙江省工业炉窑综合治理方案》[],针对水泥行业提出了具有引导意义的拔高性要求,鼓励执行超低排放限值。2020年出台了《水泥行业超低排放实施方案》[]、《水泥行业超低排放评估监测技术指南》[],正在编制浙江省《水泥工业大气污染物排放标准》,这一系列文件全面规定了技术指标,规范了技术措施和清洁方式运输比例要求,水泥行业超低排放的概念得以深化和发展,除了对燃烧系统废气颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等排放限值持续收严外,还结合水泥行业无组织废气排放点多面广的特点,提出了更具针对性的无组织废气排放改造系列要求。此外,还将清洁方式运输纳入超低排放改造,是对《浙江省工业炉窑综合治理方案》、《水泥工业排污许可证技术规范》等系列技术文件的深化和延续。水泥行业实施超低排放改造,需从有组织排放、无组织排放、清洁方式运输全面提升,还需要加强台账建设、监测监控措施、环境管理体系用以佐证,相关提升整治完成后需编制评估监测报告。

2 有组织废气超低排放改造

2.1 有组织废气超低限值和技术

有组织废气包括窑头窑尾、独立热源等主要排放口和数量众多的小除尘器的一般排放口。其中窑头、窑尾废气的超低排放改造一直是水泥行业超低排放改造重点,因为减排投资大、污染物减排成效显著,水泥企业、技术单位和管理部门都非常重视。针对窑尾和窑头废气,各省市提出了不同尺度的管控指标,典型省市水泥行业超低排放的标准见表1。

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可以看到,对于颗粒物的指标,各省市一致将指标收严到10 mg/m3,技术方案采用覆膜滤袋。对于SO2,超低限值跨度较大,剔除非重点区域的海南,限值范围在20~50 mg/m3,虽然数值上有差异,但是要严格控制在50 mg/m3以下,基本需配套石灰石—石膏湿法等高效脱硫技术才能稳定可靠达标排放,对于深度脱硫技术的引导基本一致。对于NOx,其合理限值的确定一直是水泥行业的难点,在导向性指标和预期性指标方面,都期望收严至50 mg/m3以下,但是河北、河南等省份最后颁布具有法律效力的地方标准时,又放松到了100 mg/m3。主要是因为深度脱硝技术相对多样,目前经过广泛的试验示范,形成的主流技术有智能SNCR脱硝、高效脱氮管技术和SCR脱硝技术,另外还有尘硝一体化技术、LCR技术等相对小众技术。SCR脱硝技术作为火电行业的传统技术,各方面技术指标能全面达到超低限值,以河北新安新峰水泥为例:有3条熟料生产线,其中1#线熟料产能2 500 t/d,2#线熟料产能4 800 t/d,全部采用“高温电除尘器+SCR脱硝一体化技术”进行提标改造。改造后,1#线烟气入口氮氧化物浓度值为268.2 mg/m3,出口浓度值为22.0 mg/m3;2#线入口氮氧化物浓度值为450.9 mg/m3,出口浓度值为29.2 mg/m3,脱硝率均在90%以上,出口浓度值均低于50 mg/m3。但是SCR脱硝因占地大、投资大、运行费用高、对主生产系统有影响等诸多原因导致行业接受度偏低。智能SNCR脱硝和高效脱氮管相对于传统的SNCR脱硝和分级燃烧技术在技术手段上有质的提升,实现NOx<100 mg/m3综合性能较好,实现NOx<50 mg/m3技术可达,但是经济性显著下降,氨水消耗量大幅增加,综合性能不佳,对于本底氨的排放无法削减,无法保证氨达标排放。

