水泥廠的二氧化硫排放問題及處理技術(shù)探討

席鴻定

（山西西山華通水泥有限公司環(huán)保服務(wù)中心，山西 太原 030205）

水泥廠在制作水泥時采用回轉(zhuǎn)窯燒制的工藝手法，回轉(zhuǎn)窯生料燒成熟料時需要加入煤粉來輔助燃燒，煤粉的加入讓水泥熟料燒制過程中容易出現(xiàn)二氧化硫，對環(huán)境帶來巨大危害。所以，需要對水泥工業(yè)的二氧化硫進行測量，并作不確定度評價，最終給出合適的減排方案，實現(xiàn)水泥廠的綠色化生產(chǎn)。

1 案例介紹

某水泥廠是一家從業(yè)經(jīng)驗在十年以上的老牌生產(chǎn)車間，其6 000 t/d 水泥熟料線項目中的石灰石二氧化硫體積分數(shù)達到了0.40%～0.50%，工廠的窯尾二氧化硫排放量在1 100 m3/d 左右。工廠生產(chǎn)采用的氨水+熟石灰脫硫技術(shù)方案，熟石灰的反應(yīng)溫度控制在350～400 ℃，因為工廠的煙氣富含水分溫度在150 ℃之下，因此入料位置設(shè)置在水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的上層旋風筒處，具體流程如圖1 所示。

圖1 熟石灰脫硫流程

2 二氧化硫測量

用x 代表煙道中的SO2濃度；cs代表實際測量后得到的SO2濃度，其模型如式（1）：

同時，用c基、c實、φ（O基）表示大氣污染物中的基準排放濃度、實測大氣污染物中的排放濃度、基準含氧體積分數(shù)，其計算公式為式（2）：

再用u(c)、u(cs)、u(O2)表示二氧化硫排放濃度相對合成標準的不確定度、實測二氧化硫引起相對標準不確定度、氧含量引起相對標準不確定度，得到公式（3）：

根據(jù)評價結(jié)果，某水泥廠的窯尾二氧化硫排放質(zhì)量濃度在600 mg/m3以上，雖然采用了氨水+熟石灰脫硫技術(shù)方案，但窯尾二氧化硫的排放也持平在200 mg/m3左右，并不能完全滿足小于200 mg/m3的執(zhí)行標準。究其原因在于，氨水+熟石灰脫硫技術(shù)方案中，氨水脫硫被氨逃逸指標的氨水用量限制，因此需要注入大量的熟石灰才能實現(xiàn)脫硫，但是熟石灰加入后又會讓熟料出現(xiàn)KH 值變化，這樣熟料燒成和穩(wěn)定都會受到負面影響，為了維持成品質(zhì)量，生廠商只能選擇減少熟石灰投入，也因此使得減排要求無法達成。

3 水泥廠處理技術(shù)分析

3.1 優(yōu)化SO2 標準體系建設(shè)

通過完善水泥廠SO2排放清單，全面了解工廠內(nèi)生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生SO2的系數(shù)，對生產(chǎn)車間排放SO2的情況形成更具體、細化的了解，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建優(yōu)化SO2標準體系：以SO2為對象落實排放源清單及排放量數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，同時對生產(chǎn)車間生產(chǎn)各類水泥產(chǎn)品環(huán)節(jié)中產(chǎn)生SO2的系數(shù)展開核算；加大現(xiàn)有采樣及監(jiān)測分析SO2方法的完善力度；以生產(chǎn)車間目前產(chǎn)生SO2的量、排放量及污控措施為依據(jù)，估算SO2處理中污控措施的實際效率，并構(gòu)建針對性的SO2污控措施清單。

