林幗秀

(廣東省環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東 廣州 510655)

新型干法水泥項(xiàng)目污染特征及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析

林幗秀

(廣東省環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東 廣州 510655)

介紹新型干法水泥項(xiàng)目的發(fā)展概況，分析該類項(xiàng)目的工程內(nèi)容、產(chǎn)排污特征以及主要環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，闡述重大危險(xiǎn)源識(shí)別、最大可信事故源項(xiàng)分析評(píng)價(jià)的方法，為新型干法水泥項(xiàng)目的環(huán)境評(píng)價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)管理提供技術(shù)借鑒與參考。

新型干法水泥；污染特征；環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

1 新型干法水泥項(xiàng)目概述

新型干法水泥熟料生產(chǎn)技術(shù)自20世紀(jì)50至70年代出現(xiàn)，是以懸浮預(yù)熱和窯外預(yù)分解技術(shù)為核心，使水泥生產(chǎn)具有高效、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能、環(huán)保、自動(dòng)控制等特點(diǎn)的現(xiàn)代水泥生產(chǎn)方法。新型干法水泥窯在熱效率、耐火磚等部件和材料消耗、熟料質(zhì)量、大型化生產(chǎn)等方面均比立窯、干法中空窯、立波爾窯、濕法窯優(yōu)越。目前，新型干法燒成技術(shù)是世界水泥工業(yè)的主導(dǎo)技術(shù)，至今還沒有其他技術(shù)可以取代[1]。

根據(jù)《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》、《水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》、《水泥行業(yè)準(zhǔn)入條件》、《印發(fā)廣東省淘汰落后水泥生產(chǎn)能力實(shí)施方案的通知》等國(guó)家及地方產(chǎn)業(yè)政策，鼓勵(lì)地方和企業(yè)以淘汰落后生產(chǎn)能力方式發(fā)展新型干法水泥，重點(diǎn)支持在有資源的地區(qū)建設(shè)日產(chǎn)4000噸及以上規(guī)模新型干法水泥項(xiàng)目；鼓勵(lì)和支持企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，新型干法窯系統(tǒng)廢氣余熱要進(jìn)行回收利用，鼓勵(lì)采用純低溫廢氣余熱發(fā)電；新建水泥熟料生產(chǎn)線項(xiàng)目必須嚴(yán)格按照“等量或減量淘汰”的原則執(zhí)行，落實(shí)產(chǎn)能置換工作。

2 工程內(nèi)容及產(chǎn)排污特征

2.1 工程內(nèi)容及組成

新型干法水泥項(xiàng)目工程內(nèi)容一般包括主體工程、輔助工程、公用工程、環(huán)保工程、儲(chǔ)運(yùn)工程等[2]，見表1。

2.2 項(xiàng)目產(chǎn)排污特征

新型干法水泥生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生廢氣、廢水、噪聲和固體廢棄物等污染物，其中，廢氣粉塵是該類項(xiàng)目的特征污染物，多采用袋式收塵器對(duì)有組織排放粉塵進(jìn)行治理，并通過加強(qiáng)密閉等方式減少粉塵無組織排放；其他廢氣污染物如NOx 、SO2等則通過脫硝、吸硫等方式進(jìn)行治理。廢水多通過循環(huán)回用實(shí)現(xiàn)“零排放”；噪聲可通過隔聲減震方法進(jìn)行治理；固體廢物則進(jìn)行分類收集與處置。具體產(chǎn)污環(huán)節(jié)詳見圖1。

表1 新型干法水泥項(xiàng)目主要工程內(nèi)容

圖1 新型干法水泥項(xiàng)目產(chǎn)排污環(huán)節(jié)

