新型干法水泥項目污染特征及環境風險分析

林幗秀

(廣東省環境保護職業技術學校，廣東 廣州 510655)

新型干法水泥項目污染特征及環境風險分析

林幗秀

(廣東省環境保護職業技術學校，廣東 廣州 510655)

介紹新型干法水泥項目的發展概況，分析該類項目的工程內容、產排污特征以及主要環境風險，闡述重大危險源識別、最大可信事故源項分析評價的方法，為新型干法水泥項目的環境評價與風險管理提供技術借鑒與參考。

新型干法水泥；污染特征；環境風險

1 新型干法水泥項目概述

新型干法水泥熟料生產技術自20世紀50至70年代出現，是以懸浮預熱和窯外預分解技術為核心，使水泥生產具有高效、優質、節能、環保、自動控制等特點的現代水泥生產方法。新型干法水泥窯在熱效率、耐火磚等部件和材料消耗、熟料質量、大型化生產等方面均比立窯、干法中空窯、立波爾窯、濕法窯優越。目前，新型干法燒成技術是世界水泥工業的主導技術，至今還沒有其他技術可以取代[1]。

根據《產業結構調整指導目錄》、《水泥工業產業發展政策》、《水泥行業準入條件》、《印發廣東省淘汰落后水泥生產能力實施方案的通知》等國家及地方產業政策，鼓勵地方和企業以淘汰落后生產能力方式發展新型干法水泥，重點支持在有資源的地區建設日產4000噸及以上規模新型干法水泥項目；鼓勵和支持企業發展循環經濟，新型干法窯系統廢氣余熱要進行回收利用，鼓勵采用純低溫廢氣余熱發電；新建水泥熟料生產線項目必須嚴格按照“等量或減量淘汰”的原則執行，落實產能置換工作。

2 工程內容及產排污特征

2.1 工程內容及組成

新型干法水泥項目工程內容一般包括主體工程、輔助工程、公用工程、環保工程、儲運工程等[2]，見表1。

2.2 項目產排污特征

新型干法水泥生產過程中會產生廢氣、廢水、噪聲和固體廢棄物等污染物，其中，廢氣粉塵是該類項目的特征污染物，多采用袋式收塵器對有組織排放粉塵進行治理，并通過加強密閉等方式減少粉塵無組織排放；其他廢氣污染物如NOx 、SO2等則通過脫硝、吸硫等方式進行治理。廢水多通過循環回用實現“零排放”；噪聲可通過隔聲減震方法進行治理；固體廢物則進行分類收集與處置。具體產污環節詳見圖1。

表1 新型干法水泥項目主要工程內容

圖1 新型干法水泥項目產排污環節

3 新型干法水泥項目環境風險分析

3.1 風險識別

3.1.1 物質危險性識別

水泥制造業主要原材料為石灰石、粘土、砂巖、鐵粉、煙煤；輔助材料主要為點火或叉車用的燃料輕柴油；產品為水泥熟料；煙氣脫硝系統需用到氨水；項目在非正常工況時有可能產生CO有毒易燃氣體；若項目配套石灰石礦山，開采過程要用炸藥爆破，并在礦區設置臨時炸藥庫，炸藥主要成分為硝酸銨。根據《危險化學品名錄》，該類項目涉及的危險物質為氨水、輕柴油、一氧化碳、硝酸銨等物質。

3.1.2 重大危險源識別

根據《危險化學品重大危險源辨識》(GB18218-2014)以及《建設項目環境風險評價技術導則》HJ/T169-2004附錄A.1中爆炸性物質、易燃物質和有毒物質名稱及臨界量表，對項目涉及的危險化學品進行識別。

若單元內存在的危險化學品為單一品種，則該危險化學品的數量即為單元內危險化學品的總量，若等于或超過相應的臨界量，則定為重大危險源。

若單元內存在的危險物質為多品種時，則按公式計算，若滿足公式1則定為重大危險源[3]：

(1)

式中：q1、q2…qn——每種危險物質實際存在量，t。

Q1、Q2…Qn——與各危險物質相對應的生產場所或貯存區的臨界量，t。

3.1.3 生產過程風險識別

(1)氨水泄露風險

應用SNCR脫硝技術控制煙氣中NOx的達標排放，脫硝系統使用氨水作還原劑。造成氨水泄漏事故主要原因有：①氨水的卸載、儲存、輸送過程發生的氨水滲漏；② SNCR脫硝系統發生故障，導致氨隨煙氣進入大氣環境；③ SNCR反應器發生破裂或堵塞引起爆炸，易導致氨泄漏；④氨噴射系統發生故障造成氨泄漏[4]。

(2)煤粉火災及爆炸

水泥廠的煤粉制備是廠區發生火災機會最高區域，這是因為煤充分粉磨后，粒子直徑降到100微米以下，極易隨風飄散，一旦遇到火種可以發生燃燒，進而產生不完全燃燒煙氣污染，主要污染物有SO2，CO。另外，當煤粉在以下三個條件時即有可能發生粉塵爆炸：①存在可燃物質且濃度在爆炸極限范圍內，其下限濃度30g/m3，上限濃度為1500～2000g/m3；②有足夠氧含量，烘干粉磨設備中的最高氧含量應為14%；③存在強烈的熱源。煤粉自燃和爆炸通常發生在磨內、煤粉倉、電收塵等環節。

