沥青烟气危害（精选7篇）
沥青烟气危害 篇1
1 沥青烟气危害的研究
沥青烟气对皮肤的伤害可分为三类:烟气中的有毒化学成分会刺激接触皮肤, 引起不适;烟气中的致癌物质有导致皮肤癌的风险:除对肺部和皮肤造成伤害外, 沥青烟气还会引起一系列不适, 如畏光、异物感、鼻咽部灼热干燥、皮肤和眼鼻喉的刺激等, 并出现流泪、食欲下降、咽炎、呕吐、胃痛、头疼、疲劳等全身症状。沥青烟中苯并芘 (Ba P) 类和蒽类物质, 具有不同程度的致癌作用。Ba P的神经毒性目前已有零星的研究报道, 最近国外有报道Ba P在一定条件下具有体外神经毒性。David等提到Ba P及其代谢物可透过血脑屏障进入大鼠脑组织, Tang等最近报道, Ba P在一定条件下具有体外神经毒性, 徐白杰等用小鼠所做的亚慢性染毒实验初步证实了Ba P对小鼠中枢神经和外周神经具有一定的损伤作用。
另外, 存在于大气中被玷污了的飘尘从大气降落至地面的沥青烟也可能污染水体、土壤和各种生物, 因此, 沥青烟气对于施工人员的健康及周围环境均有较大隐患, 但由于沥青路面具有承载强度大、弹塑性好、噪音低、维护简单、通车舒适等优点, 所以沥青被大量应用于公路的铺筑中, 特别是高速公路的修筑。随着公路建设的加速发展, 沥青烟气对人体健康和环境的危害问题将日益突出。
2 沥青化学成分分析
研究表明, 石油沥青烟气有以下特点:
(1) 为非极性高分子环碳烃类油质有机物。
(2) 亲和油类和有机物, 强烈憎斥水灯强极性物质。
(3) 软化点60~100℃、抑烟温度≧110℃、溶化温度为110~180℃、闪点≧230℃ (沥青改性后各相关温度可提高10~20℃) 。
(4) 粒径0.1~1μm, 在高温系统中呈烟滴悬浮状态, 在常温开放空间呈固体颗粒状 (极细粉尘) , 漂浮于空气中。
(5) 高温下易被石油焦炭粉颗粒内部吸收和表面粘附。其温度敏感性低于煤沥青烟气。沥青与温度之关系为:温度升高、稠度降低、内部吸收性增强、表面粘附性降低;温度下降, 稠度增加、内部吸收性下降、表面粘附性增大。
(6) 强粘性。温度≦110℃时呈强塑性无定形固态, 遇低温物即粘附其上, 呈无定形固态很难脱落。
(7) 易燃易爆性。爆炸浓度下限≧15g/m3。
(8) 有机易溶性。易溶于苯、三氯甲烷、四氯化碳等有机溶液, 溶解度98%~99%。
(9) 危害性。因其极细微粒 (0.1~1μm) , 易进入呼吸系统和血液循环系统。其成分复杂, 以环碳烃及其衍生物为主、含S、P、N等元素的环碳烃类化合物及灰分, 尤其是含有3~4苯并芘等多种致癌物质。
关于沥青烟气产生机理, 利用热重分析系统对沥青燃料的热解特性进行了详细的研究, 发现沥青的热解过程可以分为三个阶段。从室温到250℃为第一阶段, 在这个阶段, 其质量基本上没变化, 从250~425℃为第二阶段, 即挥发分析出的第一阶段, 从425~530℃是挥发分析出的第二阶段。对沥青分析热解的两个阶段可以看出, 沥青作为一种复杂的大分子物系, 其中包含各种烃类及非烃类化合物。其研究是从热解的角度, 分析了从室温到530℃这个温度段内沥青产生烟气 (即挥发份) 的情况, 注重从整体上分析。而由于在整个施工过程中沥青加热温度不超过195℃, 因此我们所需研究的是在195℃以下的产烟规律, 对此国内外的相关报道甚少。目前国内, 对减少沥青挥发烟 (气) 的技术在国内有一定的研究, 但主要集中在石油生产沥青的生产工艺过程中的沥青烟 (气) 处治研究方面。
3 沥青烟气处治方法的研究
沥青烟气的主要成分是粒径在0.1~1.0Ixm的焦油细雾粒, 沥青烟气处理的主要任务就是对这些焦油细雾粒进行处理, 使得其不被排放到空气中, 尽可能减少对环境的影响。沥青烟气的治理方法有多种, 常用的方法有吸收净化法、燃烧法、电铺法、过滤法、冷凝法等。
