关于水泥生产大气污染分析的相关探讨

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摘 要：近几年来，我国经济发展一直保持着较快的速度，固定资产投资也一直保持较高的增幅，为水泥行业提供了较大的发展空间。水泥行业是我国国民经济建设的重要基础材料产业，也是主要的能源资源消耗和污染物排放行业之一。本文结合作者多年工作经验，分析探讨了关于水泥生产中的大气污染问题，希望对同行有所裨益。

关键词：水泥；环境评价；大气污染

水泥厂生产时排放的大气污染物主要为粉尘、烟尘、SO2和NO2等，各种污染物对周围环境影响的程度及范围，需根据当地的具体情况(包括自然环境状况、气候气象条件、环境特征等)确定，针对性的提出防治方法的治理措施。

1、水泥工业大气污染源特征

1.1颗粒物

对水泥厂大气环境影响分析预测中考虑颗粒物包括总悬浮颗粒物（TSP）和可吸入颗粒物（PM10），其中总悬浮颗粒物（TSP）是指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤100微米的颗粒物；可吸入颗粒物（PM10）是指悬浮在空气中，能进入人体的呼吸系统、空气动力学当量直径≤10微米的颗粒物。

1.2酸性氧化物SOx和NOx

水泥熟料烧成需要烧成煤作为燃料，由于燃煤中存在硫和氮，煤的燃烧会产生一定量的SO2，同时生料中带有一定的SO3，在高温过程中，SO3会分解形成SO2。

煅烧水泥熟料时生成一氧化氮的途径主要有热力氮氧化物、瞬发氮氧化物、燃料氮氧化物和生料氮氧化物4种。在回转窑产生的废气中，二氧化氮一般仅占氮氧化物总量的5%以下，一氧化氮则占总量的95%以上。

1.3 CO2

水泥厂排出的温室气体主要指CO2，水泥生产中直接产生CO2气体的主要来源是煤粉的燃烧和生料中CaCO3的分解。

2、水泥生产项目大气环境影响评价中应注意的问题

2.1评价因子的筛选

目前水泥行业建设项目一般为新型干法窑生产线，根据其生产工艺流程及产污环节。运行期大气污染因子主要包括：原料破碎、粉磨、储存及输送，熟料烧成、储存、输送，水泥的粉磨、储存等环节产生的粉尘；水泥熟料烧成过程中窑尾排放的废气，包括烟尘、SO2、NOx。

2.2污染物排放量的确定

水泥行业建设项目大气污染物排放量的估算可结合物料平衡、原料成份分析、污染防治效果分析、类比调查、实际排放口进行监测等手段来进行。

2.2.1粉尘产排量的估算

水泥项目产生的粉尘包括有组织排放的粉尘和无组织排放的粉尘，其中有组织粉尘产排量的估算取决于各环节粉尘的产生量、风量及收尘设备除尘效率。目前新型干法窑上的收尘设施多为布袋收尘，收尘效率在99.8%以上，若采用电收尘器，其除尘效率达98%以上，需核算是否能够达到《水泥工业大气污染物排放标准》(GB 4915-2004)要求。

2.2.2二氧化硫产排量估算

水泥回转窑的烧成窑尾是排出SO2的主要环节，主要来源于含硫的煤在回转窑内的充分燃烧以及煅烧熟料时生料带入的硫。燃烧产生的大部分SO2可被生料中的CaO等碱性氧化物吸收生成硫酸钙及亚硫酸钙等中间物质，可以说熟料锻烧过程是一种吸硫过程。各种窑型吸硫率是不同的，对于新型干法窑，其吸硫率一般在≥98%。

根据煤中可燃煤含硫燃烧产生SO2，以及生料中含一定的SO3量，在高温下会分解成SO2，按窑系统的综合吸硫率计算出SO2的排放量。

2.2.3氮氧化物产排量估算

水泥厂排放的NOx主要产生于高温煅烧过程，它的排放量与煅烧温度、空气含氧量及反应时间有关。煅烧温度越高，氧气含量越大，反应时间越长，生成的NOx就越多。新型干法窑窑尾废气中NOx浓度

一般在200~500ppm。

2.2.4氟化物产排量估算

新型干法窑由于不用萤石，氟化物排放量大幅减少，F的产生主要来源于粘土、页岩。在窑中有足够余量的氧化钙会吸收、中和HF。文献证实，F不太容易挥发并且也不会在窑系统中循环，在水泥旋窑的例行状态侧试发现有88%~98%分解总量的氟化物与熟料结合，再循环的氟化物粉尘量极少，而残余的氟化物以粉尘状态呈现，由于高含量的氧化钙存在，氟化物明显的以氟化钙的形态呈现。

