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    烟气在线监测达标排放措施的分析
    作者:陈荣生 王竹茹  发布于:2016-5-31 16:51:27  点击量:

     摘要:烧结空心砖工艺中干燥和焙烧后烟气的排放,面临环保部门除抽检外并实施在线监测的要求,对此,生产工艺必须围绕原料、燃料、窑炉结构、产品规格、生产运行和脱硫设施性能等等环节,以满足国家标准要求,减少污染物排放为目标。否则,企业将会因污染物排放超标而受到停产整顿或高额??畹拇Ψ?。

      关键词:大气污染物排放标准、烟气治理措施、脱硫设施;

      

      国家标准GB29620——2013《砖瓦工业大气污染物排放标准》于2014年元月1号正式实施,标准中对污染物种类做了明确的规定,其中,颗粒物、二氧化硫、氮氧化物(以NO2计)、氟化物(以总氟计)的排放值做了限定。标准实施两年来,烧结砖企业对污染物的防治,根据现有环保设备的性能,主要采取布袋收尘器、脱硫塔等环保设施,对原料破碎粉尘、烧成及干燥烟气进行了污染物防治。特别是新建烧结砖企业,针对污染物排放的治理环节比较完善。标准的实施,推动了烧结砖生产环境质量的改善,提高了企业形象。

      国内大部分地区,随着冬季供暖燃煤数量增加、汽车尾气排放、一般工业生产污染和扬尘,加之秋冬季不利天气条件,雾霾危害现象越来越普遍,越来越严重。在重度污染情况下,政府及环保部门,除采取汽车限行、停止建筑施工、停止工业生产等措施外,部分地区政府还对属于一般工业生产的烧结砖企业,采取了关停取缔的措施。同时,环保部门根据《砖瓦工业大气污染物排放标准》的要求,除对烧结砖企业干燥、焙烧系统烟气排放进行定期抽检外,还对该系统进行在线监测。烧结砖大气污染物排放在线监测的实施,将推动企业,不仅需要对燃料、干燥、焙烧系统进行严格控制,还需要完善生产工艺全流程,必须围绕原料、燃料、产品规格、参数控制、窑炉结构、生产运行和脱硫设施性能等等环节,在规?;跫?,以减少污染物排放为主要目标,实现砖瓦工业大气污染物的达标排放要求。

      1、排放标准

     《砖瓦工业大气污染物排放标准》中对现有企业和新建企业的大气污染物排放分别进行了规定。同时规定,自2016年7月1日起,现有企业同样执行新建企业大气污染物排放限值。大气污染物排放限值见表1、表2。

      尤其重要的是,标准规定,实测大气污染物排放的浓度,应换算为基准过量空气系数的排放浓度?;脊靠掌凳娑ㄎ?.7(在此基准过量空气系数条件下,其基准氧含量为8.65%)。

    表1        现有企业大气污染物排放限值      单位:mg/m3

      此外,标准还提出对污染物排放监控位置,须设置规范的永久性测试孔、采样平台和排污口标志。

      值得注意的是,2010年颁布实施的《陶瓷工业污染物排放标准》(GB 25464-2010)中,除对污染物排放值作出规定外,同时提出,大气污染物排放浓度,应换算为基准含氧量8.65%条件下的排放浓度,并以此作为判定排放是否达标的依据。

     然而,该标准在实施过程中,正是其基准含氧量8.65%数值低于欧洲部分陶瓷生产国家标准,使得国内陶瓷行业在生产实践中,干燥和烧成污染物难以实现达标排放。对此,2014年12月12日,国家环境?;げ慷浴短沾晒ひ滴廴疚锱欧疟曜肌罚℅B 25464-2010)提出修改单,部分修改内容如下:

     “将4.2.7条修改为:喷雾干燥塔、陶瓷窑烟气基准含氧量为18%,实测喷雾干燥塔、陶瓷窑的大气污染物排放浓度,应换算为基准含氧量条件下的排放浓度,并以此作为判定排放是否达标的依据”。