(1) 吸收净化法即洗涤法, 是一种简单实用的烟气处理方式。其原理就是让沥青烟气中的各成分被吸收剂吸收或与其反应, 以达到净化烟气的目的。防水材料生产过程中产生的烟气也可以通过这种方法加以处理。
(2) 燃烧法:沥青烟中含有大量可燃物质。因为沥青烟的基本成分为碳氧化合物, 其中又含有油粒及其他可燃性物质。当温度控制在800℃-1000℃之间, 供氧充足, 燃烧时间在0.5s左右, 烃类物质就可以燃烧的很完全其他杂质也能彻底燃烧。如温度过高, 部分沥青烟容易形成颗粒, 以粉尘形式随烟气排出, 形成二次污染。
(3) 电捕法:这种方法是基于静电场的物理性质而进行的。沥青烟中的颗粒及大分子进入电场后, 在静电场的作用下, 它们可以载上不同电荷, 并驱向极板, 在被捕集后聚集成液体状靠自身重力作用顺板流下, 从静电捕集器底部定期排出, 从而达到净化沥青烟的目的。该方法的缺点是:一次性投资大, 对烟的温度要求较高, 一般控制在70℃-80℃, 因其不能用于碳粉尘的捕集, 而必须采用湿式静电捕集器, 也就增加了污水处理设备。
(4) 过滤法:这种方法主要是将沥青烟气中焦油细雾粒吸附, 以实现净化烟气的一种方法。这种烟气净化方法在我国防水行业已有10多年的应用, 也是目前应用最广泛的沥青烟气处理方法之一。该方法的核心过滤装置一般为不锈钢金属丝网, 该金属丝网的孔径可按过滤要求设计。使用时, 用丝网叠成的条形或盘形网块, 制成设计要求的形状放置于相应的烟气设备中。
(4) 冷凝、旋风分离法:根据中温沥青在高温下大量挥发和沥青烟雾在低温 (<70℃) 下冷凝的特点, 还有用间接冷凝降温的办法来达到消除烟雾的目的, 其效果也比较好。如果沥青烟含有相当数量的粉尘颗粒, 那么用机械除尘或织物过滤的办法, 也能够把沥青烟雾和粉尘同时除掉。
由上可知, 目前对于施工过程中产生的沥青烟气还有行之有效的方法, 鉴于目前沥青作为沥青路面粘结剂而大量使用, 沥青烟 (气) 中挥发成分对接触人员产生不舒适感影响及对环境的污染, 研究如何降低沥青筑路过程中沥青烟 (气) 对施工人员和环境的影响, 对于城市道路、山区公路长路堑地段和隧道地段的施工有重要意义。
4 结束语
(1) 沥青的烟气成分很复杂且差异性很大, 一般沥青中含有2.61%~40.7%的游离碳, 其余为烃类及其烃类衍生物等, 主要有多环芳烃 (PAH) 及少量的氧、氮、硫的杂环化合物。
(2) 沥青烟气产生机理, 利用热重分析系统对沥青燃料的热解特性进行了详细的研究, 发现沥青的热解过程可以分为三个阶段。从室温到250℃为第一阶段, 在这个阶段, 其质量基本上没变化, 从250~425℃为第二阶段, 即挥发分析出的第一阶段, 从425~530℃是挥发分析出的第二阶段。
(3) 沥青烟气处理的主要任务就是对这些焦油细雾粒进行处理, 使得其不被排放到空气中, 尽可能减少对环境的影响。常用的方法有吸收净化法、燃烧法、电铺法、过滤法、冷凝法等。
石煤烟气对水稻的危害探讨 篇2
1 石煤烟气危害水稻的症状类型
1.1 焦枯型
烟气及灰尘灼伤形成叶片枯黄卷筒，露后不舒展，2～3d内焦枯死亡。1978～1983年60m烟囱时常见，现在120m烟囱，距烟囱400m内产生。
1.2 酸洗漂白型
由于烟气里的CO2、CO、H2S、SO2、S2O3等有害气体遇水形成酸，淋溶到水稻叶片上，渗入叶内，形成酸液漂洗作用，破坏叶绿体，使叶绿素失绿死亡，叶片中部或全叶褪色为白纸状，1～2d内，叶片失水，变成灰白色枯叶。在暴雨或大雨、露重、阴雨雾重加阵风情况下，距烟囱800m内产生。
1.3 中毒型
