水泥生产过程对环境的影响及其环保措施

水泥生产过程对环境的影响及其环保措施•纵观水泥发展史,自1824年诞生波特兰水泥至今,由于其具有丰富的原料资源、相对较低的生产成本和良好的胶凝性能,成为当前乃至21世纪人类社会最主要的、不可替代的建筑材料。但水泥在为人类社会进步与经济发展做出巨大贡献的同时,也越来越显著地暴露出它在生产和应用方面存在的一系列问题。例如:水泥生产过程表现为能源资源消耗大、环境污染严重;水泥应用过程表现为力学性能较差、耐久性能有待提高等。这些问题的存在致使其成了最大宗的不可持续发展材料。•我国处于粗放型、质量效益型并存,同时向环境材料型过渡的阶段,发达国家已进入环境材料型发展阶段。因此,从全球战略意义的资源、环境与发展等问题出发,必须加强对人类社会发展和国民经济发展举足轻重的传统材料——水泥生产技术的研究,建设生态环境材料型水泥产业,已成为国际水泥工业可持续发展的必由之路水泥生产对环境的影响•水泥在生产过程中会产生多大污染?大部分没有居住在水泥厂附近的人，可能并没有直观感受。实际上，水泥行业已成为我国继电力、机动车尾气排放之后的第三大污染源。对近年困扰我们的雾霾天，水泥行业也要负有一定责任。水泥在生产过程中进行的粉磨、高温煅烧等工艺，需要消耗大量燃料和电能，同时释放出颗粒物等染物质。有的水泥工厂距离居民房屋不足百米，居民长期受粉尘、废气、噪声污染危害•政府早已意识到水泥生产对环境的影响。国务院日前部署了防治大气污染的10条措施，其核心之一就是节能减排。而水泥与钢铁、火电等高耗能产业成为节能减排的重点。水泥生产对环境的污染情况•水泥生产的污染物有粉尘、烟尘、二氧化硫、二氧化碳。水泥生产对环境的污染情况（万吨）排放物1995年2000年2005年粉尘105013802010二氧化碳360004400061000二氧化硫455978.4氮氧化合物921201601.粉尘。水泥生产时主要生态问题是粉尘和烟尘。烟尘中一般含有硫、氮、碳的氧化物等有毒气体和粉尘。粉尘颗粒10μm的,称为落尘。颗粒10μm的称为飘尘,其中相当大一部分比细菌还小,尤其是直径在0.5～5μm的飘尘,不能为人的鼻毛所阻滞和呼吸道粘液所排除,可以直接到达肺泡,被血液带到全身。因此粉尘治理一直是环境保护的重点，目前所配置的电收尘器和各种纤维织物的袋除尘器可保证粉尘排放值在50～30mg/m3以下,完全能满足国家环保条例100mg/m3以内要求,但是必须看到欧美工业发达国家排放值限定在30mg/m3以内。水泥生产粉尘排放量占全国工业生产粉尘排放量的27.1%2.SOx排放传统的回转窑和立窑生产时,原燃料中所含的硫,除了少量被熟料消纳而成熟料成分,大部分以SOx随废气排放。但是,近年来发展的预分解窑对SOx的排放有良好的控制功能,其原因是分解炉内生料分解时,产生大量的具有脱硫功能的细颗粒游离石灰,此时燃料燃烧所产生的SOx随烟气经分解炉时,通常约70%～90%的硫被游离石灰吸收而作为熟料成分,熟料中硫含量1.5%对水泥凝结时间的影响不大。工厂使用的原料内含硫量偏高,由于硫在低温下挥发,不受已分解的SOx影响,因而需采用脱硫装置来降低SOx的排放。•3.NOx排放近年来,NOx排放一直得到人们重视,水泥生产时,NOx排放的因素很多,与燃料的挥发分、燃烧温度、燃烧气氛以及燃烧装置型式等有关。总体说来,燃料的挥发分愈高,则NOx排放值愈低,若燃料中挥发分愈低,燃烧温度愈高,NOx排放值愈高。燃烧时氧含量愈高,排放量也愈高•为降低NOx值，预分解窑采取的措施主要是：•窑头采用多风道低NOx燃烧器,利用燃烧器内不同风道,使气流产生内部回流,从而产生局部还原燃烧,同时改善冲量,减少燃烧时的峰值温度,上述措施可以减少NOx的生成量。•窑尾的预热器分解炉系统内,在带还原气氛的窑废气中的分解炉不同部位,采用分级媛烧和多风道燃烧器来降低NOx排放。上述措施可以使预分解窑系统NOx排放值降低在500mg/m3以内。从国内的一些预分解窑实测的数据来看,也低于此数值。采用热值高且挥发分高的工业废弃物如废轮胎,一般可降低NOx排放值约15%～35%。•由于传统的回转窑NOx排放值较高,且很难通过上述措施来大幅降低。国外的措施是降低火焰温度、喷氨水或锻烧高挥发分的工业废弃物如废轮胎、废煤油等,使之达到限定的NOx排放值。酸性废气处理塔•4.CO2排放.•近年来,CO2对大气的影响愈来愈引起人们的重视,一些国家开始限制国内有关工业的CO2排放量。水泥生产时,CO2排放源自两方面,一方面是生产过程中,作为水泥原料的CaCO3分解生成CO2,常规的水泥生产所产生的CO2量大致为0.5kgCO2/kg熟料以上;另外燃料燃烧所生成的CO2,随着水泥生产的单位热耗下降而下降。