应答:减少人工干燥和焙烧烟气中颗粒物的措施

信息来源:砖瓦界   浏览次数:132   发布时间:2024-04-23

PM2.5以下的颗粒物对人体健康危害较大,有关标准规定了对窑炉排放颗粒物采集、测定的目标是0.5微米以上的各种固体颗粒物。需要在生产各个环节采取确实有效的改进和治理措施,减少人工干燥和焙烧烟气里各类大大小小的颗粒物总量。提出了选择使用清洁燃料;使用固体燃料选用全内燃焙烧工艺;选用耐高温、耐气流冲刷、硬质、耐用的窑炉砌筑材料;对窑炉使用前进行彻底清扫;清除坯体表面的颗粒;清除窑车面上的灰烬、粉尘;砂封槽的清理和砂封材料的处理;加强窑车上下的密封性,减少窑底漏气;燃料完全充分燃烧的工艺技术;选用窑内低风速、大风量的工艺技术;改变码坯方式等措施,实现减少窑炉颗粒物的总量,达到真正意义上的减排,积极意义上的绿色、环保、清洁生产。

国家标准《砖瓦工业大气污染物排放标准》(GB29630-20132013年颁布,2014年实施,并且从201671日开始,对砖瓦生产中原料、燃料的破碎、制备成型,人工干燥及焙烧的生产车间或生产设施、排气筒都要进行颗粒物排放的监控,并且还要对企业边界环境大气污染物的浓度进行测定。其中,要求所有砖瓦企业的人工干燥和焙烧都必须执行标准中表2规定的大气污染物排放的限值:最高允许排放到大气中的废气所含颗粒物为30mg/m3(重点地区的特别排放限值20mg/m3)(注1)。

对于这样严格的大气污染颗粒物排放限值,按目前我国砖瓦行业当前的工艺技术、普遍使用的原料和燃料、工艺设备、窑炉设施和操作管理状况,几乎没有一家企业能够完全、真正、持续的达到。特别是要使人工干燥和焙烧窑炉达到颗粒物排放浓度30mg/m3(重点地区的特别排放限值20mg/m3)的限值,单依靠烟气的各种除尘设备都无法满足。为此,急需对造成烟气中颗粒物的产生、排放和控制治理进行全面认真分析和研究,结合现在企业实际生产的现状,在生产各个环节中采取各种能够减少砖瓦干燥和焙烧烟气中颗粒物的措施,最大程度的减少干燥排潮和焙烧窑炉烟气里颗粒物的总量,使企业生产窑炉排放废气中颗粒物达到标准限值30mg/m3以下的要求,实现绿色、环保、清洁生产。

1. 污染大气的颗粒物及其危害

大气中的颗粒物(PM)是指大气中存在的各种固态和液态颗粒状物质的总称,包括空气中分散的固态颗粒和液滴,是污染大气的主要物质之一。污染大气的颗粒物来源有自然源和人为源两个方面,自然源主要来自陆地扬尘、海水溅沫蒸发而成的盐粒、火山喷发的散落物、森林火灾产生的烟尘,以及自然界生物释放的花粉、菌类孢子和微生物,动物活动造成的颗粒物等;人为源主要来源于各种燃料的燃烧、冶炼、粉碎、筛分、输送、爆破、各种工业生产,农产品加工和农药喷洒等工农业生产过程,以及人们日常生活活动(包括炊灶油烟、汽车尾气、吸烟的烟雾等)排放的颗粒物。随着现代工农业经济的快速规模化发展,人类各类活动释放的大气颗粒物越来越多,人为源的颗粒物已经成为大气的重要污染物。

因各种原因排放及漂浮在大气中颗粒物的种类极多,对其分类和命名至今尚无统一的标准和方法。对大气中的颗粒物,最常用的是按颗粒物的粒径大小分类,即:

总悬浮物(TSP):是用标准大容量采样器收集到的颗粒,不局限于颗粒大小,凡是采样器滤膜收集到的所有颗粒都计入在内,但大多是粒径100微米以下的颗粒。

可吸入颗粒物(PM10):总悬浮物中粒径≦10微米的颗粒物,这种较小的颗粒物,易于通过人的呼吸过程进入人体呼吸道,但一般不易进入肺部。

可入肺的颗粒物(PM2.5),又称细颗粒物:颗粒物粒径≦2.5微米的颗粒物,这种更小的颗粒物不仅能够进入呼吸道,而且可通过气管进入肺中。

大气污染颗粒物(PM)虽然不一定是有毒物质,但PM因直径细小,可以携带大量的有毒、有害物质,进入人体会影响健康。PM直径越细小对人体危害越大,PM2.5颗粒物的直径不到人头发的1/20,能随风飘的很远,因此影响范围较大,对人体健康的危害更大;因为直径越小,进入呼吸道的部位越深。直径10微米以下的颗粒物通常沉积在上呼吸道,2.5微米以下的细颗粒物可深入到细支气管和肺泡。细小颗粒物进入人体到肺泡后,直接影响肺的呼吸功能,使人的机体容易处在缺氧状态。而且这种细小颗粒物一旦进入肺泡,吸附在肺泡上很难掉落,这种吸附是不可逆的。

从对人类健康危害的角度来讲,控制和治理粒径≦2.5微米以下的颗粒物尤为重要,即PM2.5

2. 窑炉排气筒中采集、测定的目标颗粒物

烧结砖瓦生产的许多环节都会产生颗粒物而污染大气,特别是人工干燥室及焙烧窑炉(以下统简称为窑炉)颗粒物的排放,更是采集、测定和控制治理的重点。那么,窑炉排放的什么样的颗粒物是被采集、监测和控制的目标呢?

按照有关标准规定,取样测定和控制治理的颗粒物包括燃料和其他物质在燃烧、合成、分解以及各种物料在机械处理中所产生的悬浮于排放气体中的固体和液体颗粒状物质。标准对颗粒物的物质种类、组织成分、性能等都没有规定和限制,对颗粒物粒径大小也没有规定和限制。也就是说,凡是污染源排放到废气中的颗粒物,不论是什么物质和成分,不论颗粒多大多小,只要能被采样仪器捕捉采集到的颗粒物,都属于测定和控制的目标。特别是粒径小的各种颗粒物——由于污染大气的颗粒物粒径越小,对人体的危害就越大。

国家标准《砖瓦工业大气污染物排放标准》(GB29630)规定对人工干燥和焙烧设施的排气筒进行颗粒物排放测定的采样和测定方法,要按照《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》(GB16157)国家标准进行。依照这个标准规定的对烟道、烟囱和排气筒等固定污染源排气中颗粒物的采样和测定方法,来确定干燥室和焙烧窑排放废气中颗粒物的含量。标准GB16157的第8节规定的颗粒物采样方法有多种,但每种采样方法使用的采样管都是选用玻璃纤维滤筒采样管或刚玉滤筒采样管。其中玻璃纤维滤筒采样管的玻璃纤维滤筒,对直径0.5微米的颗粒物捕集效率不低于99.9%,失重不大于2毫克,使用温度500℃以下;刚玉滤筒采样管的刚玉滤筒,对直径0.5微米的颗粒物捕集效率不低于99%,失重不大于2毫克,使用温度1000℃以下。按照这一标准的规定要求,对砖瓦企业窑炉排气筒中排放颗粒物的应该使用玻璃纤维滤筒采样管来采样、测定,捕集的颗粒物目标为0.5微米以上,并且捕集效率99.9%,几乎为100%0.5微米颗粒的直径还不到头发丝的1/100,人的肉眼都看不清楚。而在实际采样过程中,滤筒捕集到一些较大的颗粒物之后,比0.5微米更细小的颗粒物会受阻而对滤筒的通过率降低,滤筒还会吸附捕集到0.5微米以下的更细微的颗粒物。所以,砖瓦窑炉烟气排放的颗粒物经过一般除尘设备收集治理后都难以达标,其主要原因就在于此。

