水泥厂主要有害气体及其防治Word格式.docx
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而对于干法中空窑、立窑和湿法水泥生产工艺而言,所排放的SO2量、相对要比新型干法生产大得多。
SO2是含硫大气污染物中最重要的一种。
SO2为无色、有刺激性臭味的有毒气体,不可燃,易液化。
SO2是造成全球大范围酸雨的主要原因。
1.2氮氧化物(NOx)
在水泥生产过程中排放的NOx,主要来源于燃料高温燃烧时、燃烧空气中的N2在高温状态下与氧化合生成。
其生成量取决于燃烧火焰温度,火焰温度越高、则N2被氧化生成的NOx量越多。
在新型干法生产系统中,由于50%~60%的燃料是在温度较低的分解炉中燃烧的,因此从新型干法生产系统中排放的NOx远低于传统生产方法。
据估计,我国水泥工业每年排放的NOx约为100万吨左右。
氮氧化物中,NO和NO2是两种最重要的大气污染物。
NO为无色气体、淡蓝色液体或蓝白色固体,在空气中容易被O3和光化学作用氧化成NO2。
NO2为黄色液体或棕红色气体,能溶于水、生成硝酸和亚硝酸,具有腐蚀性。
NO和血红蛋白的亲和力比CO大几百倍,动物接触高浓度的NO,可出现中枢神经病变。
NO2对眼和呼吸气管有刺激作用,高浓度的NO2急性中毒能引起气管炎和肺气肿,严重者可导致死亡。
NOx还可形成光化学烟雾、严重影响视野,NOx分级浓度的危害程度见表1。
1.3SO2、NOx与酸雨
酸雨是造成全球性环境污染的元凶之一。
酸雨中含有多种无机酸和有机酸,绝大部分是硫酸和硝酸。
二氧化硫和氮氧化物在大气成雨过程中,被水气凝结成的液滴吸收,形成硫酸雨滴和硝酸雨滴;
含酸雨滴在下降过程中不断合并、吸附、冲刷其它含酸雨滴和含酸气体,形成较大雨滴,最后落到地面上,形成了酸雨。
酸雨酸度过高,PH值降到5.6以下时,就会产生严重危害。
它可以直接使大片森林死亡,农作物枯萎;
也会抑制土壤中有机物的分解和氮的固定,淋洗土壤粒子中的钙、镁、钾等营养元素,使土壤贫瘠化;
还可使湖泊、河流酸化,并溶解土壤和水体底泥中的重金属、使之进入水中,毒害鱼类;
加速建筑物和文物古迹的腐蚀和风化过程;
还可危及人体健康。
1.4氟化物
原料中含有氟的矿物质如萤石(CaF2)时,在高温下会产生一种或多种挥发性含氟的无机化合物排放到大气。
若存在硅酸盐化合物,则会形成SiF4排入大气,SiF4进一步水解,生成氟化氢(HF)——氟化氢(HF)为无色气体,在19.54℃以下为无色液体、极易挥发,在空气中发烟,有毒,刺激眼睛,腐蚀皮肤。
无水氟化氢为最强的酸性物质之一,对普通钢材有强烈的腐蚀性。
四氟化硅(SiF4),无色非燃烧气体,剧毒,有类似氯化氢的窒息气味,在潮湿空气中水解生成硅酸和氢氟酸,同时生成浓烟。
当含氟化合物在大气中的残留浓度超过允许的浓度时,对植物和动物生命,以致气候都会产生显著影响。
1.5一氧化碳(CO)
水泥煅烧过程中由于碳的不完全燃烧会产生少量CO,属易燃物质。
使用电除尘器处理窑尾废气时,常因废气中CO浓度过高而引起爆炸。
CO为无色无嗅气体,极毒!