2.2 有组织超低排放改造成本效益分析

有组织废气治理投资大。分别以典型的2 500 t/d和5 000 t/d的生产线各污染物执行不同排放限值进行技术选配和投资估算,详见表2~表4。再以浙江省为例,计算不同排放限值将对应的区域性污染物减排及对应的总投资,详见表5。截至2020年底浙江省在役水泥熟料线46条,其中5 000 t/d级熟料线23条,2 500 t/d级熟料线23条。依现行排放标准GB 4915—2013特别排放限值,全省减排成本为7.78亿元。执行Ⅰ阶段排放标准,除尘升级为覆膜袋除尘,脱硫仍采用半干法脱硫,脱硝选配最经济可行技术智能SNCR脱硝技术,投资取中位数,全省减排成本合计为17.09亿元,除尘和脱硝设备全部需要新增,即新增投资为16亿元。进一步收严到Ⅱ阶段排放标准,仅脱硝技术需要进一步升级,若采用目前相对成熟的SCR脱硝技术,全省实施改造新增投资约为18.85亿元;若采用相对经济可行技术高效低氮改造+智能SNCR脱硝技术,全省实施改造投资约为15.3亿元。可见执行Ⅱ阶段排放标准,投资大幅增加,技术选配需慎重。

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3 无组织废气清洁化改造

3.1 无组织排放技术要求和现状

《浙江省水泥行业超低排放改造实施方案》中关于无组织排放,主要有四个方面;一是密闭封闭,粉状物料要求做到密闭储存、密闭输送,块状物料要求封闭储存、封闭输送,针对主要的产尘点的具体细化要求主要来源于《水泥工业排污许可证技术规范》;二是要求水泥企业建立无组织排放清单;三是要求企业对产尘点设置高清视频监控和颗粒物监测;四是要求水泥企业建立无组织集中控制系统,实现主生产设施和环保治理设施的同步运行。

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3.2 密闭和封闭

关于密闭和封闭,水泥企业一直在持续改进,整体情况距离技术规范要求还有较大差距。以完整的“生料磨—回转窑—水泥磨”分析,主要问题分三个层级:一是未密闭/封闭,突出的环节在石灰石、砂页岩下料口,目前基本采用箱式货车直接卸载,仅有简单的围挡,部分企业会适当增加软帘,除尘器也仅仅配置在下料点下方的破碎机,下料点未配套除尘设施。此处建议实行整体封闭改造,整个卸载车关门作业,必要时在门口配置喷雾抑尘。二是具备良好的密闭/封闭条件,但封闭不全,主要是皮带运输机,存在老旧破损、检修孔未及时封闭,皮带输送机起点、终点和中间的转运站存在较多封闭不全的状态。三是具备良好的密闭/封闭条件,但作业时未做到密闭/封闭,主要是原料均化库、筒状库配料秤和皮带输送机。

3.3 无组织排放清单

目前尚无水泥企业建立无组织排放清单。根据钢铁行业推进超低排放改造,是要明确每一个储库、每个转运设施,鉴于水泥行业已经有较多的斜槽、溜子等,基本从配料秤进入传输带至磨机提升设施开始为全密闭态,至包装环节才会有产尘点。因此,无组织清单从原料进厂开始至磨机提升设施之前的环节、包装环节需按储存和运输分类建立清单,物料储存注明物料名称、种类、储库尺寸(长宽高、平面库面积、筒状库体积)、平面库通道数、物料堆取方式、生产设施、治理设施、监控设施,成对应关系;运输注明物料种类、名称、起点、终点、皮带长度,生产设施及主要参数、治理设施及主要参数、监测监控配置情况。从预热器熟料提升机—预热器—回转窑—篦冷机,需逐一排查,符合密闭条件注明密闭,并附图即可。其他行业通用的密闭输送环节,如“水泥磨提升机—水泥磨—包装机/水泥库”,可简化信息。对于不符合密闭条件,封闭不全的区域则应全面列明。

3.4 高清视频和PM监控

高清视频和PM监控目前在水泥行业用于服务超低排放监管的也几乎没有。《方案》中仅提及主要产尘点,尺度上比较难以把控,根据前期调研情况,应设置视屏监控和PM监测的主要产尘点有:(1)通过汽车运送进厂的物料的卸料口、石灰石卸料口、砂页岩卸料口、燃煤卸料口、石膏卸料口、混合材卸料口等;(2)水泥包装车间及码货车间;(3)散装水泥物流通道;(4)所有涉及平面库的物流通道;(5)水运码头。

