水泥厂主要有害气体及其防治

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　　水泥生产过程中不仅产生大量烟尘、粉尘，还生成二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）、氟化物、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）等有害气体而污染大气。粉尘治理已有成熟的技术与装备，本文只对主要有害气体的危害及其防治进行浅述。

　　1．主要有害气体与危害

　　1．1二氧化硫（SO2）

　　水泥工业废气中的SO2、主要来源于水泥原料或燃料中的含硫化合物，及在高温氧化条件下生成的硫氧化物。对于新型干法生产来说，硫和钾、钠、氯一样，是引起预热器、分解炉结皮堵塞的重要因素之一，是一种对生产有害、需要加以限制的一种组分。由于在水泥回转窑内存在充足的钙和一定量的钾钠，所形成的硫酸盐挥发性较差、有80%以上残留在熟料中，因而在废气中排放的SO2、和其它工业窑炉(如电力锅炉)相比，要少许多。而对于干法中空窑、立窑和湿法水泥生产工艺而言，所排放的SO2量、相对要比新型干法生产大得多。

　　SO2是含硫大气污染物中最重要的一种。SO2为无色、有刺激性臭味的有毒气体，不可燃，易液化。SO2是造成全球大范围酸雨的主要原因。

　　1.2 氮氧化物（NOx）

　　在水泥生产过程中排放的NOx，主要来源于燃料高温燃烧时、燃烧空气中的N2在高温状态下与氧化合生成。其生成量取决于燃烧火焰温度，火焰温度越高、则N2被氧化生成的NOx量越多。在新型干法生产系统中，由于50%～60%的燃料是在温度较低的分解炉中燃烧的，因此从新型干法生产系统中排放的NOx远低于传统生产方法。据估计，我国水泥工业每年排放的NOx约为100万吨左右。

　　氮氧化物中，NO和NO2是两种最重要的大气污染物。

　　NO为无色气体、淡蓝色液体或蓝白色固体，在空气中容易被O3和光化学作用氧化成NO2。

　　NO2为黄色液体或棕红色气体，能溶于水、生成硝酸和亚硝酸，具有腐蚀性。NO和血红蛋白的亲和力比CO大几百倍，动物接触高浓度的NO，可出现中枢神经病变。NO2对眼和呼吸气管有刺激作用，高浓度的NO2急性中毒能引起气管炎和肺气肿，严重者可导致死亡。NOx还可形成光化学烟雾、严重影响视野，NOx分级浓度的危害程度见表1。

　　1.3 SO2、NOx与酸雨

　　酸雨是造成全球性环境污染的元凶之一。酸雨中含有多种无机酸和有机酸，绝大部分是硫酸和硝酸。二氧化硫和氮氧化物在大气成雨过程中，被水气凝结成的液滴吸收，形成硫酸雨滴和硝酸雨滴；含酸雨滴在下降过程中不断合并、吸附、冲刷其它含酸雨滴和含酸气体，形成较大雨滴，最后落到地面上，形成了酸雨。酸雨酸度过高，PH值降到5.6以下时，就会产生严重危害。它可以直接使大片森林死亡，农作物枯萎；也会抑制土壤中有机物的分解和氮的固定，淋洗土壤粒子中的钙、镁、钾等营养元素，使土壤贫瘠化；还可使湖泊、河流酸化，并溶解土壤和水体底泥中的重金属、使之进入水中，毒害鱼类；加速建筑物和文物古迹的腐蚀和风化过程；还可危及人体健康。

　　1.4 氟化物

　　原料中含有氟的矿物质如萤石（CaF2）时，在高温下会产生一种或多种挥发性含氟的无机化合物排放到大气。若存在硅酸盐化合物，则会形成SiF4排入大气，SiF4进一步水解，生成氟化氢（HF）——氟化氢（HF）为无色气体，在19.54℃以下为无色液体、极易挥发，在空气中发烟，有毒，刺激眼睛，腐蚀皮肤。无水氟化氢为最强的酸性物质之一，对普通钢材有强烈的腐蚀性。

　　四氟化硅（SiF4），无色非燃烧气体，剧毒，有类似氯化氢的窒息气味，在潮湿空气中水解生成硅酸和氢氟酸，同时生成浓烟。

　　当含氟化合物在大气中的残留浓度超过允许的浓度时，对植物和动物生命，以致气候都会产生显著影响。

　　1.5一氧化碳（CO）

　　水泥煅烧过程中由于碳的不完全燃烧会产生少量CO，属易燃物质。使用电除尘器处理窑尾废气时，常因废气中CO浓度过高而引起爆炸。CO为无色无嗅气体，极毒！不易液化和固化，微溶于水。CO燃烧时在空气中呈蓝色火焰，能与许多金属或非金属反应，与氯气反应生成极毒的光气（COCL2）。在立窑窑面或检修除尘器时，不时发生中毒事件。

　　1.6二氧化碳（CO2）

　　1.6.1水泥生产过程中CO2气体的产生

　　水泥生产过程中CO2气体主要由水泥熟料煅烧窑及烘干设备排放。

　　1.在水泥煅烧窑中排放的CO2,来源于水泥原料中碳酸盐分解和燃料燃烧。当前，生产水泥熟料的主要原料为石灰石。普通硅酸盐水泥熟料含氧化钙65%左右，根据化学反应方程式(CaCO3=CaO+CO2)算出：每生产1吨水泥熟料生成0.511吨CO2。

　　2.由燃料燃烧所产生的CO2与耗用燃料的发热量及数量有关。

　　水泥厂用的燃料煤发热量为22000kJ/㎏时，约含有65%左右的固定碳，根据化学反应方程式：

　　C+O2=CO2可知，碳完全燃烧时、每吨煤产生2.38吨CO2。

　　水泥生产过程所用燃料分为熟料烧成用燃料和原燃料烘干用燃料，熟料烧成用燃料的多少与生产水泥熟料的生产工艺及规模有关，现行我国各水泥生产工艺、规模和热耗的关系见表2。烘干用燃料的多少与对余热的利用程度和原燃料的自然水分有关，不考虑烘干物料对余热的利用，按原燃料的自然水分为18%、生产1吨熟料需烘干0.5吨左右原燃料计算，烘干用煤约为0.02吨。