3.2 大力推行全過程污染防治

首先，煙氣從塔頂進入煙氣分配器，為了水泥生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，管理人員需要專門配置生料儲存?zhèn)}來確保其達到穩(wěn)定供料條件。生料通過計量裝置送入漿液制備罐，與再循環(huán)脫硫副產(chǎn)物和部分粉煤灰混合制成漿液，經(jīng)漿液輸送泵打入霧化噴嘴在增濕塔內(nèi)與熱煙氣接觸，霧化漿液蒸發(fā)干燥的同時與煙氣中的SO2發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸鈣脫硫產(chǎn)物達到脫硫目的。固體反應(yīng)產(chǎn)物大部分從增濕塔底部排出，脫硫后的煙氣經(jīng)除塵器、增壓風機進入煙囪排放。反應(yīng)塔底部排出的灰渣和除塵器收集的灰渣一部分送入再循環(huán)灰制漿池循環(huán)使用，大部分隨原有工藝進生料庫，以此達到脫除脫除SO2的目的[1]。其次，加強SO2排放源頭的控制。水泥廠內(nèi)應(yīng)當積極貫徹清潔生產(chǎn)理念，著重優(yōu)化生產(chǎn)工藝技術(shù)，并在生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)踐行。生產(chǎn)實際中，需要對運行操作、風險識別及檢修環(huán)境優(yōu)化等予以重視，做好工藝物料的回收工作，結(jié)合凝液回收、密閉吹掃等措施，消除SO2向大氣環(huán)境轉(zhuǎn)移的可能性，實現(xiàn)源頭處SO2排放的嚴格控制。最后，落實SO2末端治理。水泥廠內(nèi)各生產(chǎn)車間需以標準化組織為依據(jù)，全面梳理排放工藝廢氣的種類及特點，積極引入末端治理手段。治理實踐中，應(yīng)優(yōu)化生產(chǎn)流程，通過廢氣的回收利用促進廢氣排放的高效控制。面臨較大回收難度的廢氣時，可引入熱力燃燒、催化燃燒等處理方式，確保達標后即可排放，可取的95%以上的處理效率。同時，需要嚴格落實廢水系統(tǒng)廢氣的治理，在收集、存儲及處理中，應(yīng)著重處理易有異味產(chǎn)生的環(huán)節(jié)。此外，以具體工況為依據(jù)擬定針對性的治理技術(shù)路線，保證排放的廢氣與相關(guān)標準要求符合。

3.3 采取高效適宜的治理技術(shù)

為了提高治理效果、避免大氣受污染，必須積極引入高效適宜的技術(shù)開展治理工作。一是回收技術(shù)。SO2質(zhì)量濃度超過600 mg/m3時，建議采取選擇性吸附劑、選擇性透膜富集分離處理SO2，促進資源化循環(huán)目標的實現(xiàn)。在回收SO2并經(jīng)過純化處理后，即可向生產(chǎn)工藝返回，集中化分離提純處理后，能使消耗的原料量減少。二是破壞性技術(shù)。SO2質(zhì)量濃度處于200～600 mg/m3之間時，建議采取光熱技術(shù)、催化劑、微生物等轉(zhuǎn)變SO2為二氧化碳。破壞性技術(shù)在SO2治理中的去除率相對較高，適用于硫化物、苯物質(zhì)等高毒性污染物的處理。三是組合技術(shù)。此項技術(shù)代表組合應(yīng)用回收技術(shù)與破壞性技術(shù)，在治理SO2方面有著相當可觀的效果。SO2小于600 mg/m3的質(zhì)量濃度時，建議采取生物處理技術(shù)或吸附濃縮-燃燒技術(shù)凈化處理SO2，處理結(jié)束后即可向大氣環(huán)境排放[2]。

