水泥厂主要污染物和治理

蒋泽全安全环保部水泥厂主要污染物和治理2012年3月•水泥工业对大气所产生影响的主要污染源是粉尘和废气。•粉尘主要是由于水泥生产过程中原、燃料和水泥成品储运，物料的破碎、烘干、粉磨、煅烧等工序产生的废气排放或逃逸而引起的。•水泥工业对大气环境产生影响的废气中包括粉尘、SO2、NOX、CO2、HF等。•CO2由水泥生料CaCO3分解、燃料燃烧而产生的；•SO2由生料、燃料中含硫成分在燃烧过程中产生；•NOX是空气中的N2气在高温有氧燃烧条件下产生；•HF是由于立窑厂采用萤石CaF2矿化剂，或者生料中的氟成分在煅烧过程中产生的有害废气。水泥行业污染现状粉尘•水泥厂中无论哪个生产环节都会产生大量粉尘并随废气排出.•1、原材料制备系统粉尘排放。含石灰石破碎、粘土烘干、生料粉磨以及煤磨系统的除尘；•2、熟料烧成系统的粉尘排放；•3、水泥制成系统，水泥磨和水泥包装及散装过程中的粉尘排放。原材料制备(原料烘干除外)和水泥粉磨过程中排出的气体一般为常温含尘气体，而原料烘干过程排出的气体、窑尾、窑头(冷却机)排出的含尘气体属于高温含尘气体.•1、原料：主要由石灰石、粉煤灰、砂岩、铁粉组成，经原料磨制成生料粉。各个环节均产生粉尘：粉尘的产生原料库和原料磨•2、生料经煅烧变成熟料，此过程产生污染物最大。粉尘的产生3、熟料与石膏、粉煤灰搭配，经过水泥磨粉磨，达到一定细度，产出水泥粉尘的产生粉尘的成分和危害•粉尘的主要成分：CaCO3、CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO、Na2O、K2O等。•水泥厂粉尘的危害对人体主要是尘肺病，产生尘肺病的主要原因，是粉尘中的主要成分SiO2。水泥厂收尘器控制特点生产工序烟尘性质收尘器的特点主要控制内容滤袋原料制备一般粉尘空间受限防结露涤纶针刺毡煤粉制备煤粉防爆型防爆防静电腹膜烘干系统粉尘、水蒸气防腐处理防腐、温度高温抗结露烧成窑头（电）粉尘调比电阻辅助设备比电阻、温度烧成窑尾（电）粉尘、水蒸气防爆检测、调比电阻比电阻、防爆、温度烧成窑头粉尘降温设备温度高温滤料烧成窑尾粉尘、水蒸气降温设备、防结露温度高温滤料立窑粉尘、水蒸气降温设备、防结露、腐蚀温度高温抗结露水泥制备粉尘、水蒸气收尘器入口处理浓度高防结露腹膜滤料•电收尘器•在两个曲率半径相差极大的金属板上（金属丝和平版），通以高压直流电，则在两电极间形成不均匀电场，当电压升至某一数值，在曲率半径小的电极附近气体便发生电离，（称为电晕放电），气体电离生成阴离子和阳离子，在电场力作用下便向不同极性的电极运动。水泥工业粉尘治理的常用收尘器电收尘器外观构造：布袋收尘器具有以下的优点⑴收尘效率高。即使捕集0.5μm的细微粉尘，也有很高的收尘效率。⑵运行稳定、适应性强，很少受到处理风量气体和粉尘性质以及生产设备工作不均匀的影响。⑶能捕集电收尘器难以捕集的粉尘，如导电性极为良好和导电性极差的粉尘。⑷操作技术比较简单。水泥工业粉尘治理的常用收尘器CO2的排放•生料煅烧成熟料过程CO2气体的排放•在煅烧熟料过程中，窑中排放的CO2来源于水泥生料中的碳酸钙分解和燃料燃烧。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)•计算：每生产1吨熟料排放0.511吨CO2。CO2的排放•2、由燃料燃烧所排放的CO2•当煤发热量为22000kJ/㎏时，固定碳含量约65%左右，燃烧时、每吨煤产生2.38吨CO2。根据化学反应方程式：•C+O2=CO2•生产1吨熟料需0.161～0.296吨煤，因燃烧煤排放CO2在0.383～0.704吨。•3、消耗用电折算CO2排放量•每吨水泥平均电耗100kwh左右，折算生产电能排放CO2，每吨水泥电耗折算排放CO2为0.12吨。