      当基准含氧量为18%,此时,基准过量空气系数达到7.0。

      如将陶瓷工业与烧结砖行业相比较,陶瓷工艺水平较高、装备性能完善,焙烧窑炉采用宽断面轨道窑,工厂制造、现场组装,窑炉密封性能良好,燃料以煤气为主,过量空气系数较低。而烧结砖行业正相反,特别是隧道窑,现场砌筑,窑截面大,产品干燥焙烧数量较高,窑炉密封性能较差,燃料以燃煤为主,其次还利用煤矸石、锅炉渣或粉煤灰等工业废弃物中的残余发热量作为燃料,因而,在焙烧过程中过量空气系数较高。陶瓷工业与烧结砖行业之间的技术水平差距还很大。

      陶瓷工业与烧结砖行业的比较,以及《陶瓷工业污染物排放标准》(GB 25464-2010)修改单的提出,目前正在实施的《砖瓦工业大气污染物排放标准》中基准过量空气系数1.7(在此基准过量空气系数条件下,其基准氧含量为8.65%)的规定过于严格。

      2、烧结砖烟气监测

      贵州省某县烧结砖企业,采用页岩、煤矸石为原料,生产烧结普通砖,一次码烧工艺,两条2.5×70米干燥隧道窑和三条2.5×90米烧成隧道窑,2015年普通砖产量达到7000万块。生产工艺中,干燥烧成隧道窑烟气由送热风机全部送入干燥隧道窑,热交换后,经风机送入水平脱硫装置,尾气进入高70米烟囱排放。

       2015年12月,地区环境监测站对该厂干燥焙烧系统进行了烟气监测,监测及计算结果见表3。

      此外,标准还提出对污染物排放监控位置,须设置规范的永久性测试孔、采样平台和排污口标志。

      值得注意的是,2010年颁布实施的《陶瓷工业污染物排放标准》(GB 25464-2010)中,除对污染物排放值作出规定外,同时提出,大气污染物排放浓度,应换算为基准含氧量8.65%条件下的排放浓度,并以此作为判定排放是否达标的依据。

     然而,该标准在实施过程中,正是其基准含氧量8.65%数值低于欧洲部分陶瓷生产国家标准,使得国内陶瓷行业在生产实践中,干燥和烧成污染物难以实现达标排放。对此,2014年12月12日,国家环境?;げ慷浴短沾晒ひ滴廴疚锱欧疟曜肌罚℅B 25464-2010)提出修改单,部分修改内容如下:

     “将4.2.7条修改为:喷雾干燥塔、陶瓷窑烟气基准含氧量为18%,实测喷雾干燥塔、陶瓷窑的大气污染物排放浓度,应换算为基准含氧量条件下的排放浓度,并以此作为判定排放是否达标的依据”。

      当基准含氧量为18%,此时,基准过量空气系数达到7.0。

      如将陶瓷工业与烧结砖行业相比较,陶瓷工艺水平较高、装备性能完善,焙烧窑炉采用宽断面轨道窑,工厂制造、现场组装,窑炉密封性能良好,燃料以煤气为主,过量空气系数较低。而烧结砖行业正相反,特别是隧道窑,现场砌筑,窑截面大,产品干燥焙烧数量较高,窑炉密封性能较差,燃料以燃煤为主,其次还利用煤矸石、锅炉渣或粉煤灰等工业废弃物中的残余发热量作为燃料,因而,在焙烧过程中过量空气系数较高。陶瓷工业与烧结砖行业之间的技术水平差距还很大。

      陶瓷工业与烧结砖行业的比较,以及《陶瓷工业污染物排放标准》(GB 25464-2010)修改单的提出,目前正在实施的《砖瓦工业大气污染物排放标准》中基准过量空气系数1.7(在此基准过量空气系数条件下,其基准氧含量为8.65%)的规定过于严格。

      2、烧结砖烟气监测

      贵州省某县烧结砖企业,采用页岩、煤矸石为原料,生产烧结普通砖,一次码烧工艺,两条2.5×70米干燥隧道窑和三条2.5×90米烧成隧道窑,2015年普通砖产量达到7000万块。生产工艺中,干燥烧成隧道窑烟气由送热风机全部送入干燥隧道窑,热交换后,经风机送入水平脱硫装置,尾气进入高70米烟囱排放。