另外,《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》(GB16157)规定对滤筒捕集到颗粒物在分析之前,要先在105℃烘箱中烘干脱水一小时后再称重计算。这样,测定到窑炉排放到废气中的目标颗粒物,基本上不包括水和105℃条件下可蒸发(挥发)的液体颗粒状物质。

3. 减少砖瓦人工干燥和焙烧窑炉烟气中颗粒物总量的措施

国家标准《砖瓦工业大气污染物排放标准》(GB29630)对砖瓦生产人工干燥和焙烧窑炉排放废气中的颗粒物的限值,是一个相对量值的指标,实际上就是含尘(颗粒物)率,也称为烟气排放颗粒物的浓度。排放浓度的大小,一方面决定于烟气中颗粒物的质量,另一方面决定于烟气中干净空气的含量,即烟气中的基准含氧量。如果烟气中颗粒物的质量不变,但是把烟气中的干净空气增加,基准含氧量较高,这时烟气所含颗粒物的浓度降低,或许就能够达标。但是,实际排放到大气中颗粒物的总的质量一点也没有减少,对大气污染的程度没有改善。将标准中窑炉烟气基准含氧量由8.6%修改为18%,作为判定排放污染物是否达标的依据,这样生产企业相对容易做到,对企业有利,但是对环境大气的污染仍然有害而无益。修改烟气基准含氧量,实质是使企业生产减排达标的一项消极应对措施。我们还应该积极采取各种有效措施,真正减少人工干燥及焙烧窑排放烟气中的颗粒物总量,不能仅仅依赖安装除尘设备对窑炉排放烟气的治理。这对那些窑炉烟气基准含氧量已达18%、已安装了各种除尘设备仍然还不达标的企业,就更有必要性和重要性了。

要使砖瓦生产的窑炉排放废气中的颗粒物含量减少,达到标准规定的限值,就要在生产过程中控制和减少0.5微米以上颗粒物的产生(但不局限于此);减少不论何种物质、不管什么成分的各种各样颗粒物的总量。这就需要对现有的生产状况从多方面,从所有可能产生颗粒物的各个环节采取确实有效的改进和治理措施。

3.1  选择使用清洁燃料

目前,我国烧结砖瓦生产焙烧使用的燃料绝大部分都是煤系固体燃料,包括原煤、劣质煤、煤矸石、粉煤灰、炉渣等。煤系固体燃料在燃烧过程中,析出的挥发分及不完全燃烧产生的黑烟均含有大量的颗粒物。这些颗粒物的粒径一般为0.1微米以下(如炭黑等),但这些颗粒物极易聚集而形成较大却松散的大颗粒,聚集后的絮状颗粒物的平均粒径可达到3.6微米。无论內燃或外投煤系燃料都会产生烟尘颗粒物,特别是窑外投煤的焙烧方式,是直接把煤粉及燃烧后的煤灰颗粒排放到窑里,会随窑内气流带到排气筒里,从而造成窑炉排放废气中的颗粒物大幅增加。煤系固体燃料燃烧产生的颗粒物占窑炉焙烧烟气中颗粒物的比例最大,是造成窑炉烟囱(排气筒)冒黑烟和废气中颗粒物过量的主要原因。

如果使用重油、柴油、煤油等液体燃料也会因燃烧不完全而产生烟灰(黑炭等)颗粒物。但是比固体燃料燃点低。因为液体燃料比较容易和空气混合接触,容易完全燃烧,升温也快,燃烧产生的烟灰颗粒物比固体燃料要少(柴油燃烧产生烟灰约0.13kg/Mkcal),大约是煤系固体燃料的10%40%(不同的燃油和不同的煤相比较差异很大)。

如果使用天然气燃料,则因天然气本身含固体、液体物质极少,而且更容易和空气混合接触,更容易完全燃烧,虽然燃烧后也会产生极少量颗粒物(天然气燃烧产生烟灰量约0.025kg/Mkcal),但比固体燃料燃烧产生的颗粒物少得多,仅相当于煤系固体燃料燃烧产生的烟灰的1%左右。