因此减少CO2排放量的重要途径是降低预分解窑的单位热耗。扩大预分解窑产量,取代高热耗的回转窑和立窑。从总体上来降低CO2排放量。水泥生产占世界二氧化碳排放量的5%，超过整个航空业的年排放量。5.废水排放。水泥生产时,对水的污染主要为铬污染和一般性污染。水泥窑内温度较高,其烧成带使用镁铬砖,在碱（或硫）的作用下,稳定的3价铬转化为氧化能力极强的6价铬,当水溶液含铬量超过0.5mg/L时,对人体的皮肤、呼吸神经、肺等器官造成严重的危害,从80年代起工业化国家纷纷制定一系列环保、卫生方面的规范,对镁铬砖的残砖和水泥厂排水进行全面监控。废水6.镁铬砖。由于镁铬砖具有较高的抗高温性、抗化学侵蚀和抗机械应力,以及较好的结窑皮性能,且价格相对较低,因此我国目前水泥回转窑仍以镁铬砖为主。从80年代中期以来,为消除铬公害,工业发达国家明确地限制了含铬镁砖的生产,一些性能优良的无铬砖制品相继出现,如抗热化学性能和抗热机械性能的各种型号的新一代镁铝尖晶石砖、增锆白云石砖、镁锆砖,以及挂窑皮性能良好的镁铁尖晶石砖制品,在窑内使用均取得了良好的效果,消除了铬公害,上述产品正在加速推广应用。镁铬砖改善水泥工业与环境相容性•自20世纪80年代后期以来，保护地球环境，寻求与自然的和谐之处，走可持续发展之路已经成为全世界共同关心的课题。水泥工业的发展方向必然是既要满足现代化建设的需要，又要考虑环境的因素；减轻地球环境的负荷，有利于资源、能源的节省和生态平衡。目前，国内外在改善水泥工业与环境相容性方面可采取如下一些措施。1.高性能水泥的研究与开发•用少量高性能水泥可以达到大量低质水泥的使用效果，因此可减少生产水泥的资源能源消耗，减轻环境负荷。高性能水泥的主要研究内容是水泥熟料矿物体系与水泥颗粒形状、颗粒级配等问题。•高性能水泥与同类水泥相比，水泥生产的能耗可降低20%以上，CO2排放量可以减少20%以上，强度可以提高10MPa以上，综合性能可以提高30%~50%。因此，水泥用量可以减少20%~30%，开发高性能水泥有利于环境保护和水泥工业的可持续发展。2.采用先进的水泥生产工艺•选用新型干法窑，淘汰湿法回转窑和立窑等落后的生产工艺，从而生产能耗和排放会大大降低。另外，采用烟气脱氮、脱硫装置，窑灰脱碱及CO2回收技术等，水泥企业有望在不久的将来彻底改变其乌烟瘴气的形象，成为零污染、“环境友好型”企业。3.利用固体废弃物生产生态水泥•生态水泥就是利用各种固体废弃物包括各种工业废料以及生活垃圾作为原材料制造的水泥。这种水泥能降低废弃物处理的负荷，节省资源和能源，达到与环境共生的目的，是21世纪水泥技术发展的方向。•可燃废弃物的种类很多，如废弃机油、废溶剂、废轮胎、动物肉脂粉、稻米壳、石焦油、废纸、废塑料、费棉织品、可燃生活垃圾等；以及医院的有毒垃圾和某些工业部门的有毒有害物。可利用可燃废弃物（包括固态、液态、气态）代替部分或大部分燃煤和燃油，既处置了废料，又节约了能源，也减少了CO2等有害气体排放量。4.利用工业废渣制备水泥•理论上讲，凡是可以提供水泥组分所需CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3等氧化物的物料均可用于水泥生产。工业废渣既可在熟料生产阶段加入，也可作为水泥混合材料，在后期水泥负荷阶段加入。水泥煅烧在碱性条件下进行，有毒有害废弃物中的化学元素被中和和吸收，变成无毒的化合物；焚烧废物的残渣最终进入水泥熟料，对水泥质量一般无不良影响。水泥窑还可以将废料中的大部分重金属元素固定，避免扩散污染。•大量利用工业废渣，可节约原材料和能耗，降低有害气体和粉尘的排放，生料系统利用工业废渣可节约原料。水泥制备系统利用工业废渣可节约水泥熟料，每生产1t水泥熟料，可节约标准煤120kg，节约原料1.6t，可少排出二氧化碳1t，二氧化硫2kg，氮氧化合物4kg。可见，大量利用工业废渣对节能降耗，降低有害气体和粉尘排放，潜力巨大、效益显著。现状•水泥行业现有的节能减排尺度和规范还不完善，消纳废弃物的潜力未得到充分施展。水泥机械行业对产业废料的利用主要集中在混合材的使用上，重点是粉煤灰和矿渣，处置利用手段比较单一，利用新型干法水泥工艺及回转窑无害化、资源化协同处理产业可燃废弃物、糊口垃圾及污泥技术等尚处于起步阶段。落后产能还占一定比重，节能减排技术和装备推广力度不够。东西部地区淘汰落后产能差异较大，部门企业未达到国家能耗和环保相关尺度要求。。总之，水泥行业能源资源消耗高、环境负荷重的局面还未得到根本改变，节能减排仍有许多问题亟待解决。