3.4 精細管控SO2 治理設(shè)施

水泥廠SO2總量減排管理中，SO2治理設(shè)施運行高效穩(wěn)定與否至關(guān)重要?；诖?，需要定期核查生產(chǎn)車間治理SO2設(shè)施的運行情況及效果，生產(chǎn)車間自身也需要對SO2排放環(huán)節(jié)及工序等展開系統(tǒng)梳理，如啟停機、檢維修作業(yè)等，并加大操作技術(shù)規(guī)程的優(yōu)化改進力度[3]。同時，要落實內(nèi)部考核制度的調(diào)整與完善，積極開展操作管理與技術(shù)培訓(xùn)工作，圍繞SO2治理設(shè)施展開精細管控，確保其運行穩(wěn)定性與高效性。通過管理臺賬的建立，完整記錄生產(chǎn)車間生產(chǎn)及SO2治理設(shè)施關(guān)鍵運行參數(shù)，并安裝廢氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)至SO2治理設(shè)施。此外，要加大工廠內(nèi)生產(chǎn)車間開停工管理規(guī)范力度，盡量規(guī)避突發(fā)性排放。生產(chǎn)車間本身需圍繞燃燒煙氣、檢維修過程等非正常工況落實應(yīng)急卡、應(yīng)急預(yù)案及操作過程的制定，在檢修裝置前主動備案至環(huán)保部門，且在具體實踐中嚴格落實環(huán)境監(jiān)控工作，事后評估環(huán)境影響。在生產(chǎn)車間應(yīng)急預(yù)案體系內(nèi)納入突發(fā)性SO2泄露防范及處置措施，并建立針對異常與正常工作的獨立監(jiān)測體系。

3.5 增強工廠環(huán)境監(jiān)測能力

綜合水泥廠管理情況來看，SO2環(huán)境監(jiān)測能力普遍偏低，急需優(yōu)化建設(shè)環(huán)境監(jiān)測能力。首先，要積極開展實時聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，圍繞工業(yè)廢氣排放落實在線監(jiān)測平臺的建設(shè)，實時監(jiān)控異味、環(huán)境風險源及SO2等環(huán)保信息，嚴格監(jiān)控污染強度的基礎(chǔ)上，積極推進污染超標溯源智能分析工作的開展。同時，實時監(jiān)控重點生產(chǎn)車間SO2排放的情況，確保有異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生時能夠第一時間發(fā)現(xiàn)、鎖定并精準查處。其次，水泥廠需落實SO2監(jiān)測崗位的建立，并為工作人員配備便于監(jiān)測抽查各生產(chǎn)車間生產(chǎn)中SO2的便攜式分析儀。再次，工廠內(nèi)的各生產(chǎn)車間需要定期運維管理在線監(jiān)測設(shè)備，定期校準、比對在線儀表，及時維護異常數(shù)據(jù)并做好相關(guān)憑證的上傳，為數(shù)據(jù)傳輸有效性提供保障。最后，水泥廠要積極推進應(yīng)急監(jiān)測能力建設(shè)，通過移動定位、走航車及無人機的運用網(wǎng)格化監(jiān)控異味及SO2。同時，以主要污染物為對象構(gòu)建大數(shù)據(jù)及云圖模型，完善預(yù)測預(yù)警區(qū)域環(huán)境污染物濃度變化的功能，應(yīng)急監(jiān)測工廠內(nèi)外重點生產(chǎn)車間及敏感點。例如，以工廠內(nèi)功能布局為依據(jù)，結(jié)合重點與環(huán)境敏感點分布情況等，綜合考慮與距離較遠的對照區(qū)及具備代表性的居民區(qū)，以歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)點位為基礎(chǔ)積極推進環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測，布設(shè)包含污染源監(jiān)控點、區(qū)域?qū)φ拯c、環(huán)境敏感點在內(nèi)的SO2監(jiān)測點位，實時監(jiān)控預(yù)警工廠內(nèi)外區(qū)域及居民區(qū)環(huán)境質(zhì)量變化情況。

4 結(jié)語

熟石灰脫硫雖然能減少二氧化硫的排放，但是會影響成品質(zhì)量，對水泥廠的經(jīng)濟效益帶來負面影響，為了保證減排工作的順利推進，以及減少減排對水泥廠日常生產(chǎn)的影響，應(yīng)從生產(chǎn)工藝、周邊環(huán)境、監(jiān)測標準等多方面入手，予以優(yōu)化，將二氧化硫?qū)λ鄰S周遭的影響控制在最低。