環保頁巖磚隧道窯的煙氣治理技術研究

胡滿深，李宇翔，周景堂，潘柏盛，馮劍峰

（江門市同力環保科技有限公司，廣東 江門 529100）

1 引言

我國房屋建筑材料中70%是墻體材料，其中黏土磚占據主導地位，生產黏土磚每年耗用黏土資源達10多億m3，約相當于毀田50萬畝，同時，每年生產黏土磚需消耗7000多萬t標準煤。2005年，國務院在《國務院辦公廳關于進一步推進墻體材料革新和推廣節能建筑的通知》（國辦發〔2005〕33號）明確規定：到2010年年底，所有城市禁止使用實心黏土磚。按照國家產業政策，頁巖燒結磚屬于新型墻體材料，被列為重點發展的產品之一[1～3]。

國家政策的導向，無疑給新型墻體材料提供了廣闊的發展空間，新型環保頁巖隧道式磚窯爐正是國家大力推廣的環保、節能新型建材生產線的典范。頁巖隧道式磚窯生產工藝、設備和技術先進，但在生產過程中仍會產生一定量的污染物。相關研究結果表明，我國磚瓦工業對PM2.5的排放貢獻率為5%，控制磚瓦工業大氣污染物的排放具有重要的意義[4、5]。

本文以開平某新型建材有限公司的年產1億塊環保頁巖多孔磚隧道式磚窯的結構特點、生產流程和煙氣特性，介紹一種適合該設備的煙氣治理技術方案，為頁巖隧道窯的煙氣治理技術提供借鑒和參考。

2 新型環保頁巖多孔磚隧道式磚窯簡介

新型環保頁巖多孔磚隧道式磚窯由焙燒窯和余熱烘干窯組成，配套真空磚機、雙極真空擠磚機、強力攪拌擠出機、機器人碼坯系統、全自動編組機、50裝載機、120真空磚機、雙軸破碎機、液壓多斗機、推土機和挖機。該生產技術自動化程度高，每班只需配備20名工作人員。

生產流程如下：1）原料制備：原料破碎→細化→混合→輸送→陳化；2）磚坯預處理：制坯→輸坯→碼坯→干燥→預熱；3）成品制作：焙燒→保溫→冷卻→成品。

其中產生污染物的工序為：1）原料制備過程中有粉塵和噪聲污染產生；2）磚坯預處理過程中有廢氣和噪聲產生；3）成品制作過程中有廢氣和噪聲產生。

3 新型環保頁巖多孔磚隧道式磚窯的煙氣治理技術

3.1 原料堆場的粉塵及治理技術

原材料頁巖在卸入堆場和堆放風干過程中，在自然風力的作用下，會揚起粉塵，起塵量與原材料的粒徑、含水率和自然風速有關，因此，可根據山西太堡礦風洞試驗所建立的經驗公式計算起塵量[6]。

式中：

Q —1t原材料的小時起塵量，kg/t·h；

u —平均風速，m/s；

w —原材料的含水率，%；

K —物料的揚塵系數，頁巖取1.5。

項目設定的原材料含水率：5%、8%、10%；風速為1.6m/s（年平均風速）、2.5m/s，計算結果見表1。

表1 原料在各種含水率和風速下的起塵量 （單位：kg/t·h）

結果表明，含水率越大，起塵量越小，風速越大，起塵量越大，根據項目的年產量，忽略物料堆積因素，取開平市年平均風速1.6m/s，含水率為5%，計算堆場的小時起塵量、日起塵量、年起塵量，計算結果如下：

堆場每小時起塵量計算：

式中：

Q1—小時起塵量，kg/h；

α—原材料的儲存系數，一般取1.05；

β—堆場面積折合系數，一般取0.035～0.039；

Gr —原材料的日平均堆放量，t；

Gy —年原材料消耗的數量，t；

D —生產天數。

堆場每日起塵量按下式計算：

式中：

T —時間，每日取24h。堆場每年起塵量按下式計算：Gy= Qd×D堆場的起塵量見表2。

表2 堆場的起塵量

原料堆場的起塵主要包括風力起塵和裝卸起塵，針對其產生的原理，采用堆場周圍種植防風林、設置防塵水力清掃裝置、篷布覆蓋和設置雙層擋風抑塵墻（圖1），綜合抑塵效果達到99%，滿足邊界粉塵濃度低于《磚瓦工業大氣污染物排放標準》（GB 29620—2013）表3中邊界大氣污染物濃度限值要求，對周圍環境影響將減小。

圖1 防風屏障和抑塵墻

3.2 破碎粉塵及治理技術

采用破碎機將頁巖進行破碎，其過程會產生少量的破碎粉塵。根據《第一次全國污染源普查工業污染源產排污系數手冊》燒結類磚瓦及建筑砌塊行業產排污系數表的燒結類磚瓦及建筑砌塊≥6000萬塊標磚/a：工業粉塵產生量為1.232kg/萬塊標磚，工業廢氣量為0.827萬Nm3/萬塊標磚，即該項目破碎過程產生的廢氣量為8270萬Nm3/a，粉塵產生量為12.32t/a[7]。

