新型干法水泥项目污染特征及环境风险分析

林帼秀

(广东省环境保护职业技术学校，广东 广州 510655)

新型干法水泥项目污染特征及环境风险分析

林帼秀

(广东省环境保护职业技术学校，广东 广州 510655)

介绍新型干法水泥项目的发展概况，分析该类项目的工程内容、产排污特征以及主要环境风险，阐述重大危险源识别、最大可信事故源项分析评价的方法，为新型干法水泥项目的环境评价与风险管理提供技术借鉴与参考。

新型干法水泥；污染特征；环境风险

1 新型干法水泥项目概述

新型干法水泥熟料生产技术自20世纪50至70年代出现，是以悬浮预热和窑外预分解技术为核心，使水泥生产具有高效、优质、节能、环保、自动控制等特点的现代水泥生产方法。新型干法水泥窑在热效率、耐火砖等部件和材料消耗、熟料质量、大型化生产等方面均比立窑、干法中空窑、立波尔窑、湿法窑优越。目前，新型干法烧成技术是世界水泥工业的主导技术，至今还没有其他技术可以取代[1]。

根据《产业结构调整指导目录》、《水泥工业产业发展政策》、《水泥行业准入条件》、《印发广东省淘汰落后水泥生产能力实施方案的通知》等国家及地方产业政策，鼓励地方和企业以淘汰落后生产能力方式发展新型干法水泥，重点支持在有资源的地区建设日产4000吨及以上规模新型干法水泥项目；鼓励和支持企业发展循环经济，新型干法窑系统废气余热要进行回收利用，鼓励采用纯低温废气余热发电；新建水泥熟料生产线项目必须严格按照“等量或减量淘汰”的原则执行，落实产能置换工作。

2 工程内容及产排污特征

2.1 工程内容及组成

新型干法水泥项目工程内容一般包括主体工程、辅助工程、公用工程、环保工程、储运工程等[2]，见表1。

2.2 项目产排污特征

新型干法水泥生产过程中会产生废气、废水、噪声和固体废弃物等污染物，其中，废气粉尘是该类项目的特征污染物，多采用袋式收尘器对有组织排放粉尘进行治理，并通过加强密闭等方式减少粉尘无组织排放；其他废气污染物如NOx 、SO2等则通过脱硝、吸硫等方式进行治理。废水多通过循环回用实现“零排放”；噪声可通过隔声减震方法进行治理；固体废物则进行分类收集与处置。具体产污环节详见图1。

表1 新型干法水泥项目主要工程内容

图1 新型干法水泥项目产排污环节

3 新型干法水泥项目环境风险分析

3.1 风险识别

3.1.1 物质危险性识别

水泥制造业主要原材料为石灰石、粘土、砂岩、铁粉、烟煤；辅助材料主要为点火或叉车用的燃料轻柴油；产品为水泥熟料；烟气脱硝系统需用到氨水；项目在非正常工况时有可能产生CO有毒易燃气体；若项目配套石灰石矿山，开采过程要用炸药爆破，并在矿区设置临时炸药库，炸药主要成分为硝酸铵。根据《危险化学品名录》，该类项目涉及的危险物质为氨水、轻柴油、一氧化碳、硝酸铵等物质。

3.1.2 重大危险源识别

根据《危险化学品重大危险源辨识》(GB18218-2014)以及《建设项目环境风险评价技术导则》HJ/T169-2004附录A.1中爆炸性物质、易燃物质和有毒物质名称及临界量表，对项目涉及的危险化学品进行识别。

若单元内存在的危险化学品为单一品种，则该危险化学品的数量即为单元内危险化学品的总量，若等于或超过相应的临界量，则定为重大危险源。

若单元内存在的危险物质为多品种时，则按公式计算，若满足公式1则定为重大危险源[3]：

(1)

式中：q1、q2…qn——每种危险物质实际存在量，t。

Q1、Q2…Qn——与各危险物质相对应的生产场所或贮存区的临界量，t。

3.1.3 生产过程风险识别

(1)氨水泄露风险

应用SNCR脱硝技术控制烟气中NOx的达标排放，脱硝系统使用氨水作还原剂。造成氨水泄漏事故主要原因有：①氨水的卸载、储存、输送过程发生的氨水渗漏；② SNCR脱硝系统发生故障，导致氨随烟气进入大气环境；③ SNCR反应器发生破裂或堵塞引起爆炸，易导致氨泄漏；④氨喷射系统发生故障造成氨泄漏[4]。

(2)煤粉火灾及爆炸

水泥厂的煤粉制备是厂区发生火灾机会最高区域，这是因为煤充分粉磨后，粒子直径降到100微米以下，极易随风飘散，一旦遇到火种可以发生燃烧，进而产生不完全燃烧烟气污染，主要污染物有SO2，CO。另外，当煤粉在以下三个条件时即有可能发生粉尘爆炸：①存在可燃物质且浓度在爆炸极限范围内，其下限浓度30g/m3，上限浓度为1500～2000g/m3；②有足够氧含量，烘干粉磨设备中的最高氧含量应为14%；③存在强烈的热源。煤粉自燃和爆炸通常发生在磨内、煤粉仓、电收尘等环节。

(3)窑尾烟囱CO泄漏

窑尾烟囱因熟料煅烧过程燃烧条件改变，导致烟气中CO浓度显著增高。由于窑尾电除尘器对CO浓度非常敏感，当CO浓度超过临界值(约1200mg/m3)时，电除尘器自动跳闸切断电源，以免发生火灾事故，此时从烟囱泄漏大量CO气体。中央控制系统一般设有应对CO升高的燃烧条件控制系统，当发生跳闸情况时自动改变窑内燃烧条件，加大窑内送风量使CO充分燃烧，烟气CO浓度将显著降低。

