烧结砖瓦窑炉烟尘危害及减排与治理探讨_叶学强

应。 在固硫产物中除生成 CaSO4、CaS 外，还有更稳定 的 多 元 化 合 物 覆 盖 或 包 裹 在 CaSO4 外 面 形 成 玻 璃 状 物质，从而延缓并阻止 CaSO4 的分解，提高固硫效率。 固硫剂经过以上反应过程，燃煤中的 SO2 就以硫酸盐 或硫化物的形式固定在烧结砖中，从而减少 SO2 等有 害物质的排出。
燃煤汞污染近年来被世界公认为继燃煤硫污染的 又一大污染问题。 全国主要产煤省煤样分析表明，我国 原煤平均汞含量为 0.22mg/kg， 高于世界原煤平均 值 0.12mg/kg，燃煤排放的汞成为最大汞污染源。 高浓度的 汞使植物发芽率降低、生长受到抑制、品质变差甚至死 亡。同时汞具有很强的生物毒性、流动性、挥发性和高积 累性，对人的神经系统和发育系统产生严重影响。因此， 必须采取有效措施，做好消烟除尘，防止大气污染 。
煤、煤矸石、粉煤灰等燃料的性质与烟气成分、浓 度的关系密切。 从煤的特性分析，挥发分高、粘结性 小、灰分多的煤产生的烟尘多，反之烟尘就少。 含硫等 有害物质量高的煤产生的二氧化硫等有害物质的浓度 高且量大，反之则少。 煤、煤矸石中的硫一般以化合物 状态存在，如二硫化铁、硫酸钙等。 二硫化铁俗称黄铁 矿，黄铁矿和碳在同样的温度下分解和氧化，并且由于 碳和水蒸气的存在对黄铁矿的氧化起到促进作用。
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3 窑炉节能减排控制方法
烧结砖瓦窑炉烟气污染物质排量大小、浓度高低 和窑炉设计、燃料性质、焙烧技术等都有直接关系，要 想控制好烟尘污染物排放， 就要从多方面综合考虑， 集中整治，多管齐下，才能有好的效果。 3.1 选择节能环保型窑炉
烧结砖瓦窑炉种类很多，目前常用的是轮窑和隧 道窑。 与轮窑相比，隧道窑是砖动火不动，定点焙烧， 窑墙和窑顶的温度基本维持不变，属稳定传热，只有 窑车要反复加热冷却，造成热量部分散失，散失的热 量相对于轮窑小得多。 轮窑是周而复始循环燃烧，不 断地在加热、冷却窑墙、窑顶，属不稳定传热，加热时 窑墙窑顶吸收大量热，冷却时又放掉，能源浪费严重， 热效率低。 另外，轮窑的窑门多、投煤孔多、风闸多，需 要频繁开启关闭， 造成跑风漏气和散热的机会就多， 也不利于烟尘的收集和节能。 隧道窑和轮窑相比，不 仅改善了劳动条件，便于操作，而且提高了产品质量， 从节能环保的角度相比，隧道窑也有绝对的优势。
2 窑炉烟气的组成及危害
煤燃烧后的废气含有大量的飘尘、 二氧化硫、一 氧化碳、氮氧化物、重金属等有害物质。
飘尘通常称为“可吸入微粒”，是物质燃烧时产生 的颗粒状漂浮物，因其粒小体轻，故而能在大气中长 期漂浮，漂浮范围可达几十公里，并可在大气中造成 不断蓄积，与空气中的二氧化硫和氧气接触时，二氧 化硫会部分转化为三氧化硫，使空气酸度增加，污染 程度逐渐加重。
热量的传递分三种形式，即热传导、热对流、热辐 射，在一定温差存在的情况下，辐射传热的动力更强， 传热速度更快。 3.3.1 内燃烧砖