CO2的排放•每生产1吨水泥熟料，以上三个排放项目相加，排放CO2气体1.114～1.335吨。CO2的对环境的破坏•二氧化碳被称为温室气体，具有吸热和隔热的功能。大气中CO2气体增多，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散从而使地球气候变暖。负面影晌：1)地球上的病虫害增加；2)冰山熔化、海平面上升，沿海三角洲被淹没。3)气候反常，海洋风暴增多；4)土地干旱，沙漠化面积增大。•根据预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到2050年全球温度将上升2－4摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿国家和沿海城市将淹于水中，其中包括几个著名的国际大城市：纽约，上海，东京和悉尼。CO2的减排•余热利用减排CO2•(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)余热发电。建设纯低温余热发电系统，用废气的余热进行发电，每吨熟料发电35kwh以上，大约减少0.04吨CO2排放。CO2的减排•提高生产工艺水平，降低熟料热耗、降低煤耗。•加强生产工艺控制和配料，提高熟料质量和熟料强度。•(1)减少水泥熟料用量。一是磨制水泥在保证水泥性能的同时多加混合材，二是在拌制混凝土时使用替代水泥材料。•(2)大力发展绿色高性能混凝土代替常规混凝土。•①大量节省水泥熟料。•磨细水淬矿渣和分级优质粉煤灰、硅灰等或它们的复合成为凝胶材料的主要成分，从而使原料及能源消耗及CO2排放量大大减少。•②大量使用工业废渣为主的细掺料、复合细掺料和复合外加剂代替部分熟料，以降低污染，保护环境。•③通过提高强度、减小结构截面面积或结构体积减少混凝土用量，从而节省水泥生产量。•(3)发展高标号水泥。设立建筑质量标准，使高质量、高标号水泥和其他建材制品扩大生产，促进先进生产技术的发展。二氧化硫SO2•水泥工业废气中的SO2，主要来源于水泥原料或燃料中的含硫化合物，高温氧化条件下生成的硫氧化物。在新型干法生产线上，硫和钾、钠、氯一样，是引起预热器、分解炉结皮堵塞的重要因素之一，是一种对生产有害、需要加以限制的一种组分。由于在水泥回转窑内存在充足的钙和一定量的钾钠，所形成的硫酸盐挥发性较差、有80%以上残留在熟料中。二氧化硫SO2•GB4915－2004水泥工业大气污染物排放标准中规定标准状态下（指温度为273K，压力为101325Pa时的状态，简称“标态”。本标准规定的大气污染物排放浓度均指标准状态下干烟气中的数值）•SO2规定限值排放浓度≤200mg／m3•我工厂的实际情况SO2规定限值排放浓度≤10mg／m3•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。其中最简单有效的方法就是在配料过程中选择合适的硫、碱比，同时在窑尾收尘系统中采用袋式除尘器。二氧化硫治理的措施•利用生料磨来降低SO2含量。窑尾废气进入生料粉磨，生料粉中CaCO3颗粒，与SO2形成一下反应：•CaCO3+SO2=CaSO3+CO2•2CaCO3+2SO2+O2=2CaSO4+2CO2•另外，在生料粉磨烘干过程中，水分蒸发形成大量水蒸汽，也加速了CaCO3与SO2的反应过程，吸收窑尾废气中SO2近70%变成CaSO4。•窑尾采用袋除尘器。袋除尘滤袋表面收集的K2O、Na2O等碱性物质与通过滤袋的SO2、NO2酸性物质结合成盐类，酸性气体的浓度可削减30%～60%。袋除尘器具备除尘和降低SO2、NO2酸性有害气体的多种功能。