(3)窯尾煙囪CO泄漏

窯尾煙囪因熟料煅燒過程燃燒條件改變，導致煙氣中CO濃度顯著增高。由于窯尾電除塵器對CO濃度非常敏感，當CO濃度超過臨界值(約1200mg/m3)時，電除塵器自動跳閘切斷電源，以免發生火災事故，此時從煙囪泄漏大量CO氣體。中央控制系統一般設有應對CO升高的燃燒條件控制系統，當發生跳閘情況時自動改變窯內燃燒條件，加大窯內送風量使CO充分燃燒，煙氣CO濃度將顯著降低。

(4)柴油儲罐泄漏、火災及爆炸

項目點火或叉車使用燃料輕柴油，柴油泄漏主要原因有：①柴油管道閥門、法蘭泄漏；②柴油運輸槽車泄漏；③柴油罐體破裂(大多數是頂蓋破裂)。若遭遇明火，柴油儲罐區還會發生火災、爆炸事故。

(5)礦山炸藥庫炸藥及雷管爆炸

項目配套礦山炸藥庫爆炸原因主要有：違規用火引起火災進而爆炸、違規操作造成機械撞擊引起爆炸。炸藥庫爆炸主要危險是安全威脅，炸藥庫爆炸產生的環境污染物主要是爆炸粉塵和煙塵，還有爆炸噪聲。礦山開采使用的炸藥及雷管集中儲存在炸藥庫內，庫內炸藥和雷管分開存放，并按照防火防暴設計要求進行設計。外部設置值班室、消防系統、崗亭、防火溝及圍墻[2]。只要安全管理得當，此類事故完全可以避免。

3.2 源項分析及風險評價

3.2.1 最大可信事故的確定

最大可信事故是指在所有概率不為零的事故里，對環境(或健康)危害最嚴重的重大事故。對國內多個同類水泥項目調查發現，最大可信事故為氨水泄漏事故，其次是煤粉制備過程火災及爆炸事故。

3.2.2 源項分析及評價方法

(1)氨水泄漏事故

對貯罐或輸送管道破損發生的氨水泄漏速率，可參照《環境風險評價導則》附錄A.2按公式2估算[5]：

(2)

式中：QL—液體泄漏速度，kg/s；Cd—液體泄漏系數，常用0.6～0.64，取0.62；A—裂口面積，m2；ρ—液體密度，取925kg/m3；P、P0—容器內及環境壓力，Pa；g—重力加速度，9.8m/s2；h—裂口之上液位高度，取2.24m。

對于氨水儲罐來說，罐體結構比較均勻，發生整個容器破裂而泄漏的可能性很小，泄漏事故發生概率最大的地方是容器或輸送管道的接頭處。

氨水泄漏后，在圍堰中形成液池，并隨著表面風的對流而蒸發擴散。氨水蒸汽即氨氣比空氣輕，能在高處擴散至較遠地方，使環境受到污染。考慮泄漏氨水蒸發主要是質量蒸發，質量蒸發速度Q3按公式3計算：

(3)

式中：Q3—質量蒸發速度，kg/s；a，n—大氣穩定度系數，按環境風險評價導則表A2-2選取；p—液體表面蒸氣壓，Pa；R—氣體常數，J/mol·k；M—氣體分子量，kg/mol；T0—環境溫度，k；u—風速，m/s；r—液池半徑，m。

氨水泄漏對周邊環境影響可采用多煙團疊加模式進行預測后果分析，其對近距離人群影響可參照IDLH濃度值、半致死濃度值等標準進行評價。

(2) 煤粉制備火災爆炸事故

采用由美國道化學公司開發火災爆炸指數安全評價方法[6]，計算煤粉制備系統的火災爆炸指數，然后確定其暴露半徑和危害系數。火災爆炸指數計算模式如下：

F&EI=F×MF；F=F1×F2

式中：F&EI—火災爆炸指數；MF—煤粉物質系數；F—工藝單元危險系數；F1—一般工藝危險系數；F2—特殊工藝危險系數。

根據火災爆炸指數確定危險等級，見表2。

表2 火災爆炸指數與危險等級

4 結論與建議

新型干法水泥項目是當前我國水泥工業的主導技術，其建設生產應符合國家相關產業政策要求。該類項目在生產過程會產生廢氣、廢水、噪聲和固體廢棄物等污染物，應采取有針對性的污染治理措施。新型干法水泥項目可能涉及的危險物質有氨水、輕柴油、CO、硝酸銨等物質，生產過程的環境風險主要是氨水泄露、煤粉火災及爆炸、柴油泄漏及火災爆炸、窯尾煙囪CO泄漏、礦山炸藥庫爆炸等。針對該類項目存在的主要環境風險，應制定相應的風險防范措施與應急預案，通過加強管理以降低環境風險程度。

[1]姜祖強.新型干法水泥生產技術的現狀及其發展前景淺析[J].江西建材，2013(4)，7-8.

[2]廣東省環境保護職業技術學校.華潤水泥(封開)有限公司4500t/d熟料新型干法水泥生產線一期工程項目環境影響報告書[R].2008.

[3]GB18218-2014 危險化學品重大危險源辨識[S].

[4]廣東省環境保護職業技術學校.廣東春潭水泥制造有限公司5000t/d新型干法水泥熟料生產線及余熱發電技改工程項目環境影響報告書[R].2016.

[5]HJ/T169-2004建設項目環境風險評價技術導則[S].

[6]道化學公司火災、爆炸危險指數評價方法(第七版)[M].北京：中國化工出版社，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

林幗秀，碩士，高級講師，環評工程師，主要研究方向為環境影響評價與環境管理

X21

A

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

引用文獻格式：林幗秀.新型干法水泥項目污染特征及環境風險分析[J].環境與可持續發展，2017，42(3)：81-83.