環(huán)保頁巖磚隧道窯的煙氣治理技術(shù)研究

胡滿深，李宇翔，周景堂，潘柏盛，馮劍峰

（江門市同力環(huán)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(jù)主導(dǎo)地位，生產(chǎn)黏土磚每年耗用黏土資源達(dá)10多億m3，約相當(dāng)于毀田50萬畝，同時，每年生產(chǎn)黏土磚需消耗7000多萬t標(biāo)準(zhǔn)煤。2005年，國務(wù)院在《國務(wù)院辦公廳關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)墻體材料革新和推廣節(jié)能建筑的通知》（國辦發(fā)〔2005〕33號）明確規(guī)定：到2010年年底，所有城市禁止使用實心黏土磚。按照國家產(chǎn)業(yè)政策，頁巖燒結(jié)磚屬于新型墻體材料，被列為重點發(fā)展的產(chǎn)品之一[1～3]。

國家政策的導(dǎo)向，無疑給新型墻體材料提供了廣闊的發(fā)展空間，新型環(huán)保頁巖隧道式磚窯爐正是國家大力推廣的環(huán)保、節(jié)能新型建材生產(chǎn)線的典范。頁巖隧道式磚窯生產(chǎn)工藝、設(shè)備和技術(shù)先進(jìn)，但在生產(chǎn)過程中仍會產(chǎn)生一定量的污染物。相關(guān)研究結(jié)果表明，我國磚瓦工業(yè)對PM2.5的排放貢獻(xiàn)率為5%，控制磚瓦工業(yè)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(chǎn)1億塊環(huán)保頁巖多孔磚隧道式磚窯的結(jié)構(gòu)特點、生產(chǎn)流程和煙氣特性，介紹一種適合該設(shè)備的煙氣治理技術(shù)方案，為頁巖隧道窯的煙氣治理技術(shù)提供借鑒和參考。

2 新型環(huán)保頁巖多孔磚隧道式磚窯簡介

新型環(huán)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(tǒng)、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(chǎn)技術(shù)自動化程度高，每班只需配備20名工作人員。

生產(chǎn)流程如下：1）原料制備：原料破碎→細(xì)化→混合→輸送→陳化；2）磚坯預(yù)處理：制坯→輸坯→碼坯→干燥→預(yù)熱；3）成品制作：焙燒→保溫→冷卻→成品。

其中產(chǎn)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(chǎn)生；2）磚坯預(yù)處理過程中有廢氣和噪聲產(chǎn)生；3）成品制作過程中有廢氣和噪聲產(chǎn)生。

3 新型環(huán)保頁巖多孔磚隧道式磚窯的煙氣治理技術(shù)

3.1 原料堆場的粉塵及治理技術(shù)

原材料頁巖在卸入堆場和堆放風(fēng)干過程中，在自然風(fēng)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(fēng)速有關(guān)，因此，可根據(jù)山西太堡礦風(fēng)洞試驗所建立的經(jīng)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(fēng)速，m/s；

w —原材料的含水率，%；

K —物料的揚塵系數(shù)，頁巖取1.5。

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

表1 原料在各種含水率和風(fēng)速下的起塵量 （單位：kg/t·h）

結(jié)果表明，含水率越大，起塵量越小，風(fēng)速越大，起塵量越大，根據(jù)項目的年產(chǎn)量，忽略物料堆積因素，取開平市年平均風(fēng)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(jié)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(shù)，一般取1.05；

β—堆場面積折合系數(shù)，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(shù)量，t；

D —生產(chǎn)天數(shù)。

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(fēng)力起塵和裝卸起塵，針對其產(chǎn)生的原理，采用堆場周圍種植防風(fēng)林、設(shè)置防塵水力清掃裝置、篷布覆蓋和設(shè)置雙層擋風(fēng)抑塵墻（圖1），綜合抑塵效果達(dá)到99%，滿足邊界粉塵濃度低于《磚瓦工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 29620—2013）表3中邊界大氣污染物濃度限值要求，對周圍環(huán)境影響將減小。