由于CO2、CO、H2S、SO2、S2O3等有害气体直接进入叶片气孔内，使叶片细胞中毒。先在叶片中脉出现暗褐色斑点，然后斑点渐变为条状斑块，向中脉两边扩展，变成深黑褐斑点或斑块。距烟囱较远或无雨、无露、气压高的情况下，在阵风作用烟气向地面压迫下产生。
2 分布规律
2.1 大区域分布规律
60m烟囱危害半径约300m, 120m烟囱危害半径1 500～2 000m，危害程度后者比前者轻。益阳地区石煤烟会对水稻危害，主要发生在烟囱的西北面和南面，这主要是由于当地主要风向及地貌的原因而形成。具体与当地常年风向及地貌密切相关，形成5条烟气危害走向：第1条是北微偏西线;第2条是西偏北线;第3条是正西北线;第4条是西南线;第5条是东南线。大部分年份5条走向都存在，小部分年份只有1～3条走向存在。
2.2 田间分布趋势
由于烟气受气流、风向、风力影响，多为球状跳跃前进，所以在田间一般形成不规则块状核心型分布或嵌纹型分布。田垄边，特别是高坑下禾苗比田中央易受害。
3 发生规律
3.1 不同品种类型危害不同
杂交稻比常规稻敏感，优质稻比普通稻敏感，再生稻比杂交稻更敏感，宽叶比窄叶敏感，无毛叶比有毛叶敏感。
3.2 不同叶位危害不同
功能叶比营养叶敏感，剑叶比其他功能叶敏感，新长出的叶比老叶敏感。
3.3 不同生育期危害不同
生殖生长期比营养生长期敏感，特别是剑叶展开后，剑叶极易出现症状;花器比谷粒敏感。
3.4 火南风是促进石煤烟气危害水稻的主导因素
高温火南风易造成烟气危害。如1985年5月8日至6月2日，为迎接朝鲜友好访问代表团，开机发电，遇上5月9～12日火南风，当时气温分别为25.7℃、28.7℃、29.5℃、31.1℃，烟囱西北一线400m处早稻明显出现中毒型烟害;又如1987年9月19～22日3～4级南风，虽日平均气温在23.4～24.8℃，烟害本来在9月4日基本停息，但烟囱北面600m处出现烟害。1987年以后这些年也是如此。因此，火南风是促进石煤烟气危害水稻的主导因素。
此外，大露、大雾、大雨或暴雨能吸收溶解烟气中的CO2、CO、H2S、SO2、S2O3等形成酸雨酸液，使局部禾苗受到淋溶漂洗，形成酸洗漂白型叶片;禾苗氮素越多越嫩绿越易受害。增施氮肥加重危害，增施磷钾减轻危害。
4 危害程度与产量损失的关系
4.1 秧田期
晚稻秧苗重于早稻秧苗。早稻秧苗一般不呈现。严重时60%以上秧苗叶尖3～7cm处产生中毒斑块或卷筒枯黄。秧苗期危害对产量影响不大，适当追肥即可恢复补偿。
4.2 大田苗期（营养生长期）
影响分蘖及苗架，即影响产量的基础、有效穗及每穗总粒数。全田80%以上叶片受害，且受害叶斑块面达2/3以上，产量损失一般达20%以上，这类危害程度定为一类。全田50%以上叶片受害，斑块面达2/3以上，产量损失一般达15%以上，这类定为二类。三类为全田40%以上叶片受害，斑块面1/3～2/3，产量损失一般达10%以上。四类为全田20%以上叶片受害，斑块面1/3以上，产量损失一般5%以上。
4.3 生殖生长期
危害水稻后期3片功能叶及扬花结实。影响结实率和千粒重，对产量损失较大。特类为全田95%的剑叶受害枯死，且45%以上倒2、倒3叶叶片枯死，产量损失一般达35%～45%。一类为全田60%以上剑叶受害，且斑块达叶面2/3以上，30%以上倒2、倒3叶受害，产量损失一般为20%～30%。二类为全田有25%～60%的剑叶受害，斑块面1/3～2/3, 20%以上倒2、3叶受害，产量损失一般为10%～20%。三类为全田可见小团块剑叶或10%～25%的剑叶受害，可见倒2、3叶有危害，产量损失一般为7%～10%。四类为田间有零星小块剑叶受害，受害剑叶5%左右，倒2、倒3叶危害不明显，产量损失约为5%。
摘要：通过对石煤烟气危害水稻31年的观察和研究, 探讨了石煤烟气对水稻危害的症状、分布和发生规律以及危害程度与产量损失的关系。
关键词：石煤烟气,水稻,危害,类型,分布规律,发生规律