3.5 无组织集中控制系统

无组织集中控制系统在水泥行业也是空白。建议无组织集中控制系统至少应包括三个模块:清洁方式运输模块,同步运行监控,主要产尘点PM监测、视频监控。清洁方式运输模块,需要将门禁系统和产销系统整合升级,核算的对象是进出厂物料的运输情况,包括车辆、船舶、皮带运输机和管道输送数据,水泥企业现在是对进出厂物料“一磅一单”,基本符合核查要求。同步运行,主要结合无组织排放清单进行设计,有除尘器、喷雾的环节,均应将主生产系统纳入集中控制。主要产尘点PM监测和视频监控,除了实现记录功能外,PM监测还能连锁喷雾抑尘设施自动启动。

4 清洁方式运输提升

各地市提出的超低排放改造政策中,浙江省对运输方式也提出了要求:进出企业的煤炭及其制品、石灰质原料、校正原料、协同处置涉及的固体废物、缓凝剂、混合材、熟料、水泥等大宗物料和产品采用铁路、水路、管道或带式输送机等清洁方式运输量比例应不低于80%;达不到的,2022年底前,汽车运输部分应采用达到国Ⅴ及以上排放标准的汽车或新能源汽车。燃油运输车辆应使用合格油品、安装远程排放监控设备并联网。

清洁方式运输量比例应不低于80%,有三个方面需要厘清:一是什么是清洁方式运输,方案中专指列明的铁路、水路、管道或带式输送机,罐装车、国Ⅴ以上燃油车和其他清洁能源车,是常规意义上的清洁方式运输,但不能计入清洁方式运输车辆。主要是因为方案的目的是引导企业使用铁路、水路、管道或带式输送机实现长距离输送,减少燃油运输车辆使用率。二是计算的对象须明确,是针对进出厂物料,进来的燃原料和辅料,出去的成品主要有熟料、散装水泥和包装水泥,均应计算在内,但不包括厂内短拨运输。三是针对厂内转运车有什么样的具体要求。依据密闭/封闭转运要求,具备条件的企业应优先改造为皮带运输机,确需使用燃油运输车辆的,燃油运输车辆应使用合格油品、安装远程排放监控设备并联网,根据燃油货车攻坚方案,具备条件安装远程排放监控设备并联网的,需达到国Ⅲ以上标准。

清洁方式运输比例达80%以上难度非常大,首先从整个省级层面宏观角度来看,具备清洁方式运输或高比例清洁方式运输条件的企业非常少:浙江省34家熟料线企业、102家独立粉磨线企业,具备火车运输条件的,仅有长兴南方、浙江巨泰建材2家企业,企业数量占比为1.5%。具备皮带运输条件的,浙江省内仅长兴境内建设有大物流通道,仅有上海南方旗下5家企业可以使用,企业数量占比为3.7%。浙江省水系发达,整体水运条件较好,具备水运条件的企业数占比可达50%以上。

具体到企业,符合清洁方式运输可达80%及以上的企业非常少:含熟料线企业以长兴某运输条件较好的企业为例,具备火车运输条件,主要限于运煤和散装水泥,火车运输量占进出厂运输量的5%以下;具备皮带运输机,但主要限于石灰石矿和水泥熟料,占进出厂运输量50%以下;不具备水运条件;综合清洁运输比例在55%以下。独立粉磨站以嘉兴某运输条件较好的企业为例:具备水运条件,可实现水泥熟料、粉煤灰等所有原辅材水运,但是所有包装水泥和散装水泥基本为企业运输,清洁方式运输比例初步统计也在55%以下。大部分企业初步测算清洁方式运输比例为20%~47%,运输条件较差的企业,清洁方式运输比例甚至低于10%。这与水泥行业特点有关,运输条件较好的企业,也仅仅是燃原料等进项可以部分或全部采用清洁方式运输,但是产品基本都是采用汽车运输,特别是包装水泥,全部为汽车运输,散装水泥也仅有小比例采用水运。不同于钢铁行业产品主要是进入下游金属制品业进行二次加工,水泥行业的产品直接面向客户,汽车运输是最高效的运输方式。

在达不到80%的清洁方式运输比例的,企业需满足所有运输车辆为国Ⅴ以上或是新能源汽车,但是目前社会车辆国Ⅴ以上比例约为48%。企业可以去争取好的社会车辆,但是落到实施层面仍然难度很大,尤其以包装水泥为甚,大多数车辆为提货单位车辆,不受企业控制。企业运输原料的自有车辆和外包车辆还能有一定比例的提升。