圖1 防風(fēng)屏障和抑塵墻

3.2 破碎粉塵及治理技術(shù)

采用破碎機將頁巖進(jìn)行破碎，其過程會產(chǎn)生少量的破碎粉塵。根據(jù)《第一次全國污染源普查工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》燒結(jié)類磚瓦及建筑砌塊行業(yè)產(chǎn)排污系數(shù)表的燒結(jié)類磚瓦及建筑砌塊≥6000萬塊標(biāo)磚/a：工業(yè)粉塵產(chǎn)生量為1.232kg/萬塊標(biāo)磚，工業(yè)廢氣量為0.827萬Nm3/萬塊標(biāo)磚，即該項目破碎過程產(chǎn)生的廢氣量為8270萬Nm3/a，粉塵產(chǎn)生量為12.32t/a[7]。

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

3.3 給料（裝卸）粉塵及治理技術(shù)

原材料經(jīng)陳化后采用密閉式管道輸送給料，其過程不產(chǎn)生給料粉塵。原料到場傾倒過程產(chǎn)生的粉塵通過設(shè)置在裝卸區(qū)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(huán)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(shù)

磚窯由焙燒窯和余熱烘干窯組成，在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生兩種性質(zhì)的廢氣，一種是焙燒工序產(chǎn)生的高溫廢氣，其特點是溫度高、有腐蝕性、污染物成分復(fù)雜且污染物濃度高；另一種是干燥工序產(chǎn)生的排潮廢氣，其特點是風(fēng)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(shù)

該項目的坯體使用外燃煤（外投）和內(nèi)燃料（泥料中加入）燃燒產(chǎn)生的熱能加熱，經(jīng)預(yù)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(zhì)參數(shù)見表3。

表3 焙燒廢氣煙氣性質(zhì)參數(shù)表

通過對焙燒廢氣的煙氣性質(zhì)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(chǎn)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(shù)。

3.4.2 干燥廢氣治理技術(shù)

干燥窯是利用焙燒窯產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈱翊u坯預(yù)干燥，對干燥的磚坯增溫，使其達(dá)到相應(yīng)的溫度，達(dá)到節(jié)能的目的。干燥廢氣中含有少量SO2和顆粒物，其煙氣性質(zhì)參數(shù)見表4。

表4 干燥廢氣煙氣性質(zhì)參數(shù)表

干燥廢氣的煙氣性質(zhì)特點為風(fēng)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(shè)備選用噴淋覆蓋率為250%，液氣比為5的防腐噴淋塔，煙風(fēng)道進(jìn)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(jié)果分析

檢測結(jié)果見表5。廠區(qū)邊界檢測數(shù)據(jù)見表6。干燥及焙燒窯檢測數(shù)據(jù)見表7。在線監(jiān)控數(shù)據(jù)見圖5。

表5 原料燃料破碎及制備成型工序檢測數(shù)據(jù)

表6 廠區(qū)邊界檢測數(shù)據(jù)

表7 干燥及焙燒窯檢測數(shù)據(jù) （單位：mg/Nm3）

圖5 在線監(jiān)控數(shù)據(jù)

由以上結(jié)果可知，采用該處理技術(shù)可以達(dá)標(biāo)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(dāng)會造成糊袋現(xiàn)象，影響設(shè)備的穩(wěn)定性。

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

5 結(jié)語

隨著我國城市化建設(shè)的發(fā)展，新型環(huán)保頁巖多孔磚隧道式磚窯的應(yīng)用范圍將越來越廣，而該設(shè)備在原料制備、輸送、產(chǎn)品烘干和焙燒過程中都會產(chǎn)生煙氣污染物，因此，針對性的煙氣治理技術(shù)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(shù)，可保證系統(tǒng)排放指標(biāo)滿足《磚瓦工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 29620—2013），消除設(shè)備在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大氣污染，為該設(shè)備的應(yīng)用推廣提供了技術(shù)支持。