破碎機產生的粉塵可使用脈沖袋式除塵器進行處理（圖2），除塵效率可達99%以上，收集的粉塵可以返回到生產工序中作為原材料進行使用。

3.3 給料（裝卸）粉塵及治理技術

原材料經陳化后采用密閉式管道輸送給料，其過程不產生給料粉塵。原料到場傾倒過程產生的粉塵通過設置在裝卸區域的霧化防塵灑水器使揚塵凝并成大顆粒沉降，不會對周邊環境造成污染。

圖2 破碎工序的抑塵工作間和袋式除塵器

3.4 窯爐廢氣及治理技術

磚窯由焙燒窯和余熱烘干窯組成，在生產過程中會產生兩種性質的廢氣，一種是焙燒工序產生的高溫廢氣，其特點是溫度高、有腐蝕性、污染物成分復雜且污染物濃度高；另一種是干燥工序產生的排潮廢氣，其特點是風量大、有腐蝕性、濕度高和污染物濃度低[8、9]。

3.4.1 焙燒廢氣治理技術

該項目的坯體使用外燃煤（外投）和內燃料（泥料中加入）燃燒產生的熱能加熱，經預熱、升溫、保溫和冷卻幾個階段，在950℃～1050℃高溫下燒成，并同時排出煙氣。焙燒廢氣中含有SO2、NOx、顆粒物和HF，其煙氣性質參數見表3。

表3 焙燒廢氣煙氣性質參數表

通過對焙燒廢氣的煙氣性質分析，SO2、HF和顆粒物可采用石灰-石膏濕法處理工藝，使用氫氧化鈣作為吸收劑[10]。污染物的脫除機理如下：

（1） 二氧化硫的脫除機理：

（2）氟化物的脫除機理：

（3）顆粒物的脫除機理：

磚窯在運行過程中產生的顆粒物主要是親水性無機粉塵，具有較好的濕潤性，與液體接觸時，因接觸面擴大而相互附著，粉塵易被濕潤，所以，可使用濕法除塵工藝。

該項目的焙燒窯爐采用一塔多脫型三相紊流筒高效處理塔，可同時處理SO2、HF和顆粒物。其中，NOx的處理可采用SCR或臭氧氧化脫硝技術。

3.4.2 干燥廢氣治理技術

干燥窯是利用焙燒窯產生的高溫煙氣將濕磚坯預干燥，對干燥的磚坯增溫，使其達到相應的溫度，達到節能的目的。干燥廢氣中含有少量SO2和顆粒物，其煙氣性質參數見表4。

表4 干燥廢氣煙氣性質參數表

干燥廢氣的煙氣性質特點為風量大、濕度大、污染物濃度低，可采用鈉堿濕法處理工藝，使用氫氧化鈉作為吸收劑，處理設備選用噴淋覆蓋率為250%，液氣比為5的防腐噴淋塔，煙風道進行防腐處理。

焙燒窯（高濃度廢氣）處理塔見圖3；干燥窯（低濃度廢氣）處理塔見圖4。

圖3 焙燒窯（高濃度廢氣）處理塔

圖4 干燥窯（低濃度廢氣）處理塔

4 結果分析

檢測結果見表5。廠區邊界檢測數據見表6。干燥及焙燒窯檢測數據見表7。在線監控數據見圖5。

表5 原料燃料破碎及制備成型工序檢測數據

表6 廠區邊界檢測數據

表7 干燥及焙燒窯檢測數據 （單位：mg/Nm3）

圖5 在線監控數據

由以上結果可知，采用該處理技術可以達標排放，但由于原材料有一定比例的含水率，在運行過程中若操作不當會造成糊袋現象，影響設備的穩定性。

另外，由于磚坯的含水率達15%，在生產過程中產生的“排潮”煙氣含濕量大，且含有微量的氟化物，對碳鋼材質的送風煙道和不銹鋼的車間頂棚桁條造成嚴重腐蝕，可分別更換為PP材質煙道和鍍鋅材質桁條。

5 結語

隨著我國城市化建設的發展，新型環保頁巖多孔磚隧道式磚窯的應用范圍將越來越廣，而該設備在原料制備、輸送、產品烘干和焙燒過程中都會產生煙氣污染物，因此，針對性的煙氣治理技術是必要的。本文介紹的煙氣多污染物（煙塵、SO2、NOx、HF等）治理技術，可保證系統排放指標滿足《磚瓦工業大氣污染物排放標準》（GB 29620—2013），消除設備在生產過程中產生的大氣污染，為該設備的應用推廣提供了技術支持。