2.3预测模式

目前水泥厂建设项目一般采用AERMOD模式系统进行预测，AERMOD是一个稳态烟羽扩散模式，可基于大气边界层数据特征模拟点源、面源、体源等排放出的污染物在短期（小时平均、日平均）、长期（年平均）的浓度分布，适用于农村或城市地区、简单或复杂地形。AERMOD考虑了建筑物尾流的影响，即烟羽下洗。模式使用每小时连续预处理气象数据模拟大于等于1小时平均时间的浓度分布。包括两个预处理模式，即AERMET（气象数据预处理）和AERMAP（地形数据预处理）。

2.4预测计算公式

――对流边界层中浓度预测

① 直接源浓度计算公式：

式中：

u为烟囱出口处风速；Fy为考虑迂回的横向分布函数，hd是直接源的烟羽抬升高度，对于水平型烟羽z=zr，流过地形型烟羽z=zp；Ψdj和σzj为污染源有效源高和垂直扩散参数。λj为：

式中：

σWT为总有效垂直湍流，其他参数有下列各式给出：

式中：

S为偏斜因子，R假定等于常值2。

②间接源浓度计算公式：

③穿透源浓度计算公式

――稳定边界层中浓度预测

3、水泥工业大气污染的防治措施

3.1烟尘、粉尘防治技术

水泥厂的窑尾、窑头、水泥磨及水泥储存和散装是全厂含尘废气的主要排放源，一般占全厂粉尘及烟尘有组织排放总的85%以上，因此保证这几点的收尘效率，是环保达标的关键。水泥厂应根据《水泥工业大气污染物排放标准》(GB 4915-2004)要求的生产设备排放限值及最大允许高度，以及除尘器入口的含尘浓度和粉尘及气体性质，合理选择除尘设备。

电除尘器投运初期可保持正常运行，并达到预期的除尘效率98%（最好状况99%），但受入口的烟气状况的影响。由于燃料的灰份及硫份的影响，电除尘器的除尘效率将受到严重的影响。

布袋除尘器能长期保证＜50mg/m3的粉尘排放浓度，不受入口粉尘浓度比电阻的影响，主要配套件如滤料的使用寿合达30000小时以上；电磁脉冲阀的使用寿合达100万次以上。所有运转设备均设检测报警装置，能在第一时间发现故障并报警。滤袋更换仅需两人就能执行，利用离线能实现检修、维护，不影响设备的正常运行。

因此，水泥厂对除尘设备的选择宜采用布袋除尘器，所有有组织排放烟尘和粉尘排放浓度和吨产品排放量均可达到《水泥工业大气污染物排放标准》(GB 4915-2004)要求。

3.2硫化物防治技术

煅烧水泥熟料的窑有立窑和回转窑，我国大中型水泥厂一股采用回转窑，立窑己逐步淘汰。分析新型干法水泥生产线，如窑尾选用新型分解炉和五级高效低阻型旋风预热器系统，有60%的烧成用煤在分解炉内燃烧，温度830－930℃，在此温度下，其生料中大部分的CaCO3分解为CaO，CaO（还有少量R2O）有较强的吸硫作用，即使有部分废气不经分解炉而进入旋风预热器系统，但气固两相充分接触，固相中有相当数量的粉状CaO，使废气中SO2大多被吸收，形成CaSO4（RaSO4）固定在水泥熟料中，一般吸硫率≥98%。

为了控制SO2的排放总量，减少水泥厂窑尾烟囱排放量，主要还需从源头把关，降低燃料的含硫率；以及通过节能减少燃料消耗。

3.3氮氧化物防治技术

新型干法水泥回转窑上常用的氮氧化物控制技术：一是优化窑和分解炉的燃烧制度；二是改变配料方案，掺用矿化剂以求降低熟料烧成温度和时间，改进熟料易烧性；三是采用低氮燃烧器；四是在窑尾分解炉和管道中的阶段燃烧技术。

4、环境正负效益分析

建设项目的环境影响往往关注项目对环境的负影响，对于水泥建设项目，还应关注项目对环境的正影响，这是因为水泥建设项目符合国家水泥工业“总量控制、上大改小、调整结构、等量代替”的产业政策，通过淘汰本企业原有落后水泥生产线，或是通过区域淘汰小型水泥生产线。由于技术水平和治理水平的提高，通过清洁生产和污染防治，大气污染物排放量部分削减或是大幅削减，项目的实施会减轻区域的大气环境污染，从而带来环境的正效益。

参考文献

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[3]张剑锋.水泥行业环境影响评价要点探讨[J].湖南有色金属，2006:22(4)

[4]中华人民共和国国家环境保护标准《环境影响评价技术导则 大气环境》HJ2.2-2008

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