3 新型干法水泥項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析

3.1 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

3.1.1 物質(zhì)危險(xiǎn)性識(shí)別

水泥制造業(yè)主要原材料為石灰石、粘土、砂巖、鐵粉、煙煤；輔助材料主要為點(diǎn)火或叉車用的燃料輕柴油；產(chǎn)品為水泥熟料；煙氣脫硝系統(tǒng)需用到氨水；項(xiàng)目在非正常工況時(shí)有可能產(chǎn)生CO有毒易燃?xì)怏w；若項(xiàng)目配套石灰石礦山，開采過程要用炸藥爆破，并在礦區(qū)設(shè)置臨時(shí)炸藥庫(kù)，炸藥主要成分為硝酸銨。根據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品名錄》，該類項(xiàng)目涉及的危險(xiǎn)物質(zhì)為氨水、輕柴油、一氧化碳、硝酸銨等物質(zhì)。

3.1.2 重大危險(xiǎn)源識(shí)別

根據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》(GB18218-2014)以及《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》HJ/T169-2004附錄A.1中爆炸性物質(zhì)、易燃物質(zhì)和有毒物質(zhì)名稱及臨界量表，對(duì)項(xiàng)目涉及的危險(xiǎn)化學(xué)品進(jìn)行識(shí)別。

若單元內(nèi)存在的危險(xiǎn)化學(xué)品為單一品種，則該危險(xiǎn)化學(xué)品的數(shù)量即為單元內(nèi)危險(xiǎn)化學(xué)品的總量，若等于或超過相應(yīng)的臨界量，則定為重大危險(xiǎn)源。

若單元內(nèi)存在的危險(xiǎn)物質(zhì)為多品種時(shí)，則按公式計(jì)算，若滿足公式1則定為重大危險(xiǎn)源[3]：

(1)

式中：q1、q2…qn——每種危險(xiǎn)物質(zhì)實(shí)際存在量，t。

Q1、Q2…Qn——與各危險(xiǎn)物質(zhì)相對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)場(chǎng)所或貯存區(qū)的臨界量，t。

3.1.3 生產(chǎn)過程風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

(1)氨水泄露風(fēng)險(xiǎn)

應(yīng)用SNCR脫硝技術(shù)控制煙氣中NOx的達(dá)標(biāo)排放，脫硝系統(tǒng)使用氨水作還原劑。造成氨水泄漏事故主要原因有：①氨水的卸載、儲(chǔ)存、輸送過程發(fā)生的氨水滲漏；② SNCR脫硝系統(tǒng)發(fā)生故障，導(dǎo)致氨隨煙氣進(jìn)入大氣環(huán)境；③ SNCR反應(yīng)器發(fā)生破裂或堵塞引起爆炸，易導(dǎo)致氨泄漏；④氨噴射系統(tǒng)發(fā)生故障造成氨泄漏[4]。

(2)煤粉火災(zāi)及爆炸

水泥廠的煤粉制備是廠區(qū)發(fā)生火災(zāi)機(jī)會(huì)最高區(qū)域，這是因?yàn)槊撼浞址勰ズ?，粒子直徑降?00微米以下，極易隨風(fēng)飄散，一旦遇到火種可以發(fā)生燃燒，進(jìn)而產(chǎn)生不完全燃燒煙氣污染，主要污染物有SO2，CO。另外，當(dāng)煤粉在以下三個(gè)條件時(shí)即有可能發(fā)生粉塵爆炸：①存在可燃物質(zhì)且濃度在爆炸極限范圍內(nèi)，其下限濃度30g/m3，上限濃度為1500～2000g/m3；②有足夠氧含量，烘干粉磨設(shè)備中的最高氧含量應(yīng)為14%；③存在強(qiáng)烈的熱源。煤粉自燃和爆炸通常發(fā)生在磨內(nèi)、煤粉倉(cāng)、電收塵等環(huán)節(jié)。