不易液化和固化,微溶于水。
CO燃烧时在空气中呈蓝色火焰,能与许多金属或非金属反应,与氯气反应生成极毒的光气(COCL2)。
在立窑窑面或检修除尘器时,不时发生中毒事件。
1.6二氧化碳(CO2)
1.6.1水泥生产过程中CO2气体的产生
水泥生产过程中CO2气体主要由水泥熟料煅烧窑及烘干设备排放。
1.在水泥煅烧窑中排放的CO2,来源于水泥原料中碳酸盐分解和燃料燃烧。
当前,生产水泥熟料的主要原料为石灰石。
普通硅酸盐水泥熟料含氧化钙65%左右,根据化学反应方程式(CaCO3=CaO+CO2)算出:
每生产1吨水泥熟料生成0.511吨CO2。
2.由燃料燃烧所产生的CO2与耗用燃料的发热量及数量有关。
水泥厂用的燃料煤发热量为22000kJ/㎏时,约含有65%左右的固定碳,根据化学反应方程式:
C+O2=CO2可知,碳完全燃烧时、每吨煤产生2.38吨CO2。
水泥生产过程所用燃料分为熟料烧成用燃料和原燃料烘干用燃料,熟料烧成用燃料的多少与生产水泥熟料的生产工艺及规模有关,现行我国各水泥生产工艺、规模和热耗的关系见表2。
烘干用燃料的多少与对余热的利用程度和原燃料的自然水分有关,不考虑烘干物料对余热的利用,按原燃料的自然水分为18%、生产1吨熟料需烘干0.5吨左右原燃料计算,烘干用煤约为0.02吨。
注:
煤的低位热值22000KJ/Kg。
可见,随生产工艺的不同、生产1吨熟料需0.161~0.296吨煤,即生产1吨熟料由烧成和物料烘干因煤燃烧产生的CO2在0.383~0.704吨范围内变化。
以上两项相加,每生产1吨水泥熟料排放0.894~1.215吨CO2。
按我国目前水泥生产平均水平估算,每生产1吨水泥熟料,约排放1吨CO2。
3.另外,水泥生产过程中每生产1吨水泥平均消耗100kwh电能,若把由煤燃烧产生电能排放的CO2计算到水泥生产上,生产1吨水泥因电能消耗排放的CO2为0.12吨。
2007年中国生产水泥13.5亿吨,其中水泥熟料约9.72亿吨(按1吨水泥0.72吨熟料估算),据此计算,我国2007年因水泥生产排入大气中的CO2约11.34亿吨。
数量之大,令人瞠目。
1.6.2二氧化碳与温室效应
太阳短波辐射透过大气射入地面,地面在接受太阳短波辐射增温的同时,也在不断向外辐射长电磁波而冷却;
而大气中的二氧化碳等物质却能强烈吸收地面的长波辐射,同时它自己也向外辐射更长的长波,其中向下到达地面的部分称为逆辐射,地面接受到逆辐射后就会升温,这就是大气温室效应。
大气中属于温室气体的有:
二氧化碳、甲烷、臭氧、氮氧化物、氟里昂以及水汽等。
科学研究表明,随着人类活动的不断增加,在大气中的温室气体越来越多,将使地球的温度越来越高。
根据联合国环境规划署的预计,如果对温室气体的排放不采取紧急的限制措施,那么从2000~2050年的50年里,由于全球变暖引发的频繁的热带气旋、海平面上升造成土地减少和渔业、农业及水力资源的破坏,每年将给全球造成的经济损失达3000多亿美元。
全球变暖还会使动植物面临生存危机,如果某物种迁徙的速度跟不上环境变化的速度,这个物种就有灭绝的危险。
气候的变暖也直接或间接地影响人类的健康。
对地球升温最为敏感的当属一些居住在中纬度地区的人们,暑热天数延长以及高温高湿天气直接威胁着他们的健康;
与此同时,气温增暖,“城市热岛”效应和空气污染更为显著,又给许多疾病的繁殖、传播提供了更为适宜的温床。
2.主要有害气体的防治
2.1二氧化硫污染治理技术
水泥生产中减少SO2排放有下列几种措施:
更换原料;
在生料磨内吸收;
加消石灰——Ca(OH)2;
设D-SOx旋风筒;
设水洗塔等。
目前我国水泥工业只是采用在生产过程中尽量减少SO2产生的方法。
其中最简单有效的方法就是新型干法生产线选择合适的硫、碱比,同时采用窑磨一体机运行和袋式除尘器。
采用窑磨一体的废气处理方式,把窑尾废气引入生料粉磨系统。
在生料磨内,由于物料受外力的作用,产生大量的新生界面,具有新生界面的CaCO3有很高的活性,在较低的温度下,能够吸收窑尾废气中的SO2;