因此,选用天然气、洁净煤气等气体燃料作为砖瓦焙烧生产的燃料,是减少窑炉烟气颗粒物最主要、最有效的首选措施。最近,国家工业和信息化部《关于加快烧结砖瓦业转型发展的若干意见》(征求意见稿,20179月)在强调推进绿色生产,促进节能减排,狠抓治污减排时,对砖瓦窑炉的生产明确提出鼓励采用低氮烧成技术,使用洁净煤制气或天然气等清洁燃料的意见。今后,砖瓦焙烧使用洁净气体燃料将是行业生存和进步发展的必然趋势。

3.2  使用固体燃料选用全内燃焙烧工艺

如果是必须使用固体燃料焙烧窑炉,不论是用那种煤系燃料,或者生物质燃料,都应该采用全内燃焙烧工艺,并且尽量选用低挥发分、高热值的燃料,在满足焙烧热量需要的前提下尽量减少坯体内燃料的掺配量,并且杜绝窑外投放燃料,更不能向窑内喷细煤粉。在窑外投放固体燃料,特别是细粉状,这无疑就是向窑内直接喷洒灰尘,是导致窑炉排放烟气中颗粒物含量加大并超标的主要原因。

3.3  选用耐高温、耐气流冲刷、硬质、耐用的窑炉砌筑材料

砖瓦焙烧窑炉是在高温条件下每天24小时、长年累月连续运转的热工设备。使用在这种条件下的任何窑炉砌筑材料,都会不同程度同时被热侵蚀,被烟气酸腐蚀、被风机带动的气流风蚀而由表面到内层连续不断逐渐软化、粉化,乃至脱落,随时有粉化脱落的颗粒物被窑内气流带出到排气筒。这也是造成窑炉烟气中颗粒物增加而不可忽视的主要原因。因此,砌筑窑炉应当设计和使用耐高温、耐气流冲刷的硬质、坚固、耐用的优质窑炉砌筑材料(如含有少量氧化锆的具有较强抗剥落性和抗渣性耐火砖、高铝砖、硅莫砖等),尽量减少砌筑材料(特别是高温段)的粉化脱落,减少窑炉烟气中这类颗粒物的含量。

现在许多企业为了节约投资,建窑使用都是价廉但质次的材料,砌筑窑墙的耐火砖的强度、密实度和耐火度等性能都达不到设计和使用要求,有的甚至在窑炉的高温段也用普通红砖替代,这些材料高温条件下很快就会疏松,更容易剥离、粉化和脱落。松散脱落生产的颗粒物使烟气中的颗粒物增量和增速都加大,同时还缩减了窑炉使用的寿命。对于这类窑炉,应该大修改造,更换优质耐火砌筑材料,达到减少窑炉烟气颗粒物含量的效果。

特别是用作窑炉内衬材料的耐火陶瓷纤维材料(包括窑车连接凸凹槽的填充料),更易粉化脱落而生产颗粒物。虽然耐火陶瓷纤维与其他耐火材料相比,它的耐高温性能和绝热性能更好,无毒性,密度低,热容小、保温效果更强。但陶瓷纤维韧性差,脆性易断裂是它的致命弱点。抗压、抗拉和抗折强度都较低,既不耐磨又不耐碰撞和弯折。陶瓷纤维在高温条件下的稳定性也较差,不能抵抗熔渣的侵蚀,抗侵蚀、抗气流冲刷、抗剥落等性能都较差,使用过程中表面会逐层脱落,较短的时间就会严重破损。长期在高温环境下暴露使用,非晶体质(玻璃态)的耐火陶瓷纤维还会发生析晶和晶粒生长,再加上窑炉内腐蚀性气体的侵蚀和气流的冲刷等因素,极易分化脱落和析晶粉化而产生有害的纤维粉尘颗粒,而且这类颗粒物的粒径一般都远远大于0.5微米。

