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关键词: 研究性学习 钢铁企业 污染 防治措施
新课程的产生是为了更好地解决教育要面向现代化,为我国当前和今后一个时期的社会主义建设服务这一教育的基本功能问题。基于新课程的要求,高中化学新教材的特点之一是增加了研究性学习课题。研究性学习较好地体现了跨学科知识的整合性,其内容更广泛,操作更合理。研究性学习课是体现该主导思想的一种较好途径。同时我国经济、社会的发展要求教育培养学生的创新精神和实践能力。要培养学生的创造性思维能力和动手实践能力仅靠必修课和选修课是无法完成的。因此,要形成一个完全体现当前教育思想的课程体系,就离不开研究性学习这个有机组成部分。化学教师在教学过程中应该紧扣这一特色,让学生有更多机会将课堂中所学的化学知识与生活实际相结合,解决实际问题。高中化学新教材选修1的第四章为“保护生存环境”,简要介绍大气、水、的污染与防治。作为嘉峪关市的一名高中化学教师,笔者结合嘉峪关本地有大型钢铁企业,就钢铁企业对周围大气、水、土壤的污染及钢铁企业的防治措施,组织学生开展题为《钢铁工业对环境的污染及治理措施》的研究性学习活动。其活动目标为:了解钢铁企业的各类污染与治理;了解钢铁企业周边环境情况;通过对周围环境的调查与查阅有关资料,提高学生的社会实践能力和搜集处理信息的能力。
在教师的帮助下,学生分为多组进行实地调查,结合查阅图书馆和互联网上的资料了解到。
一、钢铁工业废气来源与治理
1.钢铁工业废气的来源及特点
钢铁工业废气主要来源于:①原料、燃料的运输、装卸及加工等过程中产生的大量含尘废气;②钢铁厂的各种窑炉在生产过程中将产生大量含尘及有害气体的废气;③生产工艺过程中化学反应排放的废气。如:混合料在烧结时,将产生含有粉尘、烟气、SO2和NOX的高温废气;在破碎、筛分、冷却、贮存和转运的过程中也将产生含尘废气。在高炉出铁时将产生一些有害废气,该废气主要包括粉尘、一氧化碳、二氧化硫和硫化氢等污染物;炼钢厂废气主要来源于冶炼过程,特别是在吹氧冶炼期产生大量废气。该废气中含尘浓度高,含CO等有毒气态物的浓度也很高。钢铁企业废气的排放量非常大,污染面广;冶金窑炉排放的废气温度高,钢铁冶炼过程中排放的多为氧化铁烟尘,其粒度小、吸附力强,加大废气的治理难度;在高炉出铁、出渣等及炼钢过程中的一些工序,其烟气的产生排放具有阵发性,且以无组织排放多。
2.钢铁工业废气的治理对策
钢铁工业是大气的污染大户,钢铁工业废气治理必须贯彻综合治理的原则。努力降低能耗和原料消耗,这是减少废气排放的根本途径之一;改革工艺、采用先进的工艺及设备,以减少生产工艺废气的排放;积极采用高效节能的治理方法和设备,强化废气的治理、回收;大力开展综合利用。钢铁工业生产废气具有回收价值,如温度高的废气余热回收,炼焦及炼铁、炼钢过程中产生的煤气的利用,以及含氧化铁粉尘的回收利用。如采用高烟囱排放、烟气脱硫等方法治理二氧化硫。为缩小脱硫装置的规模,可只将含SO2浓度高的烧结尾气引人脱硫装置。世界各国烧结机脱硫研究已进入实用阶段,如日本的氨硫铵法、石灰石膏法、钢渣石膏法;前苏联的是灰石膏法和循环菱镁矿法及我国的苟性苏打亚硫酸盐法等。
二、钢铁工业废水污染及治理对策
钢铁工业生产过程包括采选、烧结、炼铁、炼钢(连铸)、轧钢等工艺,每个生产过程都会产生废水。如:铁矿的矿山采选废水。选矿主要产生废水和废渣污染。由于硫、铁元素会生成硫酸盐,呈酸性废水,且多含有高浓度悬浮物、多种金属离子、选矿药剂等。选矿厂用水量很大,应提倡一水多用,提高废水处理回用率;废水中有用金属回收;减少废水排放量;炼铁厂废水。炼铁是把铁矿石、溶剂、焦炭,按一定比例填入高炉内,熔炼成生铁,同时产生炉渣和高炉煤气的生产工艺。产生的废水主要是高炉煤气洗涤水和冲渣废水;炼钢废水。炼钢废水分:设备间接冷却水,水温高,未受污染;设备和产品的直接冷却废水,含有大量氧化铁和少量油脂处理后可循环利用;炼钢废水经除去悬浮物和降温后可循环使用,多数钢铁厂已实行用水的循环使用。
三、钢铁工业废渣及回收利用
针对各废弃性质和特点,专家提出了解决污染的技术:吸收法、吸附法、冷凝法、催化转化法、燃烧法、生物净化法、膜分离法和稀释法。由此技术延伸的废气处理技术,其主要目的是除去排放废气中有毒有害物质及烟尘,使其处理后达标排放,减少大气污染,净化空气。
防治大气污染要从多方面入手,它是长期需要治理的过程。要充分考虑到地区环境特征,对有影响的因素进行全面系统分析。在此基础上制定最优化防治措施,充分发挥环境自净能力,达到控制区域大气环境质量目的。
低温等离子体-光催化系统集成废气处理技术及装备