同时生料磨中,由于原料中水分的蒸发,有大量水蒸汽存在,加速了CaCO3吸收SO2的过程,把SO2转变成CaSO4,使窑尾废气中的20%~70%SO2固定下来。
由于袋除尘器的滤袋表面捕集的碱性物质与试图通过滤袋的SO2、NO2酸性物质结合成盐类,酸性气体的浓度可削减30%~60%。
可见袋除尘器可成为治理水泥工业粉尘和有害气体的多功能设备。
2.2氮氧化物的污染防治
防治NOx的首要措施就是优化窑和分解炉的燃烧制度,保持适宜的火焰温度和形状,控制过剩空气量,确保喂料量和喂煤量均匀稳定,保障篦式冷却机运行良好,采用低NOx的喷煤管等。
采取这些措施后,使NOx降到1000mg/m3以下是可能的。
但是要执行修订后的新排放标准(GB4915-2004),同时考虑窑操作不正常情况,还需设置专门的脱氮措施。
下面简单介绍一下氨还原脱氮法。
它是用NH3非接触性地消除废气中的NO,是由美国Exxon研究和工程公司开发的,并在1974年在原联邦德国获得专利,此后得到了进一步发展。
该方法的主要原理是NH3和OH-反应成NH2和H2O,NH3再与NO反应生成各种中间产物和分子氮、水等化合物,从而消除NO。
此外,在还原性气氛条件下,由于存在CO、H2等还原性气体,在生料中存在的Fe2O3和Al2O3的催化作用下,可以将已被氧化生成的NOx还原成为无害的N2,从而大大降低了NOx排放。
NOx的这一反应机理,为水泥窑降低NOx排放的措施指出了努力方向。
2.3氟化物污染的防治
熟料烧成过程产生的氟化物来自于原、燃料。
有些粘土中含有氟,特别是目前我国部分
立窑厂出于降低热耗的目的,以含氟矿物(萤石)掺入生料中,在烧成中大部分氟化物和CaO,Al2O2形成氟铝酸钙固容于熟料中,极少部分随废气排出。
防治氟化物污染的可靠办法是不用含氟化物高的物质作为原料,更不能采用萤石降低烧成温度而使用。
2.4二氧化碳减排
2.4.1减排途径
1.用大、中型新型干法水泥生产线代替其它高热耗水泥工艺生产线。
此种窑生产每吨熟料烧成用煤的CO2排放量分别是普通机立窑、立波尔窑、湿法窑、中空窑、预热器窑、小型预分解窑的68.2%、79.8%、49.9%、56.8%、68.2%、88%。
据测算,若把热耗大于3400kJ/kg熟料的生产线全部改造成热耗小于3400KJ/kg熟料的大、中型新型干法生产线,用于水泥熟料烧成将减排耗用燃料总量9%的二氧化碳温室气体。
2.余热利用减排
(1)烘干原燃料。
用废气的余热烘干原燃料可省去烘干用煤,生产每吨水泥熟料可省去烘干用煤0.02吨,减少0.0476吨CO2排放。
(2)低温余热发电。
目前新型干法水泥生产工艺,把窑尾废气用于原料烘干,使生料磨和窑一体化工作。
一般,生料磨仅用窑尾废气的70%,其余用于余热发电,冷却熟料的尾气可全部用于余热发电。
一些水泥厂低温余热发电的平均数据证实:
生产1吨水泥熟料发电即30kwh。
拒测算一条年产150万吨(5000t/d)水泥熟料的新型干法生产线每年可减排5万多吨二氧化碳。
3.采用替代燃料减排
用城市生活垃圾等可燃性废弃物替代煤煅烧水泥熟料,在提供同样热量的情况下,用可燃性废弃物中含有碳的总量少于煤,燃烧后排出的CO2总量也少于煤。
据英、美国近年来水泥行业利用可燃废料的经验表明,在相同单位热耗的情况下,每生产1吨熟料燃烧所生产的温室气体CO2的数量,一般只有烧煤时的一半左右。
4改变原料或熟料化学成分减排
(1)用不产生CO2且含有CaO的物质作原料。
如化工行业的电石渣主要化学成分为Ca(OH)2,1吨无水电石渣含0.54吨CaO,用电石渣作为水泥生产原料,不会排出CO2。
与以石灰石含65%CaO作为水泥生产原料相比,利用1吨无水电石渣相当于减排0.425吨CO2;
又如高炉矿渣、粉煤灰、炉渣中都比粘土含有更多
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- 水泥厂 主要 有害 气体 及其 防治