       2015年12月,地区环境监测站对该厂干燥焙烧系统进行了烟气监测,监测及计算结果见表3。

    表中数据表明,煤矸石发热值较高,对稳定和提高干燥和烧成产量,作用较好,这也是该厂2015年普通砖产量达到7000万块的重要原因之一。然而,煤矸石全硫含量高达15.51%,较低含量达到5.92%,使得烟气中的SO2、有害气体排放浓度超出标准指标,不能实现达标排放。

      根据《砖瓦工业大气污染物排放标准》规定,自2016年7月1日起,现有企业同样执行新建企业大气污染物排放限值,二氧化硫排放浓度均为300/Nm³,不再对煤矸石原料烧结砖提出其他排放浓度指标。就本文被监测烧结砖厂而言,即便基准过量空气系数假定为7.0(与陶瓷工业污染物排放标准相同,在此基准过量空气系数条件下,其基准氧含量为18%),此时,二氧化硫实测排放浓度

    =0.42×1058=444mg/Nm³,与标准中300mg/Nm³指标相比,仍然超出0.48倍。由此可见,煤矸石作为烧结砖原料或内燃掺配料的应用,将受到极大限制。

      3.2 低的成型水分

      烧结砖干燥工艺中,每蒸发1kg水需要热量为1100∽1300千卡,当隧道窑余热烟气温度为100℃时,随着湿坯成型水分的提高,入窑干燥所需烟气量越多,而烟气量的增加,如不降低烟气温度,燃料消耗量将提高,有害气体含量增加,同时过量空气系数加大,必然降低脱硫设施脱硫效率,对二氧化硫实测排放浓度达标存在不利影响。

      3.3好的干燥适应性

      烧结砖湿坯在干燥过程中,其原料性能如能够满足较高烟气温度条件干燥,砖坯不会产生裂纹,此时,适当提高隧道窑余热烟气温度,当烟气温度由100℃提高到120℃时,干燥所需烟气数量将减少,进入脱硫设施的过量空气系数降低,有利于二氧化硫实测浓度达标排放。

      3.4密封性能良好的窑炉系统

      控制焙烧隧道窑空气过剩系数,能够有效低降低烟气总量,对烟气脱硫处理及达标排放较为有利。生产中,隧道窑过量空气系数的提高,主要原因是烧成隧道窑和窑车构成的窑炉系统密封状况破坏造成的,此外,也存在设计建造的隧道窑计算空气过剩系数取值较高的现象,达到3~4,某些情况下甚至超过4的现象。实际运行中,空气过剩系数达到6.0左右也较为常见。

      为了降低过量空气系数,需要对窑炉系统密封进行细致检查,避免窑体漏气、窑车砂封漏气、窑车曲封漏气,同时,对隧道窑窑门、哈风闸的密封结构进行定期检查和维护,避免漏气。

      3.5好的保温

      根据烧结砖单位产品能耗限定值标准,能耗消耗范围为51∽57kgce/t(357~399kcal/kg),见表5。超过该指标限定值范围,意味着外投煤或内燃掺配料增加,SO2有害气体排放浓度也随之提高。因此,需要保持窑炉系统的保温性能,保持窑炉余热系统管道保温,避免能耗提高、余热烟气温度降低,有利于二氧化硫实测浓度达标排放。

    3.6减少焙烧坯体重量

      烧结普通砖密度约为1700kg/m³ ,烧结多孔砖、多孔砌块砖、空心砌块等产品,密度指标范围为700∽1200kg/m³,与 烧结普通砖密度相比,或多孔砖与空心砌块相比,产品密度每立方米消耗的原料重量,高的密度相差多达1000kg,低的密度相差500kg。砖坯焙烧重量的增加,意味着燃料消耗的提高,SO2有害气体排放浓度也随之提高。二氧化硫处理难度增加。因此,在市场需求条件下,多组织生产低密度的空心砌块产品,能够有利于污染物达标排放。

      3.7规?;?/span>

    烧结砖规?;?,能够有效地提高产量和质量,降低单位产品能耗,实现节约能源消耗,减少污染物排放的目标。规?;唤鲇朐?、工艺流程、技术方案、设备性能、人员素质等已有条件相关,同时与生产管理、产品质量管理有关。以焙烧环节为例,当焙烧周期稳定时,烧成隧道窑预热带、高温带和冷却带三带相对固定,温度较少波动,窑车进车数量增加,产量提高,单位产品能耗降低。如焙烧周期频繁波动,三带变化较大,窑内温度不能稳定,此时,窑车进车时间延长,产量下降,能耗增加。随着燃料消耗的提高,有害气体排放浓度也随之提高。

