燒結磚瓦窯爐煙污染物對比分析

火明建

（甘肅隆宇檢測科技有限公司，甘肅 蘭州 730000）

近年來，我國大氣環境質量越來越差，嚴重影響著人們的身體健康，尤其是霧霾天氣倍受關注。同時，我國是磚瓦生產和消費大國，磚瓦制造普遍以粘土、煤矸石、粉煤灰為主要原料燒結生產而成，生產過程排放的煙氣中主要有顆粒物二氧化硫和氮氧化物等有害物質。雷宇[1]的研究表明，我國磚瓦工業對PM2.5的排放貢獻率約為5%。2010年我國磚瓦行業SO2排放量為177.0萬t，煙塵排放量為91.6萬t，NOx排放量為61.9萬t，分別占全國各污染物排放總量的8.1%、11.0%、3.3%[2]。因我國大部分磚瓦企業生規模較小，生產工藝落后、設備和技術相對薄弱。很多中小型磚廠受條件限制，無力或不愿意上廢氣處理裝置，只能直接排放或偷排。部分有條件的磚瓦企業即使增建脫硫設施，裝置運行也不是太別正常，廢棄處理效果很不明顯，或設備不能正常運行，煙氣超標排放已嚴重危及到該行業大多數企業的生存與發展。國家對磚瓦行業煙氣處理提出更加嚴格的要求，發布了新的標準《磚瓦工業大氣污染排放標準》（GB29620-2013），并于2014年1月1日起實施。為此，磚瓦行業企業對生產工藝及煙氣處理設施加快了升級改造的步伐，并取得了良好的效果。

本研究以 5 座 （A-1、A-2、A-3、A-4、A-5）不同規模、不同生產工藝和不同煙氣處理設施的磚瓦窯為研究對象，分析其排放煙氣中顆粒物、SO2污染物含量，并進行對比分析，獲得煙氣處理效果最佳的制磚工藝和處理設施及煙氣達標的關鍵技術，為我國磚瓦工業大氣污染控制提供一定的技術支撐。

1 實驗部分

1.1 采樣分析儀器

自動煙塵測試儀：3012H（青島嶗應）；煙氣分析儀：MGA5型（青島嶗應）。

十萬分之一電子天平：ME55（瑞士梅特勒-托利多）。

1.2 標準

《磚瓦工業大氣污染排放標準》（GB29620-2013）[3]。

1.3 監測依據

《固定源廢氣監測技術規范》（HJ/T397-2007）[4]。

1.4 質控措施

為了保證檢測數據的代表性、準確性和可比性，此次檢測采取以下質量保證與質量控制手段：

1）所有檢測分析人員經培訓，考核合格后，持證上崗。

2）本次檢測分析所用儀器、量器經計量部門檢定或校準合格且在有效期內。

3）檢測方法采用相關標準分析方法。

4）檢測過程中采用標準濾筒、標準氣體進行質量控制，詳見下表1和表2。

表1 顆粒物檢測質控結果

表2 煙氣分析儀校準結果

1.5 分析方法

對蘭州市地區5座不同規模的燒結黏土磚隧道窯進行現場測試，主要對爐窯煙囪排放煙氣進行采樣檢測，顆粒物的測定依據《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法》（GB/T 16157-1996）進行。二氧化硫的測定依據《固定污染源廢氣二氧化硫的測定，非分散紅外吸收法》（HJ 629-2011）進行。在特定的工況下采樣，每種工況下測試二組，二組數據結果求平均值。

1.5.1 顆粒物的分析：重量法

1）原理。根據煙道中煙氣流速大小選擇等速或恒流采樣方式從煙道中抽取一定量體積的含顆粒物的煙氣，根據已知重量的濾筒采樣前后的重量差和采氣體積，計算出顆粒物濃度。

2）儀器與工具。智能煙氣采樣儀、分析天平（感量0.01mg）、烘箱、軟毛刷、玻璃纖維濾筒和表面皿。

3）采樣前的準備。①智能煙氣采樣器進行檢查更換硅膠，確保正常使用；②選取干凈無破損的質地均勻的空白濾筒，用鉛筆給濾筒編號，濾筒放入表面皿中，在105～110℃烘箱中1h，取出放入干燥器中，在恒溫恒濕的天平室中冷卻至室溫，用感量0.1mg天平稱量，兩次稱量重量之差應不超過0.5mg。室溫用天平稱量并記錄精確質量，保存好待采樣。