二氧化硫治理的措施氮氧化物（NOX）•在水泥熟料烧成过程中排放的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O2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。NOX对人体危害程度NOx浓度（ppm）对人体危害程度0.5连续接触4h，肺细胞病理组织发生变化；连续接触3-12个月，支气管出现肺气肿、感染、抵抗力减弱。1.0闻到臭味5.0闻到很强烈的臭味10-15眼、鼻、呼吸道受刺激803-5min内引起胸痛100-150人在30min，至多1h内就因肺气肿死亡200人瞬即死亡中国大气污染已成为全球关注的焦点！2010年全国氮氧化物排放量2273.6万吨，主要集中在火电、水泥和机动车行业。《我国国民经济和社会发展十二五规划纲要》，明确提出“十二五”氮氧化物减排10%的约束性指标，对脱硝技术提出更高的要求。上海北京广州NOx控制迫在眉睫水泥窑炉概况及NOx排放现状2010年我国水泥产量为18.68亿吨，水泥企业近5000家。水泥煅烧产生大量NOx，排放浓度为300mg/Nm3~2200mg/Nm3，每吨熟料约产生1.5kg~1.8kg氮氧化物。2010年全国水泥排放氮氧化物约200万吨，约占全国氮氧化物排放总量的10%，仅次于电力行业和机动车尾气排放，位居第三。行业排放对NOx污染的贡献率水泥回转窑工艺示意图国内外水泥窑NOx排放标准国外水泥窑NOx排放标准（mg/Nm3）奥地利比利时德国爱尔兰意大利卢森堡葡萄牙瑞典美国荷兰欧盟指令NOx5001800500*11300180080013002009001300200-500国际水泥工业对NOx排放限制最严格的是德国标准，规定采用二次燃料的替代率≤60%时，其排放氮氧化物浓度不得超过500mgNO2/Nm3；二次燃料替代率为60%～100%时，不大于200mgNO2/Nm3。我国水泥窑NOx排放标准：我国现执行《水泥工业大气污染物排放标准》GB4915-2004，规定NOx排放浓度不得超过800mg/m3。杭州地区规定不得超过150mg/m3GB4915-2004水泥工业氮氧化物排放标准排放浓度（mg／m3）单位产品排放量（kg／t）8002.40氮氧化物的污染防治•防治Nox的首先要优化窑和分解炉的燃烧制度，保持适宜的火焰温度，控制过剩空气量，保持一定的还原气氛，确保喂料量和喂煤量均匀稳定，采用低氮燃烧器、设置专门的脱氮措施。•利用还原性气体，即CO、H2等还原性气体，在生料中Fe2O3、Al2O3的催化作用下，将NOx还原成为无害的N2，可大量降低NOx排放。•2NO+2CO=N2+CO2；2NO+2H2=N2+2H2O•2NO2+4CO=N2+4CO2；2NO2+4H2=N2+4H2O•NOx的这一反应机理，需要窑操控制尾排气体中的O2含量。NOx的防治控制：选择性催化还原法脱氮是向烟气中注入选择性还原剂（氨或尿素），在催化剂的作用下烟气中NOx与氨发生反应而被还原生成无害的氮气和水蒸气。水泥煅烧中粉煤灰中的TiO2、Al2O3、Fe2O3、游离碳等将在氨脱氮的反应中起催化剂作用。当温度高于900℃时,氨起脱氮作用或分解:8NH3+6NO2→7N2+12H2O6NO＋4NH3→5N2＋6H2O4NH3+3O2→2N2+6H2O水泥厂减少NOx排放可采取窑头采用低氮燃烧器；减少熟料煅烧系统的漏风；尤其分解炉至窑头的漏风；优先购置含氮氧化合物低的燃煤；采用催化还原技术。选择合适的地点喷入氨水，通过气体分析仪，根据NOx检测结果控制各个喷氨点的喷入量（氨水浓度不同喷入量也不同），从而达到控制NOx排放的目的。实现自动控制，排放结果可时时监测，并可把信号传输到需要的管理部门。喷氨系统设备配置包括:气体分析系统；氨液储存罐；氨液输送系统；专用氨液雾化喷咀；氨液计量系统；压缩空气系统；自控系统；传输及监测系统。•谢谢大家