我國的水泥產(chǎn)量連續(xù)多年世界第一, 水泥窯對大氣環(huán)境的污染與防治尤需重視。只有搞好環(huán)保,我國的水泥工業(yè)才能健康可持續(xù)發(fā)展, 本文就水泥窯廢氣污染與防治的幾個問題進(jìn)行討論。

1 　水泥窯有害氣體的污染不容忽視

我們通過對華南地區(qū)多家水泥廠的調(diào)研, 深感水泥窯有害氣體的污染問題應(yīng)引起足夠的重視, 表1 為有代表性的幾種水泥窯廢氣的SO2 、NOx 、CO及煙塵濃度與排放量。

從表1 可見, 水泥窯的有害氣體污染不容忽視。水泥窯的煙塵污染因較直觀, 易引起人們的重視。而SO2 等有害氣體的污染往往易被忽略。

新型干法預(yù)分解窯尾廢氣的SO2 濃度相當(dāng)?shù)?但NOx 濃度卻不低。NOx 與SO2 同樣為酸雨的前驅(qū)物。表1 中的濕法回轉(zhuǎn)窯廢氣的SO2 濃度甚高,濕法回轉(zhuǎn)窯的能耗亦高, 被淘汰是必然的。機(jī)立窯廢氣的CO 濃度高, SO2 濃度亦不低, 且目前已普遍加了螢石, 氟的污染亦不容忽視。

2 　水泥窯廢氣的SO2 污染與防治

從表1 可見, 新型干法生產(chǎn)的預(yù)分解窯排放廢氣的SO2 濃度最低。這有幾方面的原因: 新型干法窯對原燃料的硫堿等組分, 特別是硫堿比有嚴(yán)格的限制。預(yù)分解窯熟料的燒成熱耗較低, 當(dāng)煤的含硫量相同, 則燃料所帶入的硫就較少。預(yù)分解窯相當(dāng)部分燃料在分解爐內(nèi)燃燒, 分解爐溫度一般為830～ 930 ℃, 其生料中大部分CaCO3 已分解為CaO , 此溫度下的CaO 有較強(qiáng)的吸硫作用。即使有部分預(yù)分解窯的窯尾廢氣不經(jīng)分解爐而進(jìn)入懸浮預(yù)熱系統(tǒng), 由于氣固兩相充分接觸, 固相中含有相當(dāng)數(shù)量的CaO , 使廢氣中SO2 大多能被吸收。不少新型干法窯設(shè)置了增濕塔, 或在進(jìn)入收塵系統(tǒng)前噴水, 這均有助于降低廢氣中SO2 含量。

濕法回轉(zhuǎn)窯料漿含水量多, 蒸發(fā)水分需消耗能量, 熱耗當(dāng)然較高。在煤含硫量相同的情況下, 其燃料所帶入的硫量就較多。另外, 濕法回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料主要呈堆積狀態(tài), 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煙氣與物料接觸不充分, 吸收SO2 的作用也相對較弱。表1 中③、④、⑤號為同一家水泥廠的三臺窯。⑤號窯是由濕法回轉(zhuǎn)窯改造為濕磨干燒預(yù)分解窯, 經(jīng)改造后, 其SO2 濃度明顯下降。

表1 中⑥、⑦號為同一家立窯水泥廠的兩臺機(jī)立窯, 其原燃料及工藝配方基本相同。編號⑦的機(jī)立窯廢氣SO2 濃度遠(yuǎn)高于⑥號機(jī)立窯。關(guān)鍵是⑦號機(jī)立窯僅采用電收塵器除塵, 而⑥號機(jī)立窯的煙氣處理為沉降室加含堿性廢液的水溶液噴淋。盡管采用電收塵器的立窯煙塵濃度較低, 但其作用主要是除塵, 對治理廢氣SO2 作用不大。而對立窯煙氣采用含堿性廢液的水溶液噴淋, 對降低廢氣SO2濃度是有積極作用的。

3 　水泥窯廢氣的NOx 污染與防治

從表1 可見, 新型干法預(yù)分解窯或濕磨干燒預(yù)分解窯, 其廢氣NOx 濃度都相當(dāng)高, 而機(jī)立窯廢氣的NOx 卻相當(dāng)?shù)汀?/p>

煤燃燒過程中生成的NOx (包括NO 和NO2 )按生成機(jī)理分為熱力NOx 、燃料NOx 和激發(fā)NOx三種, 其中主要是前兩種。熱力NOx 是由大氣中氮在高溫條件下與氧反應(yīng)生成, 形成速度在很大程度上取決于溫度、氮在該溫度的滯留時(shí)間及局部氧濃度。燃料NOx 是由燃料中固有的氮經(jīng)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化而成, 其數(shù)量取決于燃料中的碳及揮發(fā)性氮的成分。激發(fā)NOx 是由烴基與大氣中氮結(jié)合而成。對于水泥窯廢氣NOx 污染來說, 主要是回轉(zhuǎn)窯廢氣的NOx 防治。降低水泥窯NOx 的方法有: 注入氨; 將引入分解爐的燃料分級燃燒; 采用窯自動控制降低NOx 排放, 使用低一次風(fēng)燃燒器, 以及分解爐采用高溫燃燒等。

