水泥行業(yè)主要氣態(tài)污染物(SO2、NOx和氟化物)排放特征研究

劉祥凱

(山西煤炭環(huán)境監(jiān)測中心站，山西 太原　030006)

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水泥行業(yè)主要氣態(tài)污染物(SO2、NOx和氟化物)排放特征研究

劉祥凱

(山西煤炭環(huán)境監(jiān)測中心站，山西 太原030006)

【摘要】本文分析了4個水泥廠回轉窯SO2、NOx和氟化物的排放濃度和排放因子，其中NOx的排放濃度和排放因子最大，氟化物的排放濃度和排放因子最小。

【關鍵詞】水泥行業(yè)；回轉窯；SO2；NOx；氟化物

水泥生產排放的大氣污染物主要包括顆粒物、SO2、NOx、氟化物等。據(jù)統(tǒng)計，我國水泥工業(yè)污染物排放量占全國：顆粒物為15%～20%，SO2為3%～4%，NOx為8%～10%，屬污染控制的重點行業(yè)[1]。本文以山西省典型熟料水泥工藝為研究對象，依據(jù)相關環(huán)境空氣質量標準關注的污染物種類，揭示其回轉窯窯尾排放的大氣污染物濃度特征。

1樣品采集

本文選擇日產量相同和生產工藝一致的4個水泥廠為研究對象，對其回轉窯窯尾有組織排放的SO2、NOx和氟化物污染物樣品進行采集分析?；剞D窯尾的監(jiān)測時間均3天，每天采集3個樣品。

表1　回轉窯窯尾排放監(jiān)測信息

2結果與討論

回轉窯是水泥生產線的重要組成。水泥生產過程釋放大量的SO2、NOx和氟化物污染物，故本課題就具有相同生產工藝和日產量的4個水泥廠的回轉窯在運行過程中主要氣態(tài)污染物進行分析研究(見表2)，以期為進一步準確評價區(qū)域大氣環(huán)境質量和核算大氣污染物環(huán)境容量提供重要的基礎數(shù)據(jù)。

2.1回轉窯窯尾 SO2的排放特征

水泥生產過程中所排放的SO2主要來自水泥原料和燃料中的含硫化合物，以及高溫氧化條件下生成的硫氧化物。為了更形象地描述水泥生產過程中污染物的排放特征，本課題在研究污染物排放濃度的基礎上，同時用生產單位產品所排放的污染物量(即：排放因子)進一步揭示水泥生產行業(yè)污染物的排放特征。

由表2中數(shù)據(jù)可知，水泥日產量幾乎相同的4個回轉爐所釋放SO2的濃度存在一定差異性，SJ水泥廠和LF水泥廠回轉窯SO2的排放濃度相對偏低，其平均值分別為4.78mg/m3和7.67mg/m3，而其余兩家水泥廠回轉窯排放的SO2的濃度為15mg/m3，約為SJ水泥廠的3倍，LF水泥廠的2倍。排放因子的大小不僅與污染物的排放濃度有關，還與排放煙氣量有關。LF回轉窯SO2的排放因子最小，約為7g/t，其次是SJ的，其值約為14g/t，是LF的2倍；而JS和LZ回轉窯SO2的排放因子遠大于LF和SJ的，其平均值分別為40g/t和36g/t。選用低硫含量的燃料和生料是減小SO2排放濃度和排放因子的主要技術手段。

2.2回轉窯窯尾NOx的排放特征

水泥生產過程中排放的NOx屬于熱力型，主要來自燃燒空氣中的N2在高溫狀態(tài)下與氧氣的反應過程，其生成量主要取決于燃燒溫度，溫度越高，NOx的生成量越多。在新型干法生產系統(tǒng)中，50%～60%的燃料在溫度較低的分解爐中燃燒，故在該生產系統(tǒng)中排放的NOx遠遠低于傳統(tǒng)生產工藝的。目前，我國水泥行業(yè)每年排放的NOx在100萬噸左右。