移动式环形窑产生陶瓷纤维颗粒物的情况更为严重。这种窑的侧墙和窑顶基本都是使用的陶瓷纤维材料,比其他类型的窑炉使用量大得多。移动窑的窑体移动运行时,会因内、外两侧窑墙行走的线速度、角速度存在一定差异,以及轨道清理不净有异物和轨道接缝等原因造成窑体整个架构一定程度的扭曲和晃动。看是不太严重的扭曲和晃动,都会造成窑顶和内、外两侧窑墙上镶嵌栓铆的陶瓷纤维材料不同程度的弯折和局部断裂。即便是细微的损坏,也会比其他类型的窑炉更加容易加快和加大陶瓷纤维粉尘颗粒物的脱落量,导致移动式环形窑烟气中颗粒物含量的大幅增加。

因此,使用陶瓷纤维作为窑炉的内衬材料时(特别是移动式环形窑),应当选用韧性好的或经过增韧处理的优质晶体质耐火陶瓷纤维材料,忌用非晶体质耐火陶瓷纤维材料;并且在施工过程中选用可以提高陶瓷纤维耐热性,提高牢固程度和抗冲刷性的专用高温陶瓷纤维粘结剂进行施工安装;在安装砌筑完工后必须喷涂优质高效、耐高温、附着力较强的陶瓷纤维表面固化剂,固化后的表面类似耐高温的陶瓷硬壳,可提高陶瓷纤维材料的定形固化性和热稳定性、抗风蚀性,尽量减少耐火陶瓷纤维的粉化脱落,降低因这类颗粒物的过量而导致窑炉烟气颗粒物的超标。

3.4  对窑炉使用前进行彻底清扫

人工干燥室和焙烧窑炉在砌筑的施工过程中,会洒落、遗留许多建筑垃圾,如碎砖头等,但最多的是掉落在地面的砂浆、泥土。砂浆硬度标号不高,掉在地上不及时清理,被工人踩来踩去都成为灰粉,大量散落在窑内的地面上。另外,两侧窑墙内和窑顶,以及烟道、风道的表面也有许多粘浮的砂浆、泥土、浮尘等。一般新窑建成使用前,工人会对里面施工遗留的垃圾进行清理,但只是清除窑内地面的一些较大遗留物,或大致清理堆积较大的砂浆、泥土,往往不会对窑底散碎的砂浆、灰粉、泥土和窑内墙上、窑内顶面、烟道、风道里面表面的砂浆、泥土和浮尘进行干净彻底的清扫。很显然,这些东西在窑炉使用后会陆续被气流冲刷携带到排放烟气中,是造成颗粒物排放超标的原因之一。

因此,新建的窑炉,包括停火检修后的窑炉,在点火使用之前应当对窑底、内部窑墙、窑顶和烟道、风道都进行彻底干净的清扫,用吸尘器清除都不为过。尽量做到一尘不染,减少窑炉使用后因此而产生的颗粒物。

3.5  清除坯体表面的颗粒物

成型的坯体在干燥过程中随着水分的蒸发,在焙烧过程中随着升温烧结,表面的颗粒会松散。松散的颗粒受窑内气流的冲刷会剥离、脱落而产生粉尘颗粒物。特别是钢丝切割泥条后,每块坯体的两个切割大面成为毛糙状,棱边成为毛刺状。这些部位表面的颗粒较松散,较容易脱落而被带到烟气中,也成为窑炉排放废气中的污染颗粒物。

对于这种颗粒物的防治较为困难。可以考虑选用较细的钢丝切割湿坯,降低切割大面和棱边的虚浮毛糙程度;可考虑安装和使用能够对切割后坯体毛糙面和棱边毛刺表面软刷清扫的设备等。