项目简介:利用其在太阳光下分解有害气体的作用净化大气和室内空气的特性,可以应用于城市建筑玻璃,起到城市“森林”作用。利用其自洁防雾性能,可以应用于城市建筑玻璃,起到易清洗的功能;可以应用于浴室玻璃、眼镜、仪表镜头等,起到防雾功效。利用其自洁杀菌抗菌特性,可以应用于餐具等器皿上,起到杀菌作用。利用其亲水性,通过淋水形成水膜,用作建筑物上,可以起到降温作用,起到建筑节能的效果。将光催化与低温等离子体技术集成,用作室内空气净化装置,有相当大的应用空间,可广泛应用于家庭、娱乐场所、办公室、医院消毒、生产车间等不同尺度空间,也可应用于汽车、火车、飞机等交通工具内,还可与中央空调连用,应用于办公场所、住宅、工厂等建筑物内。
所处阶段:初期阶段
有害气体光催化分解的新型纳米催化剂
项目简介:该课题研究目的是寻找金属离子掺杂改性二氧化钛新方法来提高光催化剂催化活性,并进行机理探讨,为光催化在有害气体光催化处理和自洁薄膜应用提供理论依据。二氧化钛需要改性使之提高光生空穴和电子性能,同时,光生电子与空穴的电荷分离能力是影响光催化活性主要因素。基于这种思路提出了金属离子非均匀掺杂改性二氧化钛的新方法。
意义:采用金属离子非均匀掺杂改性改性二氧化钛光催化剂,其光催化活性得到了明显的提高,提出了光生载流子分离增强光催化活性的理论。高活性的光催化剂薄膜具有很好的超亲水性。非均匀掺杂这种方法和效果,在国内外均为领先水平。
烟气脱硫及硫回收系统技术开发研究
项目简介:该项目研究开发一种湿法烟气脱硫技术,可以处理含硫燃料燃烧后烟气中的酸性气体(SO_2),其原理是通过碱性脱硫剂溶液与烟气中的二氧化硫反应,达到净化烟气的目的,脱硫剂为可再生循环利用的亚硫酸钠溶液。
该工艺采用纯碱(Na_2CO_3)为初始吸收液,吸收液在吸收塔内与二氧化硫后反应生成亚硫酸钠溶液,亚硫酸钠近一步吸收二氧化硫生成亚硫酸氢钠。在吸收塔外面设有吸收剂再生装置,需再生的吸收液与一定浓度的石灰乳(Ca(OH)_2)反应产生亚硫酸钠,从而实现脱硫剂再生循环利用。工艺系统中的低温耐腐蚀换热器,可以利用脱硫前高温烟气加热脱硫后低温洁净烟气,能回收烟气余热。
所处阶段:中期阶段
意义:该烟气脱硫工艺运行过程中吸收系统不结垢,管道、设备不堵塞,脱硫效率高,液气比低,整个系统运行成本低。项目开发的烟气脱硫技术可以广泛应用于火电企业烟气脱硫,同时还可以用于工业燃煤炉窑尾气二氧化硫净化。
工业废气的生物处理方法
项目简介:生物法处理工业废气是一种经济有效方法,生物滤池和生物滴滤池是两种最常用的生物处理系统,适于处理多种挥发性有机物(VOCs)和许多工业废气中的无机蒸气物质,介绍了生物滤池和生物滴滤池处理废气系统的特点,原理和应用实例。
意义:该研究为基础理论性论文,提出了用生物处理的方法对工业废气的有效治理,有深远意义。
大型、中高压可燃气回收方法及其装置
项目简介:该项目采用一种可以向压缩腔内喷入液体进行压缩过程冷却、密封转子啮合间隙和端面间隙的湿式螺杆压缩机;采用一种迷宫密封、缓冲气密封和集装式双端面机械密封或浮环密封的组合密封组;采用一种密封失效后保证压缩介质安全性的手段;采用一种带同步齿轮的湿式螺杆压缩机,保证转子之间总保持一定的啮合间隙而不相互接触;采用特殊的轴承结构;针对不同介质的各自特点采取了不同的工艺流程;完成产品的系列化。研制的设备流量≥2400Nm3/hr,出口压力≥1~2.5MPa,无故障运行周期在8000小时左右,具有效率高,能耗低特点。
所处阶段:成熟应用阶段
化学实验室废气净化吸附板
及其制备方法
项目简介:该发明公开了一种化学实验室废气净化吸附板及其制备方法。所述的吸附板是由承载板和其上固定载有TiO#-[2]或改性TiO#-[2]光催化剂的活性炭纤维织物构成,或该吸附板是由单一活性炭纤维制成的,其上载有TiO#-[2]或改性TiO#-[2]光催化剂蜂窝板结构。所述的制备方法是将TiO#-[2]或改性TiO#-[2]光催化剂载于活性炭纤维织物中,其过程是采用锐钛矿型TiO#-[2]或改性TiO#-[2]光催化剂分散在水中,制得浆料 1,在上述浆料中再溶入水溶性粘合剂,制得浆料2。用喷枪将浆料1均匀地喷在活性炭纤维织物表面,然后接着在其表面均匀地喷上浆料2,最后将其置于鼓风干燥箱中干燥。将载有光催化剂的活性炭纤维织物固定在承载板上,制成吸附板。
该发明优点在于,净化吸附降解后不再产生二次污染,运行成本低。
所处阶段:成熟应用阶段
虹彩塑料废气治理的
调查研究
项目简介:该课题研究从该废气处理前后中污染物的浓度检测、分析入手,进而达到对处理废气达标与否进行定量分析和准确判断,同时,为目前使用ECOLO制剂这一高效、简单、实用的异味废气处理新技术在此类废气中的应用提供科学依据,若ECOLO制剂不能系统地对废气中各种污染物进行达标处理,则提出真正实现经济、高效解决有毒异味废气的典型技术,建立示范装置。
