水泥廠主要有害氣體及其防治

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　　水泥生產(chǎn)過程中不僅產(chǎn)生大量煙塵、粉塵，還生成二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）、氟化物、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）等有害氣體而污染大氣。粉塵治理已有成熟的技術(shù)與裝備，本文只對主要有害氣體的危害及其防治進行淺述。

　　1．主要有害氣體與危害

　　1．1二氧化硫（SO2）

　　水泥工業(yè)廢氣中的SO2、主要來源于水泥原料或燃料中的含硫化合物，及在高溫氧化條件下生成的硫氧化物。對于新型干法生產(chǎn)來說，硫和鉀、鈉、氯一樣，是引起預(yù)熱器、分解爐結(jié)皮堵塞的重要因素之一，是一種對生產(chǎn)有害、需要加以限制的一種組分。由于在水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)存在充足的鈣和一定量的鉀鈉，所形成的硫酸鹽揮發(fā)性較差、有80%以上殘留在熟料中，因而在廢氣中排放的SO2、和其它工業(yè)窯爐(如電力鍋爐)相比，要少許多。而對于干法中空窯、立窯和濕法水泥生產(chǎn)工藝而言，所排放的SO2量、相對要比新型干法生產(chǎn)大得多。

　　SO2是含硫大氣污染物中最重要的一種。SO2為無色、有刺激性臭味的有毒氣體，不可燃，易液化。SO2是造成全球大范圍酸雨的主要原因。

　　1.2 氮氧化物（NOx）

　　在水泥生產(chǎn)過程中排放的NOx，主要來源于燃料高溫燃燒時、燃燒空氣中的N2在高溫狀態(tài)下與氧化合生成。其生成量取決于燃燒火焰溫度，火焰溫度越高、則N2被氧化生成的NOx量越多。在新型干法生產(chǎn)系統(tǒng)中，由于50%～60%的燃料是在溫度較低的分解爐中燃燒的，因此從新型干法生產(chǎn)系統(tǒng)中排放的NOx遠低于傳統(tǒng)生產(chǎn)方法。據(jù)估計，我國水泥工業(yè)每年排放的NOx約為100萬噸左右。

　　氮氧化物中，NO和NO2是兩種最重要的大氣污染物。

　　NO為無色氣體、淡藍色液體或藍白色固體，在空氣中容易被O3和光化學(xué)作用氧化成NO2。

　　NO2為黃色液體或棕紅色氣體，能溶于水、生成硝酸和亞硝酸，具有腐蝕性。NO和血紅蛋白的親和力比CO大幾百倍，動物接觸高濃度的NO，可出現(xiàn)中樞神經(jīng)病變。NO2對眼和呼吸氣管有刺激作用，高濃度的NO2急性中毒能引起氣管炎和肺氣腫，嚴重者可導(dǎo)致死亡。NOx還可形成光化學(xué)煙霧、嚴重影響視野，NOx分級濃度的危害程度見表1。

　　1.3 SO2、NOx與酸雨

　　酸雨是造成全球性環(huán)境污染的元兇之一。酸雨中含有多種無機酸和有機酸，絕大部分是硫酸和硝酸。二氧化硫和氮氧化物在大氣成雨過程中，被水氣凝結(jié)成的液滴吸收，形成硫酸雨滴和硝酸雨滴；含酸雨滴在下降過程中不斷合并、吸附、沖刷其它含酸雨滴和含酸氣體，形成較大雨滴，最后落到地面上，形成了酸雨。酸雨酸度過高，PH值降到5.6以下時，就會產(chǎn)生嚴重危害。它可以直接使大片森林死亡，農(nóng)作物枯萎；也會抑制土壤中有機物的分解和氮的固定，淋洗土壤粒子中的鈣、鎂、鉀等營養(yǎng)元素，使土壤貧瘠化；還可使湖泊、河流酸化，并溶解土壤和水體底泥中的重金屬、使之進入水中，毒害魚類；加速建筑物和文物古跡的腐蝕和風(fēng)化過程；還可危及人體健康。

　　1.4 氟化物

　　原料中含有氟的礦物質(zhì)如螢石（CaF2）時，在高溫下會產(chǎn)生一種或多種揮發(fā)性含氟的無機化合物排放到大氣。若存在硅酸鹽化合物，則會形成SiF4排入大氣，SiF4進一步水解，生成氟化氫（HF）——氟化氫（HF）為無色氣體，在19.54℃以下為無色液體、極易揮發(fā)，在空氣中發(fā)煙，有毒，刺激眼睛，腐蝕皮膚。無水氟化氫為最強的酸性物質(zhì)之一，對普通鋼材有強烈的腐蝕性。

　　四氟化硅（SiF4），無色非燃燒氣體，劇毒，有類似氯化氫的窒息氣味，在潮濕空氣中水解生成硅酸和氫氟酸，同時生成濃煙。

　　當含氟化合物在大氣中的殘留濃度超過允許的濃度時，對植物和動物生命，以致氣候都會產(chǎn)生顯著影響。

　　1.5一氧化碳（CO）

　　水泥煅燒過程中由于碳的不完全燃燒會產(chǎn)生少量CO，屬易燃物質(zhì)。使用電除塵器處理窯尾廢氣時，常因廢氣中CO濃度過高而引起爆炸。CO為無色無嗅氣體，極毒！不易液化和固化，微溶于水。CO燃燒時在空氣中呈藍色火焰，能與許多金屬或非金屬反應(yīng)，與氯氣反應(yīng)生成極毒的光氣（COCL2）。在立窯窯面或檢修除塵器時，不時發(fā)生中毒事件。

　　1.6二氧化碳（CO2）

　　1.6.1水泥生產(chǎn)過程中CO2氣體的產(chǎn)生

　　水泥生產(chǎn)過程中CO2氣體主要由水泥熟料煅燒窯及烘干設(shè)備排放。

　　1.在水泥煅燒窯中排放的CO2,來源于水泥原料中碳酸鹽分解和燃料燃燒。當前，生產(chǎn)水泥熟料的主要原料為石灰石。普通硅酸鹽水泥熟料含氧化鈣65%左右，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式(CaCO3=CaO+CO2)算出：每生產(chǎn)1噸水泥熟料生成0.511噸CO2。

　　2.由燃料燃燒所產(chǎn)生的CO2與耗用燃料的發(fā)熱量及數(shù)量有關(guān)。

　　水泥廠用的燃料煤發(fā)熱量為22000kJ/㎏時，約含有65%左右的固定碳，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式：

　　C+O2=CO2可知，碳完全燃燒時、每噸煤產(chǎn)生2.38噸CO2。

　　水泥生產(chǎn)過程所用燃料分為熟料燒成用燃料和原燃料烘干用燃料，熟料燒成用燃料的多少與生產(chǎn)水泥熟料的生產(chǎn)工藝及規(guī)模有關(guān)，現(xiàn)行我國各水泥生產(chǎn)工藝、規(guī)模和熱耗的關(guān)系見表2。烘干用燃料的多少與對余熱的利用程度和原燃料的自然水分有關(guān)，不考慮烘干物料對余熱的利用，按原燃料的自然水分為18%、生產(chǎn)1噸熟料需烘干0.5噸左右原燃料計算，烘干用煤約為0.02噸。