要完成水泥行业清洁方式运输的任务,需要多方面同时发力:首先企业层面,需要企业切实承担起主体责任,针对不同来源的车辆采取不同的手段:对于自有车辆,积极安排车辆更新,对于委托外部的车辆,切实对运输公司提出要求,对于自提货客户单位的运输车辆,出具提货告知书,国Ⅴ以下的运输车辆将不得入内。此外,从硬件设施方面,将车辆信息纳入门禁系统,不满足清洁方式运输的车辆不得入内。其次是政府层面,加快推动社会车辆的整体升级,社会车辆国Ⅴ以上车辆比例大幅提升;此外,管控手段上需保持一致。

5 浙江省水泥行业超低排放政策深化研究

从水泥行业超低排放改造完成情况来看,河南生态环境厅率先公示了“完成超低排放改造评估监测钢铁水泥企业名单”,截至2021年5月底,河南省135家水泥企业“有组织排放、无组织排放”完成了超低排放改造评估监测,其中熟料线企业50家。河北省邯郸市大力推进水泥行业粉尘治理,全市4家水泥厂完成超低排放改造。浙江省长兴县要求在2021年10月完成水泥熟料企业和独立粉磨站超低排放改造,兰溪市要求在2021年完成7条水泥(熟料)制造企业(生产线)、8家独立粉磨站的超低排放清洁技术改造,提升环保管理水平。

水泥行业超低排放改造经济政策积极跟进电厂超低排放改造电价补贴、钢铁行业超低排放改造差别化电价政策。河北、河南、青海、福建等地曾下发对水泥企业超低排放差别化电价政策的通知,其中,以河南为例:河南地区要求一项未达到超低排放要求的用电价格每千瓦时加价0.01元(含税);两项未达到超低排放要求的单位电价加价0.03元;三项均未达到超低排放要求的单位电价加价0.06元。完成全部超低排放改造的企业,则用电不再加价。于水泥企业而言,阶梯电价的实施只是作为一种方式促进行业超低排放改造、节能降耗技术升级,在水泥行业节能减排、绿色发展的大趋势下,水泥企业应认识到绿色转型的紧迫性和意义,抓紧时间进行转型升级。

水泥行业超低排放改造作为一项系统工程,涉及大量的人力、物力投入,差别化电价可以作为一个长效监管手段,应结合年度执法检查、超低排放企业名单动态化更新和执行加价企业名单定期公示等举措,巩固超低排放成果和环境效益。此外,浙江省正在编制《水泥工业大气污染物排放标准》,将从执法层面全面收严有组织废气排放指标,并且还对无组织排放增加了行为规范。

6 结论

(1)水泥行业实施超低排放改造是一项系统的工程,有组织废气超低排放改造是重点,无组织排放改造是痛点,提升清洁方式运输比例是难点。

(2)有组织废气注意指标稳定可靠达标排放,针对PM应采用覆膜滤袋,针对SO2应采用石灰石—石膏湿法等高效技术,针对NOx采用多技术组合使用,做到源头控制—过程控制—末端治理相结合。此外,加强CEMS安装、调试、验收、运行维护的规范性,监测点和监测平台的规范性。

(3)无组织废气从物料进厂到出厂进行全流程排查,优先做好密闭、封闭,对主要产尘点建立清单,主要下料口布设高清视频和PM监控,并建立无组织集中控制系统,实现无组织废气抑尘除尘的控制可可视化展示和历史记录的查询。

(4)清洁方式运输,需要水泥企业、运输公司和政府部门协作,水泥企业自有车辆的更新,运输公司提升国Ⅴ及以上车辆的比例,政府部门通过强化监管和淘汰补贴,加快社会车辆的更新频次。

(5)全面做好水泥行业超低排放改造,涉及大量的投资和运行维护,通过信息公示、执法检查、差别化电价等手段加强长效管理,巩固超低排放成效。

作者单位:衢州清泰环境工程有限公司,浙江省环境保护科学设计研究院,浙江南方水泥有限公司

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