意义: 该项目为软科学,调查研究发表的论文对塑料废气的治理有着积极推动意义。
脱除废气中一氧化氮方法
项目简介:该发明采用脱氮洗涤液为亚铁螯合剂溶液,还原剂为金属铁。用亚铁螯合剂与一氧化氮发生络合反应,形成亚铁亚硝酸络合物,使废气中不溶于水的一氧化氮进入水溶液,用金属铁与亚铁亚硝酸络合物发生反应,将与螯合铁结合的一氧化氮还原为N_2,从而实现脱氮。
所处阶段:成熟应用阶段
用于汽车尾气处理复合介孔催化材料及制备方法
项目简介:该研究利用介孔材料所具有的高的比表面积和有序的孔道结构,采用合适的制备工艺,将少量的贵金属及其他活性组分均匀地分散于具有良好热稳定性的介孔氧化锆基体材料的孔道中或掺杂于其骨架结构中,可以最大限度地提高这类材料的催化活性,特别是低温活性;同时能有效减少贵金属用量,从而有望成为一种优良的可用于汽车尾气净化用的催化剂材料。
所处阶段:初期阶段
废气净化器
项目简介:该项目产品废气净化器包括壳体、进气管、水浴装置、喷淋装置、水循环过滤装置、收水装置及出气口,对废气进行水浴和水幕喷淋连续二级净化处理,增加了气液接触的面积及时间,大 大提高了气体净化的效果,而且对高温、高湿、高比阻、易燃、易爆的含尘气体具有较高的效率,去除气体中的水蒸汽及某些有毒有害的气态污染物。相比同类型的干式除尘器,除尘效率高。同时采用了循环过滤装置,澄清的水可反复利用,节约水资源。主体结构选用玻璃钢,不锈钢等防腐材料制造,耐高温、耐腐蚀。
所处阶段:成熟应用阶段
铝电解烟气净化技术优化与应用
关键词:工业;有机废气;治理;
中图分类号: U491.9+2文献标识码:A
引言
随着工业排放的废气对环境造成的影响不断加重,治理工业有机废气日益成为解决环境问题的重要环节。近几年科技的发展,科研单位对如何治理有机废气展开了日益深入的探讨,其成果被逐渐应用到实际操作中去,市场上已经有了多种能有效治理废气的设备和技术。
1 有机污染物的来源与种类
1.1 有机污染物的来源
大气中的工业有机污染物主要来源于钢铁冶炼、石油炼制、化学工业、垃圾焚烧、农药生产、有机物生产等;部分生产过程也会产生有机污染物,如机械加工中的表面处理与喷漆; 日常生活也会产生污染物,如室内装修、餐饮饭店油烟、烧烤烟等。同时,汽车、飞机等流动源也会产生有机废气。
1.2有机污染物的种类
有机污染物按照种化学种类可分为醛类( 甲醛、乙醛) 、芳香族类(苯、二甲苯、乙苯) 、酮类(丙酮) 、酚类( 苯酚、二氯酚) 、烃类(甲烷、非甲烷烃) 、卤代烃类等。按照在环境中的保留时间可以分为持久性有机物( Persistent Organic Pollutants,简称POPs) 与非持久性有机物。持久性有机物如二噁英( PCDDs) 、呋喃 (PCDBs) 、多环芳烃( PAHs) 可萃取有机溴/氯/碘 ( EOBr /Cl /I) 、多氯联苯( PCBs) 等。
2 有机污染物的危害
有机污染物的危害具有毒性、持久性、生物累积性。
2.1 毒性
有机污染物的毒性分为急性毒性与慢性毒性。废气中的有机物举具有一定程度的毒性。部分有机污染物具有高毒性。如持久性有机物中的二噁恶英类,能容忍的二噁英摄入量为每人每日每千克体重1pg,比无机物中的氰化钾类物质的毒性高出1000 倍以上。
2.2 持久性
大气中的有机污染物一般具有很长的保留时间。例如持久性有机物POPs 物质具有抗化学分解性、抗光解性和抗生物降解性。研究表明,二噁英系列物质其在气相中的可保留较长时间,半衰期为8~400 天。
2.3 生物累积性
大气中的有机污染物由于具有持久性,经动植物吸收后,会出现生物积累。例如具有亲脂性的有机物多氯联苯,在水鸟体内的浓度是其在水中浓度的50 万至100 万倍。
3 传统有机废气处理技术
一直以来,传统的废气处理方法有吸收法、吸附法、直接燃烧法、催化燃烧法、生物过滤池、生物滴滤塔、生物洗涤塔等。其中吸附法、催化燃烧法已经比较成熟,并且已经有了相应的工程技术规范。但是这些方法都存在着一定程度的不足:吸附法中不同氧化剂改性的吸附剂对有机废气的吸附量不同,而且吸附剂价格较贵;直接燃烧法和催化燃烧法投资与运行费用较高,而且不适用于较常见的低浓度高流量的有机废气的处理;吸收法难以处理化学性质稳定且难溶于水的有机废气;生物法处理有机废气只适于组成相对较简单的有机废气,对组成复杂的工业有机废气处理起来比较困难。基于传统处理方法的不足,新废气的处理技术开始引起了人们的广泛重视,成为研究的新方向。
4有机废气处理新技术
4.1低温等离子体技术
