【水泥廠中的廢氣】水泥廠的廢氣排放

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1、【水泥廠中的廢氣】水泥廠的廢氣排放 水泥廠主要有害氣體及其防治 摘要: 本文敘述水泥生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的主要有害氣體的危害及其實(shí)用防治措施。 水泥生產(chǎn)過(guò)程中不僅產(chǎn)生大量煙塵、粉塵，還生成二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）、氟化物、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）等有害氣體而污染大氣。粉塵治理已有成熟的技術(shù)與裝備，本文只對(duì)主要有害氣體的危害及其防治進(jìn)行淺述。 1．主要有害氣體與危害 1．1二氧化硫（SO2） 水泥工業(yè)廢氣中的SO2、主要來(lái)源于水泥原料或燃料中的含硫化合物，及在高溫氧化條件下生成的硫氧化物。對(duì)于新型干法生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，硫和鉀、鈉、氯一樣，是引起預(yù)熱器、分解爐結(jié)皮堵塞的重要

2、因素之一，是一種對(duì)生產(chǎn)有害、需要加以限制的一種組分。由于在水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)存在充足的鈣和一定量的鉀鈉，所形成的硫酸鹽揮發(fā)性較差、有80%以上殘留在熟料中，因而在廢氣中排放的SO2、和其它工業(yè)窯爐(如電力鍋爐)相比，要少許多。而對(duì)于干法中空窯、立窯和濕法水泥生產(chǎn)工藝而言，所排放的SO2量、相對(duì)要比新型干法生產(chǎn)大得多。 SO2是含硫大氣污染物中最重要的一種。SO2為無(wú)色、有刺激性臭味的有毒氣體，不可燃，易液化。SO2是造成全球大范圍酸雨的主要原因。 1.2 氮氧化物（NOX） 在水泥生產(chǎn)過(guò)程中排放的NOx，主要來(lái)源于燃料高溫燃燒時(shí)、燃燒空氣中的N2在高溫狀態(tài)下與氧化合生成。其生成量取決于燃燒火焰

3、溫度，火焰溫度越高、則N2被氧化生成的NOx量越多。在新型干法生產(chǎn)系統(tǒng)中，由于50%～60%的燃料是在溫度較低的分解爐中燃燒的，因此從新型干法生產(chǎn)系統(tǒng)中排放的NOx遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)生產(chǎn)方法。據(jù)估計(jì)，我國(guó)水泥工業(yè)每年排放的NOx約為100萬(wàn)噸左右。 氮氧化物中，NO和NO2是兩種最重要的大氣污染物。 NO為無(wú)色氣體、淡藍(lán)色液體或藍(lán)白色固體，在空氣中容易被O3和光化學(xué)作用氧化成NO2。 NO2為黃色液體或棕紅色氣體，能溶于水、生成硝酸和亞硝酸，具有腐蝕性。NO和血紅蛋白的親和力比CO大幾百倍，動(dòng)物接觸高濃度的NO，可出現(xiàn)中樞神經(jīng)病變。NO2對(duì)眼和呼吸氣管有刺激作用，高濃度的NO2急性中毒能引起氣管

4、炎和肺氣腫，嚴(yán)重者可導(dǎo)致死亡。NOX還可形成光化學(xué)煙霧、嚴(yán)重影響視野，NOX分級(jí)濃度的危害程度見(jiàn)表1。 1.3 SO2、NOx與酸雨 酸雨是造成全球性環(huán)境污染的元兇之一。酸雨中含有多種無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸，絕大部分是硫酸和硝酸。二氧化硫和氮氧化物在大氣成雨過(guò)程中，被水氣凝結(jié)成的液滴吸收，形成硫酸雨滴和硝酸雨滴；含酸雨滴在下降過(guò)程中不斷合并、吸附、沖刷其它含酸雨滴和含酸氣體，形成較大雨滴，最后落到地面上，形成了酸雨。酸雨酸度過(guò)高，PH值降到5.6以下時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重危害。它可以直接使大片森林死亡，農(nóng)作物枯萎；也會(huì)抑制土壤中有機(jī)物的分解和氮的固定，淋洗土壤粒子中的鈣、鎂、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，使土壤貧瘠化；

