1 水泥窯有害氣體的污染不容忽視我們通過對華南地區多家水泥廠的調研, 深感水泥窯有害氣體的污染問題應引起足夠的重視, 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。
新型干法預分解窯尾廢氣的SO2 濃度相當低,但NOx 濃度卻不低。NOx 與SO2 同樣為酸雨的前驅物。表1 中的濕法回轉窯廢氣的SO2 濃度甚高,濕法回轉窯的能耗亦高, 被淘汰是必然的。機立窯廢氣的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, 新型干法生產的預分解窯排放廢氣的SO2 濃度低。這有幾方面的原因: 新型干法窯對原燃料的硫堿等組分, 特別是硫堿比有嚴格的限制。預分解窯熟料的燒成熱耗較低, 當煤的含硫量相同, 則燃料所帶入的硫就較少。預分解窯相當部分燃料在分解爐內燃燒, 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 有較強的吸硫作用。即使有部分預分解窯的窯尾廢氣不經分解爐而進入懸浮預熱系統, 由于氣固兩相充分接觸, 固相中含有相當數量的CaO , 使廢氣中SO2 大多能被吸收。不少新型干法窯設置了增濕塔, 或在進入收塵系統前噴水, 這均有助于降低廢氣中SO2 含量。
濕法回轉窯料漿含水量多, 蒸發水分需消耗能量, 熱耗當然較高。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, 濕法回轉窯內物料主要呈堆積狀態, 回轉窯內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號窯是由濕法回轉窯改造為濕磨干燒預分解窯, 經改造后, 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立窯, 其原燃料及工藝配方基本相同。編號⑦的機立窯廢氣SO2 濃度遠高于⑥號機立窯。關鍵是⑦號機立窯僅采用電收塵器除塵, 而⑥號機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, 新型干法預分解窯或濕磨干燒預分解窯, 其廢氣NOx 濃度都相當高, 而機立窯廢氣的NOx 卻相當低。
煤燃燒過程中生成的NOx (包括NO 和NO2 )按生成機理分為熱力NOx 、燃料NOx 和激發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間及局部氧濃度。燃料NOx 是由燃料中固有的氮經化學反應轉化而成, 其數量取決于燃料中的碳及揮發性氮的成分。激發NOx 是由烴基與大氣中氮結合而成。對于水泥窯廢氣NOx 污染來說, 主要是回轉窯廢氣的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分解窯。把氨溶于水,注入預分解窯溫度于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氣加水。此法需嚴格控制氨注入區域溫度為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。一部分三次風送入分解爐下部, 以形成還原區; 確保溫度為950～1050 ℃, 以確保下列反應進行: NO + C →N+ CO , NO + CO →N + CO2 ; 另一部分三次風進入分解爐上部, 形成確保燃料完全燃燒的氧化區。為控制還原區的溫度, 還將倒數第二級旋風筒來的物料分別送入還原區和氧化區。
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 值進行比較, 窯的自動控制使過?？諝饬拷档降? 同時亦防止CO 值過高, 以控制NOx 排放量。此法可適于各類回轉窯, 其中濕法回轉窯及懸浮預熱器窯這些只在窯頭燃燒的水泥窯應用此法效果較明顯。
提高燃燒器噴嘴的風速可降低一次風用量, 形成一個初始的貧氧區域, 減少NOx 形成。
進分解爐的熱生料設置一個分料閥, 把熱生料分別從分解爐的上部與下部進入, 以創造一個高溫區。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, 燃料氮化物中的氮與氧生成NO 的反應速度不如燃料氮與NO生成N2 與氧的反應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控中應注意的問題
常會遇到這樣的情況: 有的水泥窯煙塵污染嚴重, 群眾反映亦甚強烈, 但年檢時其廢氣排放的含塵濃度遠低于平時, 甚至符合我國標準。這說明對水泥廠煙塵監控存在一些值得重視的問題。
首先是收塵設備的運轉率問題。收塵器會因各種故障而停止運作; 或收塵器本身的問題, 或其它原因致使收塵設備停止工作, 如進入電收塵器的廢氣CO 濃度大過警戒值, 電收塵器自動跳停。一些環保意識差的企業問題還相當嚴重。如有的廠電收塵器質量差, 平時運轉時間甚短, 僅作應付環保檢測之用。故應有效地監控收塵設備的運轉率。
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 年的熟料產量基本持平, 生產工藝及收塵設備基本未變。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, 檢測的結果相距甚遠。究其原因是1996 年檢測時已把鼓風量減少至不足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備內的流速亦下降, 有利于煙塵的沉降, 煙塵排放量大為減少。不過, 這只是虛假數據。故應把水泥窯產量處于正常狀態作為檢測的必要前提。