由表2中數(shù)據(jù)可知，NOx的排放濃度遠遠大于SO2的，在240～750mg/m3之間。但4個回轉爐的NOx的排放濃度卻存在顯著差異，以LF回轉窯排放的NOx的濃度最低，約為250mg/m3，以LZ回轉窯排放的最大，為750mg/m3左右，而SJ和JS回轉窯介于二者之間，但JS的大于SJ回轉窯的排放濃度。同樣，排放因子的大小與其濃度的大小關系一致，以LF水泥廠的最小，每生產1t水泥NOx的排放量僅為22g左右，遠遠小于其他三個水泥廠的排放因子(SJ、JS和LZ水泥廠NOx的排放因子平均值分別為1308g/t、1595g/t和1630g/t)。上述結果表明，各水泥廠雖然產量相近，但回轉窯內鼓入的空氣量以及燃燒溫度是控制NOx的主要因素。

2.3回轉窯窯尾氟化物的排放特征

原料中含氟礦物質(如螢石CaF2)在高溫條件下能產生一種或多種揮發(fā)性含氟無機化合物；若存在硅酸鹽化合物，形成SiF4，遇水進一步水解形成氟化氫。因其主要來自生料中的含氟礦物質，故氟化物是水泥行業(yè)的特征污染物。當含氟化合物在大氣中殘留濃度超過允許濃度時，對動植物生命和氣候都會產生顯著影響。

表2　回轉窯窯尾SO2、NOx和氟化物的排放濃度和排放因子

注：排放濃度單位：mg/m3；排放因子指生產單位質量產品所排放的污染物量，單位：g/t。

由表2中數(shù)據(jù)可知，氟化物的排放濃度和排放因子較SO2和NOx的最小。LZ回轉窯氟化物的排放濃度和排放因子最大，其均值分別為3.37mg/m3和7g/t，但其排放濃度值仍小于《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》中關于水泥窯及窯尾余熱利用系統(tǒng)所允許排放的氟化物的限制濃度(5mg/m3)[2]；JS回轉窯氟化物的排放濃度最小，其平均值為0.03mg/m3，較LZ的小兩個數(shù)量級，排放因子以LF的最小。

3結論

雖然4個水泥廠的日產量和生產工藝相同，但由于所選用的生料和燃料不同導致煙氣中三者的排放特征存在差異。具體地講，LZ水泥廠回轉窯三者的排放濃度和排放因子均最大，其中SO2的排放濃度和排放因子分別為15.83mg/m3和36g/t，NOx的排放濃度和排放因子分別為748mg/m3和1630g/t，氟化物的排放濃度和排放因子分別為3.37mg/m3和7g/t；LF水泥廠回轉窯SO2和NOx的排放濃度和排放因子最小，其中SO2的排放濃度和排放因子分別為7.67mg/m3和7g/t，NOx的排放濃度和排放因子分別為250mg/m3和22g/t，JS水泥廠回轉窯氟化物的排放濃度和排放因子最小，分別為0.03mg/m3和0.067g/t。

參考文獻：

[1] 《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》和《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標準》解讀[OL]. http://www.gov.cn/gzdt/2013-12/30/content_2556875.htm，2013-12-30.

[2]GB4913-2013，水泥工業(yè)大氣污染物排放標準[S].2013.

作者簡介：劉祥凱，工程師，碩士，從事環(huán)境監(jiān)測與環(huán)評工作

中圖分類號：X51

文獻標識碼：A

文章編號：1673-288X(2016)04-0239-02

Research on Emission Characteristics of Primary Gaseous Pollutants (Sulfur Dioxide，Nitric Oxide and Fluoride) from the Cement Industry

LIU Xiangkai

(Shanxi Coal Environment Monitoring Center Station，Taiyuan 030006，China)

Abstract：The emission concentration and emission factor of sulfur dioxide，nitric oxide and fluoride from rotary kilns of cement industry have been researched in this study，and the emission concentration and factor associated with nitric oxide were maximal，and the both associated with fluoride were minimal.

Keywords：cement industry；rotary kiln；sulfur dioxide；nitric oxide；fluoride

引用文獻格式：劉祥凱.水泥行業(yè)主要氣態(tài)污染物(SO2、NOx和氟化物)排放特征研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(4)：239-240.