(3)窯尾煙囪CO泄漏

窯尾煙囪因熟料煅燒過程燃燒條件改變，導(dǎo)致煙氣中CO濃度顯著增高。由于窯尾電除塵器對(duì)CO濃度非常敏感，當(dāng)CO濃度超過臨界值(約1200mg/m3)時(shí)，電除塵器自動(dòng)跳閘切斷電源，以免發(fā)生火災(zāi)事故，此時(shí)從煙囪泄漏大量CO氣體。中央控制系統(tǒng)一般設(shè)有應(yīng)對(duì)CO升高的燃燒條件控制系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生跳閘情況時(shí)自動(dòng)改變窯內(nèi)燃燒條件，加大窯內(nèi)送風(fēng)量使CO充分燃燒，煙氣CO濃度將顯著降低。

(4)柴油儲(chǔ)罐泄漏、火災(zāi)及爆炸

項(xiàng)目點(diǎn)火或叉車使用燃料輕柴油，柴油泄漏主要原因有：①柴油管道閥門、法蘭泄漏；②柴油運(yùn)輸槽車泄漏；③柴油罐體破裂(大多數(shù)是頂蓋破裂)。若遭遇明火，柴油儲(chǔ)罐區(qū)還會(huì)發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故。

(5)礦山炸藥庫(kù)炸藥及雷管爆炸

項(xiàng)目配套礦山炸藥庫(kù)爆炸原因主要有：違規(guī)用火引起火災(zāi)進(jìn)而爆炸、違規(guī)操作造成機(jī)械撞擊引起爆炸。炸藥庫(kù)爆炸主要危險(xiǎn)是安全威脅，炸藥庫(kù)爆炸產(chǎn)生的環(huán)境污染物主要是爆炸粉塵和煙塵，還有爆炸噪聲。礦山開采使用的炸藥及雷管集中儲(chǔ)存在炸藥庫(kù)內(nèi)，庫(kù)內(nèi)炸藥和雷管分開存放，并按照防火防暴設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。外部設(shè)置值班室、消防系統(tǒng)、崗?fù)?、防火溝及圍墻[2]。只要安全管理得當(dāng)，此類事故完全可以避免。

3.2 源項(xiàng)分析及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.2.1 最大可信事故的確定

最大可信事故是指在所有概率不為零的事故里，對(duì)環(huán)境(或健康)危害最嚴(yán)重的重大事故。對(duì)國(guó)內(nèi)多個(gè)同類水泥項(xiàng)目調(diào)查發(fā)現(xiàn)，最大可信事故為氨水泄漏事故，其次是煤粉制備過程火災(zāi)及爆炸事故。

3.2.2 源項(xiàng)分析及評(píng)價(jià)方法

(1)氨水泄漏事故

對(duì)貯罐或輸送管道破損發(fā)生的氨水泄漏速率，可參照《環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》附錄A.2按公式2估算[5]：

(2)

式中：QL—液體泄漏速度，kg/s；Cd—液體泄漏系數(shù)，常用0.6～0.64，取0.62；A—裂口面積，m2；ρ—液體密度，取925kg/m3；P、P0—容器內(nèi)及環(huán)境壓力，Pa；g—重力加速度，9.8m/s2；h—裂口之上液位高度，取2.24m。

對(duì)于氨水儲(chǔ)罐來說，罐體結(jié)構(gòu)比較均勻，發(fā)生整個(gè)容器破裂而泄漏的可能性很小，泄漏事故發(fā)生概率最大的地方是容器或輸送管道的接頭處。

氨水泄漏后，在圍堰中形成液池，并隨著表面風(fēng)的對(duì)流而蒸發(fā)擴(kuò)散。氨水蒸汽即氨氣比空氣輕，能在高處擴(kuò)散至較遠(yuǎn)地方，使環(huán)境受到污染?？紤]泄漏氨水蒸發(fā)主要是質(zhì)量蒸發(fā)，質(zhì)量蒸發(fā)速度Q3按公式3計(jì)算：

(3)

