水泥行业主要气态污染物(SO2、NOx和氟化物)排放特征研究

刘祥凯

(山西煤炭环境监测中心站，山西 太原　030006)



水泥行业主要气态污染物(SO2、NOx和氟化物)排放特征研究

刘祥凯

(山西煤炭环境监测中心站，山西 太原030006)

【摘要】本文分析了4个水泥厂回转窑SO2、NOx和氟化物的排放浓度和排放因子，其中NOx的排放浓度和排放因子最大，氟化物的排放浓度和排放因子最小。

【关键词】水泥行业；回转窑；SO2；NOx；氟化物

水泥生产排放的大气污染物主要包括颗粒物、SO2、NOx、氟化物等。据统计，我国水泥工业污染物排放量占全国：颗粒物为15%～20%，SO2为3%～4%，NOx为8%～10%，属污染控制的重点行业[1]。本文以山西省典型熟料水泥工艺为研究对象，依据相关环境空气质量标准关注的污染物种类，揭示其回转窑窑尾排放的大气污染物浓度特征。

1样品采集

本文选择日产量相同和生产工艺一致的4个水泥厂为研究对象，对其回转窑窑尾有组织排放的SO2、NOx和氟化物污染物样品进行采集分析。回转窑尾的监测时间均3天，每天采集3个样品。

表1　回转窑窑尾排放监测信息

2结果与讨论

回转窑是水泥生产线的重要组成。水泥生产过程释放大量的SO2、NOx和氟化物污染物，故本课题就具有相同生产工艺和日产量的4个水泥厂的回转窑在运行过程中主要气态污染物进行分析研究(见表2)，以期为进一步准确评价区域大气环境质量和核算大气污染物环境容量提供重要的基础数据。

2.1回转窑窑尾 SO2的排放特征

水泥生产过程中所排放的SO2主要来自水泥原料和燃料中的含硫化合物，以及高温氧化条件下生成的硫氧化物。为了更形象地描述水泥生产过程中污染物的排放特征，本课题在研究污染物排放浓度的基础上，同时用生产单位产品所排放的污染物量(即：排放因子)进一步揭示水泥生产行业污染物的排放特征。

由表2中数据可知，水泥日产量几乎相同的4个回转炉所释放SO2的浓度存在一定差异性，SJ水泥厂和LF水泥厂回转窑SO2的排放浓度相对偏低，其平均值分别为4.78mg/m3和7.67mg/m3，而其余两家水泥厂回转窑排放的SO2的浓度为15mg/m3，约为SJ水泥厂的3倍，LF水泥厂的2倍。排放因子的大小不仅与污染物的排放浓度有关，还与排放烟气量有关。LF回转窑SO2的排放因子最小，约为7g/t，其次是SJ的，其值约为14g/t，是LF的2倍；而JS和LZ回转窑SO2的排放因子远大于LF和SJ的，其平均值分别为40g/t和36g/t。选用低硫含量的燃料和生料是减小SO2排放浓度和排放因子的主要技术手段。

2.2回转窑窑尾NOx的排放特征

水泥生产过程中排放的NOx属于热力型，主要来自燃烧空气中的N2在高温状态下与氧气的反应过程，其生成量主要取决于燃烧温度，温度越高，NOx的生成量越多。在新型干法生产系统中，50%～60%的燃料在温度较低的分解炉中燃烧，故在该生产系统中排放的NOx远远低于传统生产工艺的。目前，我国水泥行业每年排放的NOx在100万吨左右。

由表2中数据可知，NOx的排放浓度远远大于SO2的，在240～750mg/m3之间。但4个回转炉的NOx的排放浓度却存在显著差异，以LF回转窑排放的NOx的浓度最低，约为250mg/m3，以LZ回转窑排放的最大，为750mg/m3左右，而SJ和JS回转窑介于二者之间，但JS的大于SJ回转窑的排放浓度。同样，排放因子的大小与其浓度的大小关系一致，以LF水泥厂的最小，每生产1t水泥NOx的排放量仅为22g左右，远远小于其他三个水泥厂的排放因子(SJ、JS和LZ水泥厂NOx的排放因子平均值分别为1308g/t、1595g/t和1630g/t)。上述结果表明，各水泥厂虽然产量相近，但回转窑内鼓入的空气量以及燃烧温度是控制NOx的主要因素。

2.3回转窑窑尾氟化物的排放特征

原料中含氟矿物质(如萤石CaF2)在高温条件下能产生一种或多种挥发性含氟无机化合物；若存在硅酸盐化合物，形成SiF4，遇水进一步水解形成氟化氢。因其主要来自生料中的含氟矿物质，故氟化物是水泥行业的特征污染物。当含氟化合物在大气中残留浓度超过允许浓度时，对动植物生命和气候都会产生显著影响。

表2　回转窑窑尾SO2、NOx和氟化物的排放浓度和排放因子

注：排放浓度单位：mg/m3；排放因子指生产单位质量产品所排放的污染物量，单位：g/t。

由表2中数据可知，氟化物的排放浓度和排放因子较SO2和NOx的最小。LZ回转窑氟化物的排放浓度和排放因子最大，其均值分别为3.37mg/m3和7g/t，但其排放浓度值仍小于《水泥工业大气污染物排放标准》中关于水泥窑及窑尾余热利用系统所允许排放的氟化物的限制浓度(5mg/m3)[2]；JS回转窑氟化物的排放浓度最小，其平均值为0.03mg/m3，较LZ的小两个数量级，排放因子以LF的最小。

3结论

虽然4个水泥厂的日产量和生产工艺相同，但由于所选用的生料和燃料不同导致烟气中三者的排放特征存在差异。具体地讲，LZ水泥厂回转窑三者的排放浓度和排放因子均最大，其中SO2的排放浓度和排放因子分别为15.83mg/m3和36g/t，NOx的排放浓度和排放因子分别为748mg/m3和1630g/t，氟化物的排放浓度和排放因子分别为3.37mg/m3和7g/t；LF水泥厂回转窑SO2和NOx的排放浓度和排放因子最小，其中SO2的排放浓度和排放因子分别为7.67mg/m3和7g/t，NOx的排放浓度和排放因子分别为250mg/m3和22g/t，JS水泥厂回转窑氟化物的排放浓度和排放因子最小，分别为0.03mg/m3和0.067g/t。

参考文献：

[1] 《水泥工业大气污染物排放标准》和《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》解读[OL]. http://www.gov.cn/gzdt/2013-12/30/content_2556875.htm，2013-12-30.

[2]GB4913-2013，水泥工业大气污染物排放标准[S].2013.

作者简介：刘祥凯，工程师，硕士，从事环境监测与环评工作

中图分类号：X51

文献标识码：A

文章编号：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

引用文献格式：刘祥凯.水泥行业主要气态污染物(SO2、NOx和氟化物)排放特征研究[J].环境与可持续发展，2016，41(4)：239-240.