5、還可使湖泊、河流酸化，并溶解土壤和水體底泥中的重金屬、使之進(jìn)入水中，毒害魚(yú)類(lèi)；加速建筑物和文物古跡的腐蝕和風(fēng)化過(guò)程；還可危及人體健康。 1.4 氟化物 原料中含有氟的礦物質(zhì)如螢石（CaF2）時(shí)，在高溫下會(huì)產(chǎn)生一種或多種揮發(fā)性含氟的無(wú)機(jī)化合物排放到大氣。若存在硅酸鹽化合物，則會(huì)形成SiF4排入大氣，SiF4進(jìn)一步水解， 生成氟化氫（HF）——氟化氫（HF）為無(wú)色氣體，在19.54℃以下為無(wú)色液體、極易揮發(fā)，在空氣中發(fā)煙，有毒，刺激眼睛，腐蝕皮膚。無(wú)水氟化氫為最強(qiáng)的酸性物質(zhì)之一，對(duì)普通鋼材有強(qiáng)烈的腐蝕性。 四氟化硅（SiF4），無(wú)色非燃燒氣體，劇毒，有類(lèi)似氯化氫的窒息氣味，在潮濕空氣中水解

6、生成硅酸和氫氟酸，同時(shí)生成濃煙。 當(dāng)含氟化合物在大氣中的殘留濃度超過(guò)允許的濃度時(shí)，對(duì)植物和動(dòng)物生命，以致氣候都會(huì)產(chǎn)生顯著影響。 1.5一氧化碳（CO） 水泥煅燒過(guò)程中由于碳的不完全燃燒會(huì)產(chǎn)生少量CO，屬易燃物質(zhì)。使用電除塵器處理窯尾廢氣時(shí)，常因廢氣中CO濃度過(guò)高而引起爆炸。CO為無(wú)色無(wú)嗅氣體，極毒！不易液化和固化，微溶于水。CO燃燒時(shí)在空氣中呈藍(lán)色火焰，能與許多金屬或非金屬反應(yīng)，與氯氣反應(yīng)生成極毒的光氣（COCL2）。在立窯窯面或檢修除塵器時(shí)，不時(shí)發(fā)生中毒事件。 1.6二氧化碳（CO2） 1.6.1水泥生產(chǎn)過(guò)程中CO2氣體的產(chǎn)生 水泥生產(chǎn)過(guò)程中CO2氣體主要由水泥熟料煅燒窯及烘干設(shè)

7、備排放。 1.在水泥煅燒窯中排放的CO2,來(lái)源于水泥原料中碳酸鹽分解和燃料燃燒。當(dāng)前，生產(chǎn)水泥熟料的主要原料為石灰石。普通硅酸鹽水泥熟料含氧化鈣65%左右，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式(CaCO3=CaO+CO2)算出：每生產(chǎn)1噸水泥熟料生成0.511噸CO2。 2.由燃料燃燒所產(chǎn)生的CO2與耗用燃料的發(fā)熱量及數(shù)量有關(guān)。 水泥廠用的燃料煤發(fā)熱量為22000kJKg。 可見(jiàn)，隨生產(chǎn)工藝的不同、生產(chǎn)1噸熟料需0.161～0.296噸煤，即生產(chǎn)1噸熟料由燒成和物料烘干因煤燃燒產(chǎn)生的CO2在0.383～0.704噸范圍內(nèi)變化。 以上兩項(xiàng)相加，每生產(chǎn)1噸水泥熟料排放0.894～1.215噸CO2。按我國(guó)

8、目前水泥生產(chǎn)平均水平估算，每生產(chǎn)1噸水泥熟料，約排放1噸CO2。 3. 另外，水泥生產(chǎn)過(guò)程中每生產(chǎn)1噸水泥平均消耗100kwh電能，若把由煤燃燒產(chǎn)生電能排放的CO2計(jì)算到水泥生產(chǎn)上，生產(chǎn)1噸水泥因電能消耗排放的CO2為0.12噸。x年中國(guó)生產(chǎn)水泥13.5億噸，其中水泥熟料約9.72億噸(按1噸水泥0.72噸熟料估算)，據(jù)此計(jì)算，我國(guó)x年因水泥生產(chǎn)排入大氣中的CO2約11.34億噸。數(shù)量之大，令人瞠目。 1.6.2 二氧化碳與溫室效應(yīng) 太陽(yáng)短波輻射透過(guò)大氣射入地面，地面在接受太陽(yáng)短波輻射增溫的同時(shí)，也在不斷向外輻射長(zhǎng)電磁波而冷卻；而大氣中的二氧化碳等物質(zhì)卻能強(qiáng)烈吸收地面的長(zhǎng)波輻射，同時(shí)它自