式中：Q3—質(zhì)量蒸發(fā)速度，kg/s；a，n—大氣穩(wěn)定度系數(shù)，按環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則表A2-2選?。籶—液體表面蒸氣壓，Pa；R—?dú)怏w常數(shù)，J/mol·k；M—?dú)怏w分子量，kg/mol；T0—環(huán)境溫度，k；u—風(fēng)速，m/s；r—液池半徑，m。

氨水泄漏對(duì)周邊環(huán)境影響可采用多煙團(tuán)疊加模式進(jìn)行預(yù)測(cè)后果分析，其對(duì)近距離人群影響可參照IDLH濃度值、半致死濃度值等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(2) 煤粉制備火災(zāi)爆炸事故

采用由美國(guó)道化學(xué)公司開發(fā)火災(zāi)爆炸指數(shù)安全評(píng)價(jià)方法[6]，計(jì)算煤粉制備系統(tǒng)的火災(zāi)爆炸指數(shù)，然后確定其暴露半徑和危害系數(shù)?；馂?zāi)爆炸指數(shù)計(jì)算模式如下：

F&EI=F×MF；F=F1×F2

式中：F&EI—火災(zāi)爆炸指數(shù)；MF—煤粉物質(zhì)系數(shù)；F—工藝單元危險(xiǎn)系數(shù)；F1—一般工藝危險(xiǎn)系數(shù)；F2—特殊工藝危險(xiǎn)系數(shù)。

根據(jù)火災(zāi)爆炸指數(shù)確定危險(xiǎn)等級(jí)，見表2。

表2 火災(zāi)爆炸指數(shù)與危險(xiǎn)等級(jí)

4 結(jié)論與建議

新型干法水泥項(xiàng)目是當(dāng)前我國(guó)水泥工業(yè)的主導(dǎo)技術(shù)，其建設(shè)生產(chǎn)應(yīng)符合國(guó)家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策要求。該類項(xiàng)目在生產(chǎn)過程會(huì)產(chǎn)生廢氣、廢水、噪聲和固體廢棄物等污染物，應(yīng)采取有針對(duì)性的污染治理措施。新型干法水泥項(xiàng)目可能涉及的危險(xiǎn)物質(zhì)有氨水、輕柴油、CO、硝酸銨等物質(zhì)，生產(chǎn)過程的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要是氨水泄露、煤粉火災(zāi)及爆炸、柴油泄漏及火災(zāi)爆炸、窯尾煙囪CO泄漏、礦山炸藥庫(kù)爆炸等。針對(duì)該類項(xiàng)目存在的主要環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)防范措施與應(yīng)急預(yù)案，通過加強(qiáng)管理以降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)程度。

[1]姜祖強(qiáng).新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展前景淺析[J].江西建材，2013(4)，7-8.

[2]廣東省環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)校.華潤(rùn)水泥(封開)有限公司4500t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線一期工程項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書[R].2008.

[3]GB18218-2014 危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)[S].

[4]廣東省環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)校.廣東春潭水泥制造有限公司5000t/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線及余熱發(fā)電技改工程項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書[R].2016.

[5]HJ/T169-2004建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則[S].

[6]道化學(xué)公司火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)方法(第七版)[M].北京：中國(guó)化工出版社，1997.

Analysis of Pollution Characteristics and Environmental Risks for Cement Dry Process Project

LIN Guoxiu

(Guangdong Environmental Protection and Technology School，Guangzhou 510655)

The paper introduces the basic facts of Cement Dry Process Project in China，as well as analyzing its project content，the characteristics of pollution sources，the environmental impacts and environmental risks. Besides，the technique of major hazards identification and the most credible accident source item analysis have been put forward. It will provide a technology reference for environmental assessment and risk management of cement dry process project.

cement dry process project；pollution characteristics；environmental risks

林幗秀，碩士，高級(jí)講師，環(huán)評(píng)工程師，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境影響評(píng)價(jià)與環(huán)境管理

X21

A

1673-288X(2017)03-0081-03

引用文獻(xiàn)格式：林幗秀.新型干法水泥項(xiàng)目污染特征及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(3)：81-83.