氨注入法主要適用于預(yù)分解窯。把氨溶于水,注入預(yù)分解窯溫度于900～1000 ℃處。在燃燒過程中, 氨首先被OH基活化, 形成NH2 基, 使氧化氮分解形成氮?dú)饧铀４朔ㄐ鑷?yán)格控制氨注入?yún)^(qū)域溫度為900～1000 ℃, 且會使廢氣CO 排放量稍有增加。

將引入分解爐的燃料分級燃燒法。一部分三次風(fēng)送入分解爐下部, 以形成還原區(qū); 確保溫度為950～1050 ℃, 以保證下列反應(yīng)進(jìn)行: NO + C →N+ CO , NO + CO →N + CO2 ; 另一部分三次風(fēng)進(jìn)入分解爐上部, 形成確保燃料完全燃燒的氧化區(qū)。為控制還原區(qū)的溫度, 還將倒數(shù)第二級旋風(fēng)筒來的物料分別送入還原區(qū)和氧化區(qū)。

采用窯自動控制亦是降低NOx 排放量的一個辦法。通過對窯尾CO 和NO 值進(jìn)行比較, 窯的自動控制使過�？諝饬拷档阶畹�, 同時(shí)亦防止CO 值過高, 以控制NOx 排放量。此法可適于各類回轉(zhuǎn)窯, 其中濕法回轉(zhuǎn)窯及懸浮預(yù)熱器窯這些只在窯頭燃燒的水泥窯應(yīng)用此法效果較明顯。

提高燃燒器噴嘴的風(fēng)速可降低一次風(fēng)用量, 形成一個初始的貧氧區(qū)域, 減少NOx 形成。

進(jìn)分解爐的熱生料設(shè)置一個分料閥, 把熱生料分別從分解爐的上部與下部進(jìn)入, 以創(chuàng)造一個高溫區(qū)。這樣一方面有利于燃料的燃盡, 另方面有利于降低NOx 。因在分解爐的溫度范圍內(nèi), 燃料氮化物中的氮與氧生成NO 的反應(yīng)速度不如燃料氮與NO生成N2 與氧的反應(yīng)速度隨溫度提高而增加那樣快,從而有利于降低NOx 。

4 　水泥窯煙塵的污染與監(jiān)控中應(yīng)注意的問題

常會遇到這樣的情況: 有的水泥窯煙塵污染嚴(yán)重, 群眾反映亦甚強(qiáng)烈, 但年檢時(shí)其廢氣排放的含塵濃度遠(yuǎn)低于平時(shí), 甚至符合國家標(biāo)準(zhǔn)。這說明對水泥廠煙塵監(jiān)控存在一些值得重視的問題。

首先是收塵設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率問題。收塵器會因各種故障而停止運(yùn)作; 或收塵器本身的問題, 或其它原因致使收塵設(shè)備停止工作, 如進(jìn)入電收塵器的廢氣CO 濃度超過警戒值, 電收塵器自動跳停。一些環(huán)保意識差的企業(yè)問題還相當(dāng)嚴(yán)重。如有的廠電收塵器質(zhì)量差, 平時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間甚短, 僅作應(yīng)付環(huán)保檢測之用。故應(yīng)有效地監(jiān)控收塵設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率。

從檢測廢氣煙塵來看, 亦存在一些問題。如某立窯廠1995 年與1996 年的熟料產(chǎn)量基本持平, 生產(chǎn)工藝及收塵設(shè)備基本未變。但檢測所得的煙塵平均濃度及排放量1996 年明顯少于1995 年。1995年煙塵濃度為1004155mg/ m3 , 1996 年為598186mg/ m3 ; 1995 年煙塵排放量為34154kg/ h ,1996 年為9186kg/ h。前后兩次的檢測人員及儀器相同, 檢測的結(jié)果相距甚遠(yuǎn)。究其原因是1996 年檢測時(shí)已把鼓風(fēng)量減少至不足1995 年的一半, 使離窯面的煙氣量迅速減少, 在此情況下, 不僅離窯面廢氣的含塵濃度下降, 且因煙氣量減少, 煙氣于煙道及沉降室等收塵設(shè)備內(nèi)的流速亦下降, 有利于煙塵的沉降, 煙塵排放量大為減少。不過, 這只是虛假數(shù)據(jù)。故應(yīng)把水泥窯產(chǎn)量處于正常狀態(tài)作為檢測的必要前提。

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