低温等离子体技术是在电场的作用下,高频放电产生瞬间高能,打开有机废气分子的化学键,使之分解为单质原子或无害分子,并且等离子体的高能电子、正负离子、激发态粒子和具有强氧化性的自由基,这些粒子可以氧化有机废气中的分子。有机废气的低温等离子体处理是一门新兴的技术。低温等离子体技术的特点是:等离子体的高能电子、正负离子、激发态粒子可以与碳氢化合物、氮氧化合物、硫化氢、硫醇等污染物反应,生成二氧化碳、水、氮气、二氧化硫等简单无机物质。典型的有机废气如:苯、甲苯、乙硫醇、二氯丙烷等采用电晕放电形式的低温等离子体处理恶臭废气是可行的,停留时间越长、电压越高,脱除效果越好。
4.2变压吸附技术
变压吸附的基本原理是利用气体组分在不同吸附剂上吸附特性的差异,以及吸附量随压力不同而变化的特性,通过压力变换实现气体的分离或提纯。变压吸附由于采用了压力涨落的循环操作,强吸附组分在低分压下脱附,吸附剂得以再生。在加压下进行吸附,减压下进行解吸。由于循环周期短,吸附热来不及散失,可供解吸之用,所以吸附热和解吸热引起的吸附床温度变化一般不大,波动范围仅在几度,可近似看作等温过程。变压吸附常用的吸附剂有硅胶、活性氧化铝、活性炭、分子筛等,另外还有针对某种组分选择性吸附而研制的吸附材料。气体吸附分离成功与否,很大程度上依赖于吸附剂的性能。
CHIHARA等应用两塔工艺的变压吸附技术,吸附剂为高硅沸石,吸附压力为0.2MPa、脱附压力为0.04 MPa,处理二氯甲烷气体。GILLILAND等采用四塔工艺的变压吸附技术,吸附压力为0.195 MPa,脱附压力为常压,从空调的通风气流中回收全氟烷烃等,处理效率大于99%。
变压吸附技术的优点是一次性投资低、能耗小、自动化程度高和可靠性强等优点,可以获得纯度比较高的副产品,实现废气资源化,产生较好的经济效益。
4.3纳米TiO2光催化技术
随着纳米技术的发展,纳米技术也应用到有机废气的处理中。纳米TiO2光催化能有效地将有机废气转化为二氧化碳、水等无机小分子物质,还可以去除氯仿、多氯联苯、有机磷化合物、多环芳烃等难降解或用其他方法难以去除的有机废气。在一定的条件下,纳米TiO2能将用化学法氧化难以分解的“三致”有机物彻底分解为二氧化碳、水和简单的无机酸,且无二次污染。
TiO2光催化技术不仅以其化学活性高、安全无毒、价格低廉、操作简便、以及条件温和无二次污染的突出优点,在废气处理中受到普遍重视。
4.4膜生物反应器
随着新材料的研制开发以及膜生物技术在废水处理中的成功应用,人们开始关注膜技术在有机废气处理中的应用。
膜生物反应器是将传统的微生物废气处理技术与膜技术相结合,不仅具有生物方法环保的优点,而且膜材料作为生物降解的传质界面,可以提供比较大的比表面积,增强降解效果,提高去除效率。
膜生物反应器目前还处于实验室小型研究阶段,而且这种方法的构建和运行成本比较高,因此从实验到运行还需要更多的研究和实践。同时膜生物反应器具有流量低、阻力大、对水溶性差的污染物去除效率低等缺点,在一定程度上限制了膜生物技术在废气处理中的应用。
4.5微波催化氧化技术
有机废气的微波催化氧化技术是由填料吸附/微波解吸技术发展而来,并将一般的热解吸方式转变为微波解吸,降低了能耗、缩短了解吸所需的时间,而且吸附剂反复使用20次,还可以保持原有吸附能力。国外已经有微波催化氧化技术在有机废气处理中的小规模应用,在中国尚处于研究阶段。
与常规加热催化热解技术相比,微波催化氧化技术的优点是催化热解效率高、能耗比较低、吸附剂的损耗小、启动迅速、解吸时间比较短、对环境温度影响小;缺点是对不同的有机废气需要选择不同的吸附剂,而且微波功率、加热时间、载气流量等对微波催化氧化效率都有一定的影响。
4.6膜分离法
膜分离法处理有机废气的原理是在压力驱动下,利用有机废气组分分子大小的不同,在膜结构内的扩散能力、渗透速率的不同来实现有机废气与空气的分离。
采用膜分离技术处理油气,具有流程简单、运行费用低;设备占地面积小、质量轻、便于安装;易放大、和其他技术兼容性好;回收率高、能耗低、无二次污染等优点。近年来,随着膜材料和膜技术的进一步发展,国内外已有许多成功应用的范例。
5 结语
有机废气的处理一直以来都是影响大气环境的关键因素,工业高速发展以来,人们排放到大气中的有机气体不论是量还是类,都发生了质的变化,环境治理刻不容缓。减少环境污染最有效的途径就是从源头入手,降低有机气体的排放,这就需要高效、节能、经济的有机废气处理手段,因此在传统的处理技术上,研发新的处理技术就显得格外重要了。相信随着科学技术的不断发展,创新性的有机废气处理技术也会被应用到工业生产中去,降低甚至消除大气中有机气体的排放指日可待。
参考文献
[1]易灵.有机废气治理技术的研究进展[J].四川环境,2011,30(5).