3.6  清除窑车面上的灰烬、粉尘

窑车每经过码坯、干燥、焙烧、卸砖一个循环的运行后,车面上总会遗留许多破损的砖块或燃烧过的灰烬等大量的粉尘。这些经过高温煅烧过的灰烬和粉尘较轻,不含水分,而且是浮散在窑车面上。对这些东西如果不清理干净,再次入窑必然会很容易随气流冲刷被携带到烟气中,成为窑炉排放废气里颗粒物中的又一主要组成部分。所以窑车在每次使用前应该清扫车面,不把灰烬粉尘带进窑内。国外一些先进的生产线对窑车上粉尘颗粒物的清理非常重视,安装有专门的强力吸尘器对窑车面抽吸,把窑车上的杂物、灰尘全集中抽吸到收尘器里,窑车被清扫的非常干净,因此而大大减少了窑内烟气中颗粒物的含量。而且现场也没有人工清扫窑车尘土飞扬的二次污染。这些做法,我们都可以学习借鉴。

国内现有一些企业隧道窑窑车的车面和环形移动窑的窑底(窑炕),都是使用普通红砖铺垫的。使用一段时间后红砖松动位移,甚至断裂、破损,使得窑车的车面或环形窑的底面高低不一,凹凸不平。为了防止坯体码垛倒塌,工人就往上面铺撒沙土、细渣等,把窑车面或环形窑的底面垫平。这样,不但没有清扫窑车车面,反而把更多易于飞扬的沙土粉尘都随车带入窑内,严重增加了烟气中颗粒物的含量。对于这类简易劣质窑车和环形移动窑一定要进行整改,用大块耐火砖、耐火混凝土或其他耐火材料,对窑车面或环形窑的底面进行平整硬化处理,杜绝铺撒沙土的做法,减少由此而带入窑炉烟气中颗粒物的含量。

3.7  砂封槽的清理和砂封材料的处理

隧道窑两侧窑墙底部砂封槽的砂子里存在有大量的粉尘颗粒物,极易受窑内气流的作用被携带到烟气中;特别是在窑车上负压、窑车下正压状态时,窑车下的气体会受压力差的作用,不同程度的穿过砂封槽被吸入窑内,同时会将砂封槽里的粉尘颗粒物带到窑内的烟气中,在窑车行走砂封板搅动砂子的时候则更为明显。全负压运行并且没有窑底平衡风机的隧道窑,这种情况就更为严重。

同样的道理,移动环形窑两侧窑墙下砂封槽里的粉尘颗粒物也会被窑内气流冲刷携带到烟气里;特别是在窑内负压状态下,砂封槽外侧没有挡墙,外界的空气受自然大气压的作用,会不同程度穿过砂封槽被吸入窑内,同时会将砂封槽里的粉尘颗粒物带到窑内烟气中。移动环形窑全负压运行时和窑体行走时,这种现象就更为严重。

因此,在窑炉点火使用之前,应当对砂封槽进行干净彻底的清扫,争取做到一尘不染,并且尽量采取窑内气流微正压运行或低负压运行。另外,要对使用的砂封材料事先过1毫米筛,筛除细小的易被风吹起的粉尘颗粒,并尽量选用硬度较大、耐磨的砂石料。

3.8  加强窑车上下的密封性,减少窑底漏气

如果窑车上下的密封不好,当窑内为正压时,窑车上的热风会窜到窑车下,烧坏窑车的砂封裙板,甚至是车轮轴承等;当窑内是负压时,窑车下的冷风会被吸入窑内,降低窑内温度,浪费热量,影响产量和质量,同时会把窑底的、砂封槽里的、前后窑车连接缝里的、以及窑车面上的粉尘颗粒物席卷的窑内,加大窑炉排放废气里的颗粒物含量。

加强窑车上下的密封,减少窑底漏气的措施:

两侧窑墙和窑车间的曲封砖最好设计、砌筑为双曲封形式;

②.尽量减小窑车砂封裙板之间垂直方向的缝隙(小于1cm);

③.经常补充、充实窑车前后连接凸凹槽里的密封填充料;

④.经常补充、充实砂封槽里的砂石料;