9、己也向外輻射更長(zhǎng)的長(zhǎng)波，其中向下到達(dá)地面的部分稱(chēng)為逆輻射，地面接受到逆輻射后就會(huì)升溫，這就是大氣溫室效應(yīng)。大氣中屬于溫室氣體的有：二氧化碳、甲烷、臭氧、氮氧化物、氟里昂以及水汽等。科學(xué)研究表明，隨著人類(lèi)活動(dòng)的不斷增加，在大氣中的溫室氣體越來(lái)越多，將使地球的溫度越來(lái)越高。根據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署的預(yù)計(jì)，如果對(duì)溫室氣體的排放不采取緊急的限制措施，那么從2000～2050年的50年里，由于全球變暖引發(fā)的頻繁的熱帶 氣旋、海平面上升造成土地減少和漁業(yè)、農(nóng)業(yè)及水力資源的破壞，每年將給全球造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá) 3000多億美元。 全球變暖還會(huì)使動(dòng)植物面臨生存危機(jī)，如果某物種遷徙的速度跟不上環(huán)境變化的速度，這個(gè)

10、物種就有滅絕的危險(xiǎn)。 氣候的變暖也直接或間接地影響人類(lèi)的健康。對(duì)地球升溫最為敏感的當(dāng)屬一些居住在中緯度地區(qū)的人們，暑熱天數(shù)延長(zhǎng)以及高溫高濕天氣直接威脅著他們的健康；與此同時(shí)，氣溫增暖，“城市熱島”效應(yīng)和空氣污染更為顯著，又給許多疾病的繁殖、傳播提供了更為適宜的溫床。 2. 主要有害氣體的防治 2.1 二氧化硫污染治理技術(shù) 水泥生產(chǎn)中減少SO2排放有下列幾種措施：更換原料；在生料磨內(nèi)吸收；加消石灰——Ca（OH）2；設(shè)D-SOx旋風(fēng)筒；設(shè)水洗塔等。目前我國(guó)水泥工業(yè)只是采用在生產(chǎn)過(guò)程中盡量減少SO2產(chǎn)生的方法。其中最簡(jiǎn)單有效的方法就是新型干法生產(chǎn)線(xiàn)選擇合適的硫、堿比，同時(shí)采用窯磨一體機(jī)運(yùn)行

11、和袋式除塵器。 采用窯磨一體的廢氣處理方式，把窯尾廢氣引入生料粉磨系統(tǒng)。在生料磨內(nèi)，由于物料受外力的作用，產(chǎn)生大量的新生界面，具有新生界面的CaCO3有很高的活性，在較低的溫度下，能夠吸收窯尾廢氣中的SO2；同時(shí)生料磨中，由于原料中水分的蒸發(fā)，有大量水蒸汽存在，加速了CaCO3吸收SO2的過(guò)程，把SO2轉(zhuǎn)變成CaSO4，使窯尾廢氣中的20%～70% SO2固定下來(lái)。 由于袋除塵器的濾袋表面捕集的堿性物質(zhì)與試圖通過(guò)濾袋的SO2 、NO2酸性物質(zhì)結(jié)合成鹽類(lèi)，酸性氣體的濃度可削減30%～60%?？梢?jiàn)袋除塵器可成為治理水泥工業(yè)粉塵和有害氣體的多功能設(shè)備。 .2 氮氧化物的污染防治 防治Nox的

12、首要措施就是優(yōu)化窯和分解爐的燃燒制度，保持適宜的火焰溫度和形狀，控制過(guò)?？諝饬浚_保喂料量和喂煤量均勻穩(wěn)定，保障篦式冷卻機(jī)運(yùn)行良好，采用低NOx的噴煤管等。采取這些措施后，使NOx降到1000mg kg熟料的生產(chǎn)線(xiàn)全部改造成熱耗小于3400KJd）水泥熟料的新型干法生產(chǎn)線(xiàn)每年可減排5萬(wàn)多噸二氧化碳。 3.采用替代燃料減排 用城市生活垃圾等可燃性廢棄物替代煤煅燒水泥熟料，在提供同樣熱量的情況下，用可燃性廢棄物中含有碳的總量少于煤，燃燒后排出的CO2總量也少于煤。據(jù)英、美國(guó)近年來(lái)水泥行業(yè)利用可燃廢料的經(jīng)驗(yàn)表明，在相同單位熱耗的情況下，每生產(chǎn)1 噸熟料燃燒所生產(chǎn)的溫室氣體CO2 的數(shù)量，一般只有