隧道窑、轮窑外燃烧砖是燃料加热空气，热气体 再以辐射和对流的方式把热量传递给砖、 瓦坯体，砖 瓦坯又以传导的方式将热量由其表面传到内部，这一 过程比较慢。 而内燃烧砖燃料在砖瓦坯内发出热量， 热量主要以辐射和传导的方式在砖瓦坯之间传递，故 能迅速提高温度，比外燃烧砖可大大提高烧成速度和 大量节省燃料。 因此要大力推广全内燃烧砖，减少使 用外投煤，燃料使用量减少了，排放烟尘的数量就减 少了，根据经验，1kg 内燃料可以起到相当于 3kg 外燃 料的作用。 另一方面，外投煤一般要求有一定细度，块 大了落到窑底起不到应有的作用，但块小细碎又会出 现细的煤灰或没有燃尽的煤粉随风排出窑外，增大不 完全燃烧产物（CO、H2、CmHn 等）和灰尘的排放。 所以， 内燃烧砖可以减少烟尘排放。 3.3.2 确保内掺细度
空气量 4.51 烟气量 5.16
9.02 13.53 18.04 22.55 27.06 31.57 9.67 14.18 18.69 23.20 27.71 32.22
5000
空气量 5.51 11.02 16.53 22.04 27.55 33.06 38.57 烟气量 6.04 1 39.10
1 前言
烧结砖瓦是传承几千年的传统行业，为社会发展 和人类进步做出了不可磨灭的贡献。 但烧结砖瓦行业 受经济发展水平和技术发展水平的制约，环境污染问 题一直没有引起足够的重视，特别是占绝大多数的中 小企业，多数在农村，常常给人以管理粗放、效率低 下、高能耗、高污染的不良印象。 随着人们生活水平的 提高和环保意识的加强，越来越多的烧结砖瓦企业勇 于承担起社会责任，开始重视环保问题。 本文从烧结 砖瓦窑炉烟气的组成、危害、工艺减排与治理方法等 方面做详细论述。
机械装备
Machinery and Equipment
烧结砖瓦窑炉烟尘危害及减排与治理探讨
叶学强
（中国节能环保集团宁夏中节能新材料有限公司， 石嘴山 75300）
[摘 要] 简述烧结砖瓦行业燃煤窑炉烟尘的组成和危害，介绍在生产过程中减少烟尘排放的方法， 并对排放的烟尘进行后期净化治理作简单探讨。 [关键词] 烧结砖瓦；窑炉；烟尘减排；烟尘治理；探讨
消化不良、呼吸困难、视力或听觉发生障碍和智力减 退等症状，严重时会造成死亡。
氮 氧 化 物 包 括 多 种 化 合 物 ， 如 一 氧 化 二 氮 （N2O）、 一 氧 化 氮 （NO）、 二 氧 化 氮 （NO2）、 三 氧 化 二 氮 （N2O3）、四氧化二氮（N2O4）和五氧化二氮（N2O5）等。 除 二氧化氮以外，其他氮氧化物均极不稳定，遇光、湿或 热变成二氧化氮及一氧化氮，一氧化氮又变为二氧化 氮。 因此，职业环境中接触的是几种气体混合物，常称 为硝烟（气），主要为一氧化氮和二氧化氮，并以二氧 化氮为主。 氮氧化物都具有不同程度的毒性。 在高温 燃烧条件下，NOX 主要以 NO 的形式存在，NO 在大气 中 极 易 与 空 气 中 的 氧 发 生 反 应 ，生 成 NO2，故 大 气 中 NOX 普遍以 NO2 的形式存在。 空气中的 NO 和 NO2 通 过光化学反应，相互转化而达到平衡。 在温度较大或 有云雾存在时，NO2 进一步与水分子作用形成酸雨中 的第二重要酸分— ——硝酸（HNO3）。 在有催化剂存在 时， 如加上合适的气象条件，NO2 转变成硝酸的速度 加快。 特别是当 NO2 与 SO2 同时存在时，可以相互催 化，形成硝酸的速度更快。 据计算，各种燃料燃烧产 生 的 氮 氧 化 物 量 为 ：1t 天 然 气 6.35kg，1t 石 油 9.1kg～ 12.3kg，1t 煤 8kg～9kg。
表 1 煤燃烧时所需理论空气量及烟气生成量（Nm3/kg）
发热值 （kal/kg）
名称
1
2
过剩空气系数
3