⑤.安装窑底压力平衡风机,调整控制窑车上、下压力的平衡。

3.9  提高窑体保温效果,防止窑体跑风漏气

窑体的保温效果好,不但可以节约焙烧能耗,降低燃料消耗,降低成本,同时也因耗煤减少而直接减少窑炉烟气中颗粒物的总量。窑炉的保温节能效果要达到《烧结砖瓦工厂节能设计规范》GB50528的各项要求,其中窑墙和窑顶的热阻要足够大,保证窑墙的表面温度不高于环境温度15℃,窑顶的表面温度不高于环境温度20℃。窑体各处不能有跑风漏气现象,干燥室和焙烧窑的进车端不但要有窑门,还应当为两道窑门,密封要好,防止外界空气由此进入窑内。因为这里靠近风机排气哈风,负压抽力较大。没有窑门或仅一道窑门开门的时候,外界空气被风机抽吸高速涌进,很容易把窑外的颗粒物、窑车上的颗粒物以及窑门附近其他位置的颗粒物抽吸到风机排气筒里,造成排放烟气颗粒物的增多。

3.10   采用先进、合理的工艺技术,改进不当的热工制度

3.10.1 燃料完全充分燃烧的工艺技术

燃料的燃烧过程是造成窑炉烟气颗粒物最多的原因。要想减少这个过程的固体颗粒物量,除了尽量选用高热值低挥发分的燃料和前面提到的各项措施以外,还需有效控制燃烧过程,保证燃料能够最大程度的完全燃烧。燃料的完全充分燃烧,达到减少烟气颗粒物目的同时,还可以减少有害中间产物的产生和排放,提高产品的质量,减少燃料的浪费。

燃料完全燃烧要有四个条件:

a、要有持续较高的温度。燃料只有在窑内温度升高到其燃点以上时才开始燃烧。燃料一入窑就接触窑内高温环境而立即燃烧,有利于加速燃烧反应和着火的稳定性,可减少挥发物质未燃挥发而产生的颗粒物,还可减少化学和机械不完全燃烧的损失,易于燃料的完全燃烧。使用气体燃料和液体燃料的窑炉相对容易满足这一条件,但内燃焙烧的燃料是完全做不到这点的,因为掺在坯体里的燃料随入窑坯体必须经缓慢的预热升温过程,只有在达到高温燃点温度时才能燃烧,低温挥发类物质极易在燃烧之前就挥发到烟气中了。这是内燃焙烧的一大缺点;

b、燃料和空气充分、良好混合。将燃料和空气充分与良好的混合,保证燃料和空气最大的接触,可以增加燃料反应的表面积,易实现瞬间充分燃烧,并可促使燃烧后期燃料的彻底燃尽,充分燃烧。同样的道理,使用气体燃料和液体燃料的窑炉相对容易满足这一条件,但内燃焙烧工艺也是基本实现不了的。因为内燃料是被混合固化在坯体中的,除坯体表面(包括空洞),内部的燃料是不可能和空气充分混合的。这是内燃焙烧的又一大缺点;

c、要有足够的空气。燃料中可燃成分的燃烧,需要空气中的氧分子与燃料中的可燃物全部氧化反应而成为CO2SO2H2O等气体产物。在一定高温条件下,空气充足时,就会有和燃料中可燃物相当数量的氧气参与反应,燃烧氧化反应才能彻底。在不降低燃烧温度的前提下,窑内空气量越充分,燃料的燃烧就完全彻底,速度也就越快。当然,空气量过多则会带走较多热量,降低窑温,还会造成烟气含氧量超标;

d、要有足够的燃烧时间。燃料燃烧需要一定的过程,完全燃烧干净要有一定的时间,尤其是固体燃料的燃烧是从表面开始逐渐向内部深入的,更需足够的燃烧时间,燃料的块径越大,燃尽需要的时间就越长。特别是掺在坯体中的燃料,相对燃尽的时间就更长,需要坯体在窑内焙烧段停留足够的时间,才能达到內掺可燃物的完全彻底燃尽。许多内燃砖严重黑心的原因之一,就是因为焙烧周期短,內掺燃料没有燃尽,造成燃料消耗及浪费。