关键词:水泥;废气;废水;废料;治理
中图分类号:F01
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2009)13-0276-01
1 引言
水泥(英文:cement)是指粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体,能在空气中硬化或者在水中更好的硬化,并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。水泥是重要的建筑材料,用水泥制成的砂浆或混凝土,坚固耐久,广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。
2 水泥的生产工艺
水泥的生产工艺,以石灰石和粘土为主要原料,经破碎、配料、磨细制成生料。喂入水泥窑中煅烧成熟料,加入适量石膏(有时还掺加混合材料或外加剂)磨细而成。
水泥生产随生料制备方法不同,可分为干法(包括半干法)与湿法(包括半湿法)两种。
3 水泥工业三废及处理
所谓“三废”,就是“生产过程中,产生的废料(废煤碴、废石碱、废煤灰等)、废气(排放、残余等气源再利用)、废水(自然排泄工业废水等)”的概称。
水泥生产过程产生的废气污染物主要是粉尘,其次是SO2、NOx等。水泥生产的废水中,有机物含量低,主要含粒径不同的颗粒物,主要污染物为SO2。水泥生产的废料有离心成型后的废浆、搅拌成型和浇灌的撒落料及拌制混凝土的剩余混合料、冲洗搅拌机的水浆、蒸汽锅炉废渣、粗细集料(砂、石)筛(洗)余物、废品及其他边料。下面分别介绍水泥生产中三废处理技术的应用。
3.1 废气
水泥生产的特点为物料处理量大,粉状物料或成品输送环节多。在物料破碎、输送、粉磨、煅烧、包装、储存等环节中,几乎每道工序都伴随着粉尘的产生和排放。产生的粉尘类型主要有:(1)原料粉尘;(2)煤粉尘;(3)水泥窑粉尘;(4)熟料粉尘;(5)水泥粉尘。粉尘的排放方式分为有组织排放和无组织排放两大类。有组织排放包括从热力设备烟囱和各种通风设备排气筒排放的粉尘。无组织排放包括各种物料在装卸、运输、堆存过程中自由散发出来的粉尘。粉尘最大的排放源为窑尾废气,其次是窑头废气。SO2、NOx等产生于熟料煅烧过程,由窑尾烟囱排入大气。
治理措施:为了有效地控制废气的产生和排放,工程采取了以下综合措施:(1)从工艺流程设计、布置上尽量减少扬尘环节;(2)选用扬尘少的先进设备;(3)粉状物料采用空气输送、链式输送机等密闭式输送设备;(4)带式输送机布置尽量降低物料落差并加强密闭;(5)配备洒水车,设置洒水管道,对石膏、原煤、矿渣等物料露天堆场和物料运输道路洒水降尘;(6)加强绿化,厂区内的绿化面积占可绿化面积的81.4%;(7)对有组织排放点设置相应废气处理装置。
结论:(1)在采取综合治理措施后,各废气排放点废气各项排放指标均符合《水泥厂大气污染物排放标准》(GB4915―1996)中二级标准;该厂粉尘无组织排放符合《水泥厂大气污染物排放标准》(GB 4915―1996)二级标准。治理设施运行稳定、综合治理效果良好。(2)水泥厂的废气排放,特别是粉尘无组织排放情况,同企业的内部管理情况直接相关。强化企业内部管理是水泥厂废气长期、稳定地实现达标排放的关键和有效保证。
3.2 废水
水泥工业生产用水量大而对水质要求不高,主要用于旋转窑冷却、地面冲洗、冲洗磨机等,其生产废水一般未经处理直接排入地面水体,严重时造成河道淤塞,影响了人们正常的生活生产用水。水泥工业生产废水主要含不同粒径的细小颗粒,而水泥生产对用水水质要求不高,因此,对水泥生产废水进行处理并回用,不但具有环境社会效益,而且经济效益也十分显著。
水泥生产废水主要污染物为SS,废水中SS主要以粗分散系和胶体分散系两种形态存在。其中粗分散体系占总悬浮物的80%-90%,在自然沉淀状态下就能较容易去除。处理的关键在以胶体状分散体系存在的SS。