4）采樣。跟蹤采樣，保存好樣品（保證樣品內的顆粒物不被倒出），并打印采樣參數。采樣時每個樣品采幾個點，每點采樣時間可以根據煙氣的溫度、濕度等工作現場環境確定

5）結果。樣品至于表面皿中，采樣后的濾筒放入105℃烘箱中烘烤1h，取出放入干燥器中，在恒溫恒濕的天平室中冷卻至室溫，用感量0.1mg天平稱量至恒重。采樣前后濾筒重量之差，即為采取的顆粒物量。

實測顆粒物（mg/m3）=m×106/Vnd

顆粒物折算濃度（mg/m3）=實測顆粒物×21/（21-氧含量）/1.7

式中：m-濾筒捕集的顆粒物量 （即采樣后的濾筒質量-空濾筒質量），g;

Vnd-標準狀態下干氣的采樣體積，L。

1.5.2 二氧化硫的分析(紅外法)

1）原理。《固定污染源廢氣二氧化硫的測定?非分散紅外吸收法》（HJ 629-2011）。

2）儀器。MGA5型煙氣分析儀。

3）采樣前的準備。①煙氣分析儀進行檢查，確保正常使用；②開機預熱30min；③零點校準。

4）采樣。將采樣煙槍插入監測孔中用滅火毯封堵采樣口開始測量。

5）結果。當數據穩定時打印數據，每次采樣等時間內打印二組數據。每組數據結束時儀器進行校零。

實際二氧化硫（mg/m3）=二氧化硫×21/（21-氧含量）/1.7

1.6 制磚方法和處理設施

制磚爐窯分為隧道窯和輪窯兩大類，輪窯基本已被淘汰。隧道窯為最普遍的制磚爐窯。隧道窯的煙氣處理由煙氣收集系統和干法除塵系統及濕法脫硫后排放。隧道窯的煙氣主要是指焙燒后的含顆粒物二氧化硫廢氣，排放方式為負壓排放。排風量的大小及時間直接影響燒結磚質量。

煙氣處理主要是指脫硫處理，石灰石—石膏法脫硫工藝是應用最廣泛的一種脫硫技術，日本、德國、美國的火力發電廠煙氣脫硫裝置用此工藝。可以有效地將煙氣中的二氧化硫轉化為硫酸鈣。它的工作原理是：將石灰石粉加水制成漿液并加入固體氫氧化鈉作為吸收劑由多級泵泵入吸收塔后均勻噴灑在煙道中與煙氣充分反應，二氧化硫與碳酸鈣反應生成硫酸鈣并結晶形成二水石膏。最后將石膏脫水處理后售賣給所需企業。

2 結果與分析

2.1 顆粒物

磚塊中添加的煤粉在燃燒時產生顆粒物在漂浮遷移的過程中容易被人們通過呼吸吸入到肺部組織，引起鼻炎、支氣管炎等呼吸道疾病，從而影響人們生活質量。同時，顆粒物易與二氧化氮發生光化學反應從而形成光化學煙霧影響人們身體健康。表3數據為窯門閉合程度對顆粒物濃度影響。

表3 數據為窯門閉合程度對顆粒物濃度影響

對于不同隧道窯，當工況相同（接近）時窯門閉合時的顆粒物濃度小于窯門漏氣時的顆粒物濃度。

2.2 二氧化硫

二氧化硫可生成酸性煙霧，懸浮在空氣中，對人體呼吸系統、中樞系統、心血管系統都會產生不同程度影響從而威脅人體健康。形成酸雨時，對周邊環境（樹木、建筑、水源等）造成腐蝕，由于磚瓦企業原料堆存區、破碎工段、制磚坯工段為彩鋼廠房，表層腐蝕嚴重。檢測結果見表4。

表4 噴淋層數對二氧化硫的影響

對于不同隧道窯，在同一工況（接近）下，通過控制脫硫塔噴淋開關。噴淋二氧化硫處理效果二層＞二層＞一層。

3 結論

通過 5 座 （A-1、A-2、A-3、A-4、A-5） 不同規模、不同生產工藝和不同煙氣處理設施的磚瓦窯為研究對象，分析其排放煙氣中顆粒物、SO2、NOx主要污染物含量，并進行對比分析，獲得煙氣處理效果最佳的制磚工藝和處理設施、以及煙氣達標的關鍵技術，為我國磚瓦工業大氣污染控制提供一定的技術支撐。

結果發現，當燒制磚瓦制品時，完全關閉窯門會降低顆粒物排放濃度。在同一脫硫塔設計容量內噴淋層數最大時二氧化硫排放濃度最低。