(4)柴油储罐泄漏、火灾及爆炸

项目点火或叉车使用燃料轻柴油，柴油泄漏主要原因有：①柴油管道阀门、法兰泄漏；②柴油运输槽车泄漏；③柴油罐体破裂(大多数是顶盖破裂)。若遭遇明火，柴油储罐区还会发生火灾、爆炸事故。

(5)矿山炸药库炸药及雷管爆炸

项目配套矿山炸药库爆炸原因主要有：违规用火引起火灾进而爆炸、违规操作造成机械撞击引起爆炸。炸药库爆炸主要危险是安全威胁，炸药库爆炸产生的环境污染物主要是爆炸粉尘和烟尘，还有爆炸噪声。矿山开采使用的炸药及雷管集中储存在炸药库内，库内炸药和雷管分开存放，并按照防火防暴设计要求进行设计。外部设置值班室、消防系统、岗亭、防火沟及围墙[2]。只要安全管理得当，此类事故完全可以避免。

3.2 源项分析及风险评价

3.2.1 最大可信事故的确定

最大可信事故是指在所有概率不为零的事故里，对环境(或健康)危害最严重的重大事故。对国内多个同类水泥项目调查发现，最大可信事故为氨水泄漏事故，其次是煤粉制备过程火灾及爆炸事故。

3.2.2 源项分析及评价方法

(1)氨水泄漏事故

对贮罐或输送管道破损发生的氨水泄漏速率，可参照《环境风险评价导则》附录A.2按公式2估算[5]：

(2)

式中：QL—液体泄漏速度，kg/s；Cd—液体泄漏系数，常用0.6～0.64，取0.62；A—裂口面积，m2；ρ—液体密度，取925kg/m3；P、P0—容器内及环境压力，Pa；g—重力加速度，9.8m/s2；h—裂口之上液位高度，取2.24m。

对于氨水储罐来说，罐体结构比较均匀，发生整个容器破裂而泄漏的可能性很小，泄漏事故发生概率最大的地方是容器或输送管道的接头处。

氨水泄漏后，在围堰中形成液池，并随着表面风的对流而蒸发扩散。氨水蒸汽即氨气比空气轻，能在高处扩散至较远地方，使环境受到污染。考虑泄漏氨水蒸发主要是质量蒸发，质量蒸发速度Q3按公式3计算：

(3)

式中：Q3—质量蒸发速度，kg/s；a，n—大气稳定度系数，按环境风险评价导则表A2-2选取；p—液体表面蒸气压，Pa；R—气体常数，J/mol·k；M—气体分子量，kg/mol；T0—环境温度，k；u—风速，m/s；r—液池半径，m。

氨水泄漏对周边环境影响可采用多烟团叠加模式进行预测后果分析，其对近距离人群影响可参照IDLH浓度值、半致死浓度值等标准进行评价。

(2) 煤粉制备火灾爆炸事故

采用由美国道化学公司开发火灾爆炸指数安全评价方法[6]，计算煤粉制备系统的火灾爆炸指数，然后确定其暴露半径和危害系数。火灾爆炸指数计算模式如下：

F&EI=F×MF；F=F1×F2

式中：F&EI—火灾爆炸指数；MF—煤粉物质系数；F—工艺单元危险系数；F1—一般工艺危险系数；F2—特殊工艺危险系数。

根据火灾爆炸指数确定危险等级，见表2。

表2 火灾爆炸指数与危险等级

4 结论与建议

新型干法水泥项目是当前我国水泥工业的主导技术，其建设生产应符合国家相关产业政策要求。该类项目在生产过程会产生废气、废水、噪声和固体废弃物等污染物，应采取有针对性的污染治理措施。新型干法水泥项目可能涉及的危险物质有氨水、轻柴油、CO、硝酸铵等物质，生产过程的环境风险主要是氨水泄露、煤粉火灾及爆炸、柴油泄漏及火灾爆炸、窑尾烟囱CO泄漏、矿山炸药库爆炸等。针对该类项目存在的主要环境风险，应制定相应的风险防范措施与应急预案，通过加强管理以降低环境风险程度。

[1]姜祖强.新型干法水泥生产技术的现状及其发展前景浅析[J].江西建材，2013(4)，7-8.

[2]广东省环境保护职业技术学校.华润水泥(封开)有限公司4500t/d熟料新型干法水泥生产线一期工程项目环境影响报告书[R].2008.

[3]GB18218-2014 危险化学品重大危险源辨识[S].

[4]广东省环境保护职业技术学校.广东春潭水泥制造有限公司5000t/d新型干法水泥熟料生产线及余热发电技改工程项目环境影响报告书[R].2016.

[5]HJ/T169-2004建设项目环境风险评价技术导则[S].

[6]道化学公司火灾、爆炸危险指数评价方法(第七版)[M].北京：中国化工出版社，1997.

Analysis of Pollution Characteristics and Environmental Risks for Cement Dry Process Project

LIN Guoxiu

(Guangdong Environmental Protection and Technology School，Guangzhou 510655)

The paper introduces the basic facts of Cement Dry Process Project in China，as well as analyzing its project content，the characteristics of pollution sources，the environmental impacts and environmental risks. Besides，the technique of major hazards identification and the most credible accident source item analysis have been put forward. It will provide a technology reference for environmental assessment and risk management of cement dry process project.

cement dry process project；pollution characteristics；environmental risks

林帼秀，硕士，高级讲师，环评工程师，主要研究方向为环境影响评价与环境管理

X21

A

1673-288X(2017)03-0081-03

引用文献格式：林帼秀.新型干法水泥项目污染特征及环境风险分析[J].环境与可持续发展，2017，42(3)：81-83.