4
5
6
7
空气量 3.51 7.02 10.53 14.04 17.55 21.06 24.57 3000 烟气量 4.28 7.79 11.30 14.81 18.32 21.83 25.34
4000
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不仅会带走大量热量，而且大大减少通过砖坯间的有 效风量，造成走火不均和有效供氧量不足，同时要尽 量让制品的孔洞平行于风的运动方向，以减少风行阻 力。 （3）烟气生成量和煤的发热量、空气供应量都有关 系，发热量越高、空气供应量越大，产生的烟气就越 多，所以在保证燃烧的情况下，一定要控制好空气过 剩系数，隧道窑的过剩空气系数一般为 5～6，煤燃烧时 所需理论空气量及烟气生成量见表 1。
二氧化硫可生成酸性烟雾， 悬浮在大气下部，对 人体呼吸系统有强烈刺激作用，当形成酸雨时，对厂 房、设备和自然环境有严重的腐蚀作用。 很多砖瓦厂 用轻钢彩板结构建厂房，2～3 年彩钢板就被腐蚀的千 疮百孔，罪魁祸首就是二氧化硫。
一氧化碳无色无味， 能在空气中保持 2～3 年，长 期生活在有少量一氧化碳的环境中， 容易引起贫血、
在 设 计 和 施 工 隧 道 窑 时 ， 要 特 别 注 意 ： （1） 窑 墙 窑 顶 高 温 段 的 耐 火 和 保 温 ； （2） 送 热 、 排 烟 、 余 热 、 窑 底 风 机的匹配与变频控制；（3） 窑车面的保温和窑车间的 密封；（4）温度、风压、风量的实时数据与调控手段。 3.2 选择低硫、低挥发性煤或矸石
根据原料性质的不同，砖瓦窑炉的烧结温度一般 在 960℃～1050℃，且 高 温 焙 烧 时 间 较 长 ，在 选 择 固 硫 剂时要特别注意固硫剂的适宜温度。 使用固硫剂减少 SO2 等有害物质的排出不失为一个好的方法， 但烧结 砖瓦厂多用全内燃烧结砖瓦，固硫剂在内燃中的机理 和作用还需深入细致研究。 另外，目前固硫剂的价格 也较贵，砖瓦企业又是微利，很难承受，亟待开发出适 用于内燃烧砖且价廉物美的专用固硫剂。
页岩等原料中也会含有黄铁矿、石膏、可溶性硫 酸镁、硫酸钠和硫酸钾等硫化物，经高温煅烧同样会 有 SO2 等有害气体溢出。
煤、煤矸石、页岩中的硫化物等有害物质经过焙 烧，会分解释放出二氧化硫、三氧化硫等有害气体，烧 结砖瓦厂在建厂时就要对原材料进行全面的物理化 学分析，包括矿物分析，尽量选择含硫化物等有害物 质低的原料产地建厂，在选购煤、煤矸石时也要特别 注意含硫量等指标，尽量选购低硫煤和矸石，这对减
6000
空气量 6.52 13.04 19.56 26.08 32.60 39.12 45.64 烟气量 6.92 13.44 19.96 26.48 33.00 39.59 46.04
3.3.4 适当降低焙烧温度 在 原 料 中 加 入 一 些 助 熔 剂 ， 如 选 铁 尾 矿 （Fe3O2、
Fe3O2·2H2O）、氧 化 钙 （CaO）等 ，可 降 低 制 品 的 烧 成 温 度。 这样一方面因助熔剂在焙烧期间首先熔融，切断 坯体内有害气体的溢出路径，使之减少溢出。 另一方 面，氧化钙（CaO）也有固硫的作用，氧化钙和 SO2 反应 生成硫酸钙，硫酸钙在高温状态下会分解，降低焙烧 温度，从而 减 少 CaSO4 的 分 解 ，也 就 少 排 出 二 氧 化 硫 有害气体。 3.4 通过添加固硫剂降低二氧化硫排放