治理措施:通常对于以胶体状存在的sS,主要靠投加混凝剂,通过混凝剂水解产物压缩胶体的扩散层,达到胶体脱稳而相互聚结;或者通过混凝剂的水解和缩聚反应而形成的高聚物的强烈吸附架桥作用,使胶粒被吸附粘结。针对水泥生产废水的特性,经过充分的试验论证,采用聚合氧化铝为絮凝剂,压缩双电层,降低电位,然后投加少量PAM作助凝剂,靠其大分子的吸附架桥功能,将脱稳的细小颗粒凝聚成较大的颗粒,提高沉降速度,从而达到泥水分离的目标,SS处理效果显著。根据试验结果,废水中CODcr和SS具有线性关系,CODcr随SS的变化而变化。因此,水泥废水的治理主要以去除SS为目标,只要SS降低了,CODcr就随之降低。具体流程如图1示:
3.3 废料
水泥制品企业往往忽视企业本身废渣废料的综合利用,以致侵占农田、堵塞河道、污染环境。经济合理地处理这些废渣废料,特别是用于农房墙体生产,既可解决农房墙体材料急需的大量原材料,又可增加企业的经济效益,具有一定的现实意义。
离心成型后的废浆这种废浆含有5%-8%的水泥,可作墙体材料的胶绪材使用;搅拌、成型和浇灌的撒落料及拌制混凝土的剩余混合料,后者性能较好,可作为农房墙体材料的基本混合料,前者可作混合料;冲洗搅拌机的水浆其性能与离心成型的废浆大致相同,可作胶结材或混合料使用;蒸汽锅炉废渣这种废渣经破碎筛分可分别替代粗细集料,不过用作粗巢料时,要防止混凝土成型时出现分层现象I粗细集料砂、石筛洗余物;废品及其他废地坪、废砖瓦及混凝土边料这些材料经破碎筛分后,可替代粗细集料。
治理措施:(1)废渣砖:利用离心成型的废浆作胶结材,加入适量的炉渣人工或机械破碎作集料,再加混凝土撒落料,人工拌和均匀后放人钢模内夯实成型,经自然养护即为废渣砖尺寸与普通粘土砖相同,主要用于围墙砌筑;(2)废料实心砌块:利用撒落料和剩余混合料,掺加一些砂、石筛余物和炉渣作集料,经人工拌和均匀,在钢模中振动密实成型,白然养护后即为废料实心砌块毫米,可用作单层房屋的墙体材料;(3)房屋基础用的水泥条石利用撒落料和剩余混合料,掺加冲洗搅拌机的水浆和部分砂、石筛余物,经人工拌和后,在钥模中夯实成型,自然养护后即得水泥条石;(5)室内外地坪方砖:利用离心成型后的废浆、撒落料和砂、石筛余物或混凝土制品的边料,经人工拌和后,在模子中夯实成型,即为地坪方砖厘米,此砖生产在各厂较为普遍;(6)其他:如花墙、花格栏杆和水泥墩子船台上使用等。
与经济发展相对应的是环境污染的加剧,尤其废气排放方面,使得我国的空气质量大大降低,导致我国一些重工业城市出现雾霾的情况。目前,工业锅炉依旧占据我国市场,对工业锅炉进行合理设计使其符合节能减排、环保、安全三方面要求,是新形势下的必然选择。本文在工业锅炉的设计规范、要求和具体环保措施方面进行了研究,对于工业的发展具有一定的意义。
关键词:工业锅炉;设计;环保问题
所谓工业锅炉,就是一种加热装置,主要是应用于工业原料的冶炼、加工和成品制造。工业锅炉在我国已经有很长的应用历史,对我国乃至世界的发展做出了巨大贡献,尤其是在我国这种发展中国家,工业锅炉是主要的热力设备。
但是,我国在技术方面与发达国家相比还是有落后的,尤其是在环保方面和煤炭利用率上。在我国这样的人口大国,高排放量的污染物和废气的排放对于公民的人生安全造成了严重的威胁。与能源利用率低相对应的是资源的短缺,在这两种形式冲突之下,对工业锅炉的改进设计也成了当务之急。
1 工业锅炉的设计规范和设计要求
在工业锅炉的设计中,首先要以国家规定的相关标准为主来进行技术上的整改,以改善劳动条件为目的,以保障安全为前提,以利用资源和爱护环境为改进方向,使最终的锅炉达到生产安全、技术先进、经济合理的要求。在进行锅炉的设计时,在满足近期工作为前提下,还要将眼光放长远以满足未来的发展需求,合理利用资源为目的。
锅炉房的安全问题也是一直被人们忽略的问题,尤其是在一些中小型企业,设计锅炉房时不规范,在建成后也没有遵守相关的制度,管理没有章法。在锅炉房的设备中,有三件设备是必须要重视的,即压力表、水位计、安全阀。
压力表对于保证锅炉房的安全是一定有必要的,工作人员通过观察压力表来确定炉内的压力值。在压力表的安装位置上一定要远离高温区域并且随时能够被工作人员查看,压力表本身也要有一定的精准性,在购买时一定要注意是否按照国家锅炉的监察章程制造的,这是对于生命负责的一种行为。
