水泥窯協同處置危險廢物窯尾大氣污染物防治措施分析

杜娟 郭威 魯然英 薛俊杰

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

水泥窯協同處置危險廢物窯尾大氣污染物防治措施分析

杜娟 郭威 魯然英 薛俊杰

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

水泥窯協同處置危險廢物過程中，窯尾廢氣存在粉塵、NOx、SO2、HCl、HF、重金屬、二惡英等污染物排放，對環境會造成一定影響。結合企業實例，分析了水泥窯焚燒危險廢物排放的窯尾廢氣依托水泥廠現有窯尾大氣污染防治措施的可行性。

水泥窯協同處置危險廢物；大氣污染；防治措施

0 引言

隨著我國現代工業的持續發展，危險廢物產生量逐年遞增。據統計，2010年全國許可證批準的危險廢物處理能力合計1 587萬噸，危險廢物僅有60%左右被綜合利用，大量危險廢物無法得到有效處置。水泥窯協同處置危險廢物不僅能夠有效地避免二次污染，節約土地資源，還能為企業帶來經濟效益，被許多發達國家認為是處理廢棄物的最佳方式，越來越受到社會各界的廣泛關注[1]。

在水泥窯協同處置危險廢物過程中，窯尾廢氣污染物排放，對環境造成一定影響。這里以年處置工業危險廢物約8萬噸的北京水泥廠為例，分析依托水泥廠現有窯尾大氣污染防治措施的可行性。

1 協同處置危險廢物生產工藝

危險廢物在協同處置過程中由預處理、廢物投加、窯內燒成處置等構成。

危險廢物在水泥窯中投加位置應根據危險廢物特性從以下三方面選擇：窯頭高溫段，包括主燃燒器投加點和窯門罩投加點；窯尾高溫段，包括分解爐、窯尾煙室和上升煙道投加點；生料配料系統（生料磨）。

隨著水泥窯的運行，危險廢物在高溫條件下被分解，有機污染物被完全分解氧化，無機物也呈熔融狀態。一些重金屬元素通過液相反應進入到熟料晶格中，經急冷后被完全固化。焚燒過程中產生的SO2等酸性氣體在水泥窯內被堿性物料中和，氣化的重金屬吸附在煙塵上，大部分煙塵隨預熱器中物料返回窯內,少部分煙氣經增濕塔迅速降溫降塵，出塔后進入除塵器徹底除塵，收集下的塵與生料混合，再進入水泥窯燒制成水泥。通過水泥窯協同處置危險廢物，可以實現危險廢物最大程度的利用。

2 大氣污染源分析

水泥窯協同處置危險廢物時，水泥煅燒系統仍是最重要的大氣污染物排放源。窯尾產生的污染物包括粉塵、NOx、SO2、HCl、HF、二惡英重金屬等。

3 窯尾大氣污染防治措施可行性分析

依托現有窯尾廢氣的治理措施，即布袋除塵器+SNCR+排氣筒,充分利用了水泥窯的熱穩定性以及堿性環境，產生的SO2、HCl、HF等酸性氣體被大量吸收，從而大大降低焚燒尾氣中的酸性氣體濃度,廢氣中絕大部分重金屬固化在水泥熟料中，并利用已建成的SNCR脫硝系統，減少NOx排放。

1）粉塵處理措施可行性分析

粉塵處理措施依托現有工程的大型袋式除塵器。粉塵被捕集在濾袋的外表面，凈化后的氣體進入濾袋室上部的凈氣室，匯集到出風管排出。經袋式除塵器凈化后排入大氣。除塵器除塵效率為99.8%。

2）NOx處理措施可行性分析

游戲是幼兒格外喜歡的活動之一，在音樂烘托出的輕松的教學氛圍里適當組織一些游戲，展開韻律教學也是非常有效的一種教學方法。游戲的設計要符合音樂的內容，在教師的引導之下有計劃、井然有序地進行，讓幼兒能夠在游戲中學習，將學習與游戲有機結合，既能夠達到教師想要的教學目的，又能夠讓幼兒一邊游戲一邊學習。

水泥窯協同處置危險廢物時，NOx的產生主要來源于大量空氣中的N2、高溫燃料中的氮和原料中的氮化合物。水泥廠現有脫硝設施采用選擇性無催化脫硝工藝(SNCR)。該工藝是20%氨水作為還原劑，將其噴入分解爐內，在有O2存在、溫度為880～1 200℃的情況下，與NOx進行選擇性反應，使NOx還原為N2和H2O，達到脫硝目的。

3）SO2、HCl等酸性廢氣處理措施可行性分析

SO2：原料帶入的易揮發性硫化物是造成SO2排放的主要根源。水泥生產系統本身就是一種脫硫裝置，SO2可以和生料中的堿性金屬氧化物反應(例如CaO)，生成硫酸鹽礦物或固熔體，因此隨氣體排放到大氣中的SO2是非常低的。

HCl：水泥窯產生的HCl主要來自于含氯的原燃料在燒成過程中形成的。水泥窯中具有強堿性環境，HCl在窯內與CaO反應生成的CaCl2隨熟料帶出窯外，或與堿金屬氧化物反應生成NaCl、KCl在窯內形成內循環而不斷積蓄。通常情況下，97%以上的HCl在窯內會被堿性物質吸收，隨尾氣排放到窯外的量很少。