    生产工艺中,当采用全内燃焙烧,完全排除外投煤类似散煤燃烧的不确定状况,隧道窑预热、高温和冷却三带更为稳定,同时,避免外投煤不完全燃烧带来的有害颗粒物增加。采用全内燃焙烧,空气过剩系数焙烧可控制较低,有利后续脱硫设施对烟气的处理。

     因此,加强企业生产、质量管理,实现规?;?,不仅是保证烟气达标排放的重要措施,也是企业提高产量、提高效益的重要措施。

      3.8  性能良好的脱硫设施

      烟气中有害气体的治理,需要通过脱硫设施做最终的处理,是烟气在线监测达标排放的最后一道防线。因而,脱硫设施的选择及应用,其重要性不言自明的。

      当前,烧结砖企业采用的脱硫设施种类较多,规格、结构、性能差异较大,脱硫系统的选择较少通过工艺设计,在应用中,出现脱硫效率低、处理烟气量少、系统阻力较大、脱硫剂消耗高、对干燥工艺影响严重、缺少对烟气、循环液pH值、水雾含量等重要参数的实时检测控制等弊病,部分砖厂的脱硫设施基本不能正常运行。

      还有部分砖厂,烧成隧道窑预热带的烟气由风机抽出后,通过脱硫设施,进行脱硫。而由冷却带的余热烟气,由风机送到干燥隧道窑干燥,废气不经处理直接由烟囱排放。然而,这部分直接排放的废气,因FeS2能够在烧成隧道窑砖坯冷却阶段继续氧化分解,释放出含硫气体,使得余热烟气中仍然带有SO2、SO3等有害气体进入干燥室,从而出现污染物超标排放现象。这种情况,应该引起烧结砖企业重视。

      性能好的脱硫设施技术要求较高、系统设施制造质量要求严格、检测控制要求及时准确。因此,脱硫设施的选择,需要关注以下几点。

      脱硫系统运转能耗低;系统阻力低;允许烟气流速较高;较高的SO2脱除率;设备系统维护费用少;高效“液滴”分离,避免下游设备垢污沉淀和腐蚀,成套脱硫设备投资较低。

     此外,烧结砖企业还可根据《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》中对脱硫设备的技术性能,结合企业的实际条件,选择脱硫方法与脱硫剂。

     4、结束语

      《砖瓦工业大气污染物排放标准》实施以来,由于其中排放指标低,基准过量空气系数仅为为1.7,因此,烟气中二氧化硫排放浓度超标现象极有可能产生。在线监测条件下,超标排放的处罚,对现有企业的持续生产影响较大。

      首先,烟气在线监测达标排放的措施,需要在砖坯焙烧的全过程中,严格控制全硫含量,严格窑炉系统结构密封性能及运行条件。

      其次,通过对烟气流量、压力、烟气含硫量、脱硫剂性能等参数的检测分析,选择性能较好的脱硫设施。

      第三,烧结砖企业应设立专门的烟气脱硫设施系统技术管理部门,高度重视脱硫系统的运行质量,避免超标排放现象。

      同时,建议政府相关部门、墙材行业协会、科研院所、设计院、环保设备企业和烧结砖企业,共同对烧结砖大气污染物排放采用的脱硫设施设备进行专项研究,提出经济、适用和满足标准要求的规格较为统一的成套脱硫设施。避免企业盲目采用脱硫设施后,却不能满足排放标准要求的情况发生。

      

      参考文献:

    1、《脱硫工程技术与设备》郭东明编著、

          北京:化学工业出版社 2007.6

      2、《过??掌凳扑愎降谋冉稀犯抵页?、潘树源、徐鹏

          《煤气与热力》2006年6月   

      3、《应怎样测定和评价烧结砖原材料中的含硫量》吴双   

          《砖瓦》 2014年10月 

     4、《我国砖瓦装备的发展和节能减排》徐鳴、王亚娟、邹积玉    

          《砖瓦世界》2014.9

     

     

     

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