水位表的功能与压力表大同小异,它分为玻璃管式和平板式,虽然前者结构简单一点,但是在显水位的精度上远远不如后者,所以为了安全着想,虽然安装较为麻烦,但在锅炉内还是要选择平板式的水位计。安全阀是在保障安全方面最重要的一个部件,在锅炉的设计中,要根据蒸汽的蒸发量和蒸汽的进出口来设置安全阀,并且在安装位置上要位于锅炉的最高点,垂直安置。
2 工业锅炉中的环保问题
2.1 高热量污染
目前我国的火力发电是主要的发电方式之一,但是由于煤炭和锅炉方面的原因,使得在锅炉内燃烧不完全,排烟温度升高,热资源浪费较多。在工业方面的用煤量一直是一个大数目,那么在供应数量上没有问题,煤的质量就得不到保证,在颗粒度、热值、灰分方面都不如优质燃煤,造成燃烧不充分。在锅炉方面,虽然我国的经济已经发展的很快,但是大部分还是以小型锅炉为主,而且是以层燃锅炉为主,这种锅炉优势在于安装方便,结构简单,但是对于煤种的变化却不能很好的适应,而在实际的煤炭供应商往往不是一个煤种,导致燃烧效率降低。层燃锅炉的排放问题也较为严重,二氧化硫、一氧化氮等有毒气体大量排放,并且锅炉的温度也长期居高不下,导致热量大量流失。
2.2 控制装备水平低
在锅炉的实际运行中需要通过各种监控和控制装备来对锅炉内部的燃烧情况和负载情况做出判断,进而对燃烧做出调整。但是目前的锅炉控制装备的技术水平过低,有些小型企业根本就没有安装监测仪表等装备,工作人员无法掌握锅炉内的具体情况,那么就无法调整,浪费了资源。
2.3 能源的浪费
在我国还是燃烧锅炉主导者工业的进程。在我国现有的工业锅炉中,燃烧锅炉占据了百分之八十五以上,主要分布在各大型重工业城市。这些工业锅炉每年对于煤的消耗是一个天文数字,而且因为燃烧效率上不去,这个数字始终降不下来。对于现在的能源来说,已经明显出现了短缺现象。所以在寻找新能源的同时,重新设计工业锅炉,提高燃烧效率,降低使用原料用量是我国现在工业的主要出路。
3 我国的能源现状和工业环保要求
能源是一个国家发展的动力,能源对于国民经济的发展起着至关重要的作用。我国的能源储量在世界上都算是比较丰富的,但是因为我国的人口基数过大,使得人均拥有的资源远不如世界平均水平。而尽管能源储量丰富,但是开采率和利用率低是不可否认的事实。
由于开采技术与发达国家相差甚远,而且在开采保护上的意识也不高,使得能源在开采阶段就有很大程度地浪费。煤炭又在我国的能源中占据着主要地位,目前我国工业的绝大多数能源都是由煤炭提供的。将能源专于一种是不好的也是不科学的,因为煤炭本身的出产量而严重制约了我国工业的发展,良好的能源结构应该是将能源需求均匀地分配到各种能源上的,过度依赖煤炭的使用,使得我国的工业发展趋向于畸形。
而利用煤炭中导致的环境污染问题也是一个不能回避的事实,因为追求经济效益而缺少废气废渣处理装置,严重影响了我国的空气质量和环境。煤炭乃至能源的利用率低也是一个不争的事实,由于锅炉种类、煤炭种类、人工操作失误等原因使煤炭的燃烧效率不充分,使热量流失掉。
在现在我国工业用煤逐年增长,产煤量却有下降趋势,反而在排放有害气体方面却有所增长,尤其是二氧化硫气体,是造成酸雨的元凶,我国要对工业方面进行整顿,首要就是对工业锅炉方面进行整顿,将能源利用效率提上去而将排放量降下来。在锅炉中增添节省燃油的设备是可行的,作为锅炉的主要燃料,燃油的燃烧效率是一定要保证的,节省燃油的设备在一定程度上能够经过化学变化将燃油中的碳氢化合物去除,再将燃油分子细化,使燃油的燃烧更加充分。
而除此之外,在锅炉的尾部安装余热回收装置也是可行的,在锅炉排放出来的烟气中蕴含着大量的热量,这些热量完全是可以再被利用的。安装余热回收装置可以对这些能量进行回收并循环使用,与此同时它还有净化尾气的作用,将排放出来的废气中的二氧化硫等有害气体分解,达到环保的功效。4 针对工业锅炉的一些环保措施
4.1 降低锅炉使用消耗,提高能源使用效率