4）二惡英類廢氣處理措施可行性分析

在水泥窯內的高溫氧化氣氛下，由燃料帶入的二惡英會徹底分解，因此，水泥窯內的二惡英主要來自在窯系統低溫部位（預熱器上部、增濕塔、磨機、除塵設備）發生的二惡英合成反應。

生產水泥所用的原料是固硫、固氯劑，而且系統內的固氣比和氣體溫度遠遠超過汽化熔融焚燒爐，處理過程不具備二惡英產生的條件，從而抑制了二惡英的產生。

①從源頭上減少二惡英產生所需的氯源

對于現代干法水泥生產系統，為了保證窯系統的穩定性和連續性，常對生料中化學成分（K2O+ Na2O、SO32-、Cl-）的含量進行控制。一般情況下，硫堿摩爾比接近于1，保持Cl-對SO32-的比值接近1。由危險廢物帶入燒成系統的Cl-和常規生料中的Cl-的總含量低于0.015%（國內一些水泥燒成系統可放寬至0.02%）。這部分Cl-在水泥煅燒系統內可以被水泥生料完全吸收，不會對系統產生不利的影響。被吸收的Cl-以2CaO·SiO2·CaCl2（穩定溫度1 084～1 100℃）的形式被水泥生料裹挾到回轉窯內，夾帶在熟料的鋁酸鹽和鐵鋁酸鹽的溶劑性礦物中被帶出燒成系統，從而減少二惡英類物質形成的氯源。

②高溫焚燒確保二惡英不易產生

根據《危險廢物焚燒污染控制標準》（GB 18484-2001）中規定的焚燒爐技術要求，煙氣溫度大于1 100℃，煙氣停留時間大于2 s。危險廢物經預處理，送入回轉窯窯尾，窯內氣相溫度最高可達1 800℃，物料溫度約為1 450℃，氣體停留時間長達20 s，完全可以保證有機物的完全燃燒和徹底分解。送入燒成系統的危險廢物處于懸浮態，不存在不完全燃燒區域。高溫下有機物和水分迅速蒸發和氣化，隨著煙氣進入分解爐，在氧化條件下燃燒完畢。從而使易生成PCDD（多氯代二惡英）、PCDF（多氯代苯并呋喃）的有機氯化物完全燃燒，或已生成的PCDD、PCDF完全分解。

③預熱器系統內堿性物料的吸附

窯尾預熱器系統的氣體中含有大量的生料粉，主要成分為CaCO3、MgCO3、CaO和MgO，可與燃燒產生的Cl-迅速反應，從而消除二惡英產生所需要的氯離子，抑制二惡英類物質形成。

④生料中的硫分對二惡英的產生有抑制作用

有關研究證明，燃料中或其他物料夾帶的硫分對二惡英的形成有一定的抑制作用：一則由于硫分的存在控制了Cl-,使得Cl-以HCl的形式存在；二則由于硫分的存在降低了Cu的催化活性，使其生成了CuSO4；三則由于硫分的存在形成了硫酸鹽酚前體物或含硫有機化合物，阻止了二惡英的生成。

經中國科學院環境監測中心近幾年對北京水泥廠窯尾廢氣中二惡英濃度的監測，二惡英濃度在0.033～0.079 ngTEQ/Nm3，因此利用水泥窯協同處置危險廢物，二惡英達標排放是有保障的。

5）重金屬廢氣處理措施可行性分析

①重金屬固化原理

根據《水泥窯協同處置固體廢物污染物控制標準》（GB 30485-2013）編制說明，由水泥生產所需的常規原燃料和危險廢物帶入窯內的重金屬在窯內部分隨煙氣排入大氣，部分進入熟料，部分在窯內不斷循環累積。根據重金屬的揮發特性，可將重金屬分為不揮發、半揮發、易揮發、高揮發等四類重金屬

不揮發類元素99.9%以上被結合到熟料中；半揮發類元素在窯和預熱器系統內形成內循環，最終幾乎全部進入熟料，隨煙氣帶入帶出窯系統外的量很少;易揮發元素Ti在預熱器內形成內循環在窯灰形成外循環，一般不帶入熟料，隨煙氣排放的量少，但隨內外循環的積累，隨凈化后煙氣排放的Ti逐漸升高；高揮發元素Hg主要是凝結在窯灰上，或隨煙氣帶走形成外循環和排放，不帶入熟料。

②重金屬投加限值

煙氣中重金屬濃度除了與廢物中重金屬含量有關外，還與廢物的投加速率、水泥窯產量、常規原料和燃料中重金屬含量等有關。因此，通過限制重金屬投加量和投加速率控制排放煙氣中的重金屬濃度，滿足《水泥窯協同處置固體廢物污染控制標準》規定的濃度限值。

根據《利用水泥窯焚燒廢棄物研究報告》，95%以上的重金屬元素均被固化在混凝土內部。可見，水泥窯焚燒危險廢物時，危險廢物中的重金屬元素絕大部分進入水泥熟料中,并被固化在水泥中，只有微量重金屬進入飛灰和廢氣中,避免了二次污染。

4 結論

水泥窯焚燒危險廢物排放的窯尾廢氣依托水泥廠現有窯尾大氣污染防治措施是可行的。水泥窯協同處置危險廢物的處理方面有著巨大的優勢，對環境影響大大降低，在發展上有很大的前景。

[1]苑輝,胡芝娟,李惠,董濤,趙春芳,李勇.水泥窯協同處置危險廢物管理制度現狀分析和建議[J].中國水泥,2013(8).