13、燒煤時(shí)的一半左右。 4 改變?cè)匣蚴炝匣瘜W(xué)成分減排 (1) 用不產(chǎn)生CO2且含有CaO的物質(zhì)作原料。如化工行業(yè)的電石渣主要化學(xué)成分為Ca(OH)2，1噸無(wú)水電石渣含0.54噸CaO，用電石渣作為水泥生產(chǎn)原料，不會(huì)排出CO2。與以石灰石含65%CaO作為水泥生產(chǎn)原料相比，利用1噸無(wú)水電石渣相當(dāng)于減排0.425噸CO2；又如高爐礦渣、粉煤灰、爐渣中都比粘土含有更多的CaO，能減少配料中石灰石的比例，這些經(jīng)高溫煅燒的廢渣、在生產(chǎn)水泥時(shí)不會(huì)再排出CO2。上述廢渣每提供1噸CaO則減少排放0.7857噸CO2。若全用電石渣提供水泥熟料中的CaO，生產(chǎn)每噸水泥熟料減排0.511噸CO2。一條2000t

14、kg。70年代發(fā)明水泥預(yù)分解技術(shù)以后，加上預(yù)熱系統(tǒng)的進(jìn)一步改善，熟料熱耗降低到2929 kJ/kg，熱效率已達(dá)60%；要進(jìn)一步降低熟料熱耗，必須研制開(kāi)發(fā)更新的窯型，譬如沸騰層煅燒流態(tài)化窯等，同時(shí)采取其它一系列輔助措施，如改進(jìn)預(yù)熱器系統(tǒng)、提高換熱效率、降低阻力損失等。 沸騰煅燒工藝被認(rèn)為是目前煅燒水泥熟料的最先進(jìn)技術(shù)。它的主要特征是取消回轉(zhuǎn)窯，在傳熱效率更高的流化床中完成水泥的煅燒。占地面積小、熱效率提高，NOx和CO2的排放量也隨之減少。 2.4.2 利用清潔發(fā)展機(jī)制(CDM) 清潔發(fā)展機(jī)制(簡(jiǎn)稱(chēng)CDM)，源于巴西提出的通過(guò)征收發(fā)達(dá)國(guó)家未能完成溫室氣體減排義務(wù)而提交的罰金所建立的"清潔發(fā)

15、展基金"，經(jīng)過(guò)談判達(dá)成目前在京都議定書(shū)第12條所確立的合作機(jī)制，是《京都議定書(shū)》中引入的溫室氣體減排的三種靈活履約機(jī)制之一。CDM允許締約方與非締約方聯(lián)合開(kāi)展二氧化碳等溫室氣體減排項(xiàng)目，這些項(xiàng)目產(chǎn)生的減排數(shù)額可以被發(fā)達(dá)國(guó)家作為履行他們所承諾的限排或減排量。也就是說(shuō)，發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)提供資金和環(huán)保技術(shù)幫助發(fā)展中國(guó)家實(shí)現(xiàn)減排溫室氣體，同時(shí)從發(fā)展中國(guó)家購(gòu)買(mǎi)因此得到的“可核證的排放削減量（CERs）”以履行“京都議定書(shū)”規(guī)定的減排義務(wù)。對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家而言，和發(fā)展中國(guó)家合作實(shí)施的CDM項(xiàng)目提供了一種靈活而且較低成本的履約方式；而對(duì)于發(fā)展中國(guó)家，通過(guò)CDM項(xiàng)目可以獲得部分資金援助和先進(jìn)技術(shù)。 中國(guó)水泥工業(yè)減排的潛力非常大，潛在的水泥工業(yè)CDM項(xiàng)目很多，應(yīng)不失時(shí)機(jī)地抓住機(jī)遇。 作者：彭毅