按照燃料完全燃烧的四个条件,只要窑炉设计砌筑的科学先进,工艺制度操作控制的合理正确,一般技术、工艺设备和操作管理方面都可以做到。但是内燃焙烧生产只能做到后两条。

3.10.2 选用窑内低风速、大风量的工艺技术

窑炉内各部位的各种颗粒物,都是在窑内流动的气流冲刷下产生,再随流动气流携带到窑炉排气筒而排放到窑外的。窑炉内没有流动的气流,那就是无风不起浪,灰尘都杨不起来,颗粒物几乎都不会进入空气中。反之,窑炉里的气流风速越大,对各部位的冲刷力就越大,对细微的浮尘,甚至较牢固、较大的颗粒都会被吹起携带到烟气中。因此,在不影响产量和质量的前提下,尽量调整和控制窑炉内各段气流为较低的风速。对此,可以考虑选用低风速(低压)大风量的风机,适当加大风管、烟道的直径,同时采用多个哈风、多个支烟道、多个送风管(包括循环风)分散并同时运行的办法,形成窑炉内气流各段的低速运行。

如果窑炉内的气流速度较低,那气流的风压也低。一般靠近窑门进车端到预热带是负压,由高到低直到焙烧带的零压点;零压点之后是正压,由低到高,直到窑尾出车端。通过监控窑内的气流风压,适当操作控制焙烧带为微正压状态,进车端到预热带为微负压状态,也能够较好的达到减少颗粒物产生的效果。如果窑炉是全负压运行状态,靠近风机排气筒的进车端和预热带的气流负压最大,极易把窑炉内各部位的颗粒物冲刷和抽吸到排气筒里,造成颗粒物的超标。

3.10.3  改变码坯方式

科学、合理的码坯方式也是减少窑炉颗粒物的有效措施。在窑内风速降低的条件下,坯体应适当稀码;减小或去掉坯垛之间的纵向通风道;尽量减小坯垛与窑顶和窑墙的间隙,控制间隙小到4cm以下或无间隙(无间隙窑炉);窑车面上铺垫带有孔洞的支架砖等。使得坯垛内各部位坯体之间的气流增加,使坯体和气体尽量全面充分的接触,增加坯体对气流中颗粒物的截留阻挡作用,减少排出烟气中颗粒物含量,同时也能提高产品产量,改善产品质量,节约热量消耗。

4. 实现上述各项措施存在的问题

以上减少窑炉排放颗粒物的各项措施,完全可以通过对窑炉的改进、改换清洁的焙烧燃料、安装适用的工艺设备、制定科学先进的工艺制度、合理正确的操作控制以及严格认真的经营管理,都是可以做得到的,没有什么太难的技术性问题。实际存在最大的问题主要有两个,一个是企业要增加一定设备或其他方面的投资;再一个就是要增加生产成本。这两点恐怕是不可避免的。但是,如果不采取这些措施,人工干燥室及焙烧窑炉排放的烟气会因颗粒物超标而被关停,那企业就不能生存,损失会更大。如果不采取这些措施,仅仅只依靠增加除尘设备收集烟气污染颗粒物,那就需要选择高效、复杂而庞大的除尘设备,所增加的投资及运行成本也不会少,而且还难以达标。因此,企业应当根据自己的实际情况,综合多方面的条件和因素,通过认真的考虑和核算,首先尽可能在生产工艺和技术管理方面采取经济可行的、能够减少人工干燥排潮和焙烧窑炉烟气里颗粒物的若干措施,必要时再配合适用的除尘设备。最终不但实现窑炉排放烟气真正、持续不超过《砖瓦工业大气污染物排放标准》(GB29630-2013)规定的限值,而且也真正达到减少排放到大气中颗粒物总量的效果,实现积极意义上的绿色、环保、清洁生产。