首先,进行工业锅炉的炉膛的设计,其中最主要的是对于炉膛容积的设计,其大小要符合燃料的燃烧标准,即既要保证燃料的充分燃烧,又要让炉膛刚好被产生的气体所充满,而且要设计的有较好的热传递效果,能够向料坯有效传热。在炉膛的设计中要考虑到燃料种类、燃烧的方式、燃烧器的布置和热负载几个因素,对于燃料来说,不同的燃料单位重量内燃烧产生的气体体积是不一样的,其随着燃烧所释放的热量而定,热量越高,那么产生的气体体积就越小,这是因为燃烧充分的缘故。但是如果不同的燃料燃烧所产生的热量相同的话,那么废气的体积肯定是不一样的。
所以在充分燃烧这方面就可以设计出炉膛的高度,依据这个数值再根据其他特点再进行计算最终得出炉膛的高度。但在最后进行炉膛高度的确定时,除了充分燃烧这个特点外,必须要考虑炉膛本身能否容得下燃烧装置,而且要在容得下的基础上保证炉内的气体流动正常、传热正常,在满足上述这些条件下,尽量不要使炉膛过高。
在对工业锅炉的炉底进行设计时,要充分考虑到抗高温、耐温度急变、耐磨、不起氧化反应等特质,因为炉底的上层是与燃烧接触的,所以必须要耐得住高温,在对于炉底下层,需要承受整个锅炉的重量,还要有摩擦、碰撞、氧化、旋转等过程,会有温度上的变化,所以对于炉底的耐温度变化性的要求也较高。此外,在炉内的冷却水管的滑道会对物料的下表面造成痕迹,在设计中应尽量避免这种情况。当然,最基本的如重量、推钢机的推程、步距、上下行程等为炉底设计的原始数据。
4.2 高烟囱排放废气
在工业锅炉的排烟设计中,主要对于烟囱和烟道两方面的设计,在炉内燃料燃烧完毕后,所产生的废气进入烟道,再通过烟囱排入大气,烟道和烟囱完全是两个概念,两者的基础就不一样,需要分别独立设计,这样在发生事故,比如烟囱断裂下沉,就不会损害到烟道的基础,仅需要完成对烟囱的修缮就可以了。在烟囱的设计中,高度是一项重要问题,需要根据国家规定的排放标准与烟囱实际高度下的排放标准做比较进行确定,随后再确定烟囱的直径。
其实提高烟囱的高度对于废气本身的数量来说是没有影响的,它仅是将废气排向更高的天空,减少废气的着地浓度而已。废气中的各种成分在排上大气后被稀释,最后落到地上的已经很少了,这是一种指标不治本的方法,仅是将废气不排到地面上而已,我们需要是减少废气的排放并且对废气进行净化等。
4.3 燃料的选用和改质
燃料的种类不同,单位重量产生的热量和废气情况也不甚相同,对于氢燃料来说,其燃烧火焰几乎透明且不产生碳黑色,甲醇燃烧也没有碳黑色。这些都是碳氢化合物,对于这种物质来说,碳氢比重越高,即碳原子越多,那么产生的炭黑就越严重,烟尘越大。而于固体、液体燃料来说,碳的比重越多,产生的炭黑和烟尘就越多。
在进行燃料的选取上,对硫的含量检测是必要的,尽量选择不含硫或者含硫量低的燃料,因为硫在废气中一般是以二氧化硫的形式出现,对人体造成危害的同时还会形成酸雨,在特定情况下还会形成腐蚀性较强的硫酸,危害极大。要是所选燃料中含有硫,比如说煤,那么可以通过洗煤的方式将里面的硫成分洗去,或者是在烟道中就对二氧化硫进行处理,将其转变为固态硫或其他形式从而减少向大气的排放。而二氧化氮的危害同样不容小觑,著名的伦敦烟雾事件就是因为二氧化氮在空气中与光合其他物质发生化学反应生成的光化学烟雾致使多人死亡的。近些年来为了防氮,对燃烧技术有了显著的改进,而且同样可以用在烟道脱氮的方式出去二氧化氮。上述提到的高烟囱方法对于减少这两种有害气体落到地面也有着一定作用。
4.4 燃烧治理
在工业锅炉的燃烧过程中,将空气和燃料的比重增加,即鼓入更多的空气,可以使燃烧进行的更加充分,这会使排出的烟尘的浓度大为降低。此外,若是将燃料在锅炉中高温的时间延长,那么除了可以增加燃烧速率,在燃烧所产生的炭黑、油灰、飞灰也可以加快反应速率,这样在排出的气体中有害气体的浓度将大为下降。
5 结语
在我们的技术和经济飞快发展的同时,我们居住的环境却因为我们的疏忽而面目全非,这完全是以环境为代价来换取发展。欧美国家的先例摆在眼前,而现在他们已经意识到了环境对于人类的重要性,他们在建设环保型的工业方面已经领先我们几十年了,我们从现在开始要转变观念,加强环保意识,采取环保型的工业建设措施,为建设一个环境友好型的社会努力。对于目前是我国工业重点的工业锅炉,要提高其燃烧效率同时做好污染的治理,在保证发展的同时减少对环境的伤害,将我国建设成为环境友好型、资源节约型、可持续发展的国家。