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沥青烟气危害 篇3
随着经济与社会的发展,隧道已成为交通运输网络中一个重要组成部分。截至2006年,我国公路隧道总数已达3788座,总长已超过184.18万m,3000m以上的特长公路隧道已超过49座。由于公路隧道结构特殊和设施复杂,一旦发生火灾,将严重威胁人们的生命和财产安全。
1 FDS数值模拟模型
本文取武汉长江过江隧道的一部分30米作为研究对象,30m长的模型图如图1所示。
2烟气逆流数值模拟与分析计算
临界风速这个物理量,对于实践具有重要的指导意义。通过模拟分析结果如图2。
3烟气分布模拟分析
随着纵向通风速度的不断增大,烟气逆流长度不断减小并最终为零。
4结论
通过该隧道模型在各工况下的模拟,我们可以发现在1MW的火源功率下,武汉长江过江隧道的临界风速约为1.9m/s。通风状态下,下游空间会更快充满烟气,但是上游空间的烟气会随着纵向风速的增大而逐渐减小直到没有,且烟气层的厚度也会随着增加。所以上游空间的人和物不会受到伤害与破坏,那么危险区主要是下游区域。
参考文献
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建筑火灾烟气危害评价模型及应用 篇4
1火灾烟气危害及危险状态判定
火灾烟气是由三类物质组成的具有较高温度的云状混合物, 即 (1) 燃烧产生的气相产物, 如水蒸汽、CO2等; (2) 流动过程中卷吸的空气; (3) 多种微小的固体颗粒和液滴。一般来说, 烟气的危害主要包括三个方面:毒性作用、高温热辐射、能见度降低。
1.1 毒性作用
毒性气体有两个来源:建筑材料经高温作用发生热分解而释放的热分解产物和燃烧产物。其中, CO和HCN是对人身安全危害比较大的气体。如果认为缺氧是气体毒性的一种特殊形式, 根据中毒的机理不同, 毒性作用又可以划分为单纯窒息、化学窒息和粘膜刺激三种。
烟气毒性的评价需要考虑多种气体的综合作用。一般来讲, 可对场景中有毒烟气各组分的有效剂量进行计算, 实现混合气体的毒性评估。目前国内外相关研究提出了多种量化指标, 其中应用最广的是有效剂量分数FED, 由Hartzell 与Emmons于1988年提出。在FED理论的基础上, 美国国家技术标准局 (NIST) 提出了N-Gas模型, 其假设为:火灾中材料燃烧产物的毒性主要由为数不多的N种气体产生。这个假设已被很多实验证明。由于建模时考虑的气体种类可能有所不同, 实际存在着多种N-Gas模型。最常用的为六气体模型, 即考虑CO, CO2, HCN, HCl, HBr以及缺氧条件的毒性评估模型, 其计算公式见式 (1) :
式中:括号内的气体浓度为某气体折算到30 min时的平均浓度;参数m, b描述了CO与CO2的共同作用对混合气体的毒性贡献, 在暴露时间为30 min的条件下, m, b取值与CO2浓度有关, 由式 (2) 确定:
经试验测定, 对于暴露时间取30 min的情况, 上式的各气体的LC50值参见表1。
根据FED的相关定义, 当FED值达到1.0时, 在平均意义上对人员是致命的。经验统计数据表明, 一般情况下推荐将0.3作为该指标的阈值, 在此情况下11.4%的人员具有明显反应。基于此, 笔者选取0.3作为评价指标的阈值。对燃烧产物的实际危害评估来讲, 该取值是偏于保守的;对建筑性能化防火设计而言该取值是偏于安全的。
1.2 高温作用
刚离开火源的烟气温度可达到800 ℃以上, 随着与火源距离的增加, 烟气的温度会逐渐降低, 但通常在许多区域内这些烟气仍能维持较高的温度, 对人造成灼伤。有关研究给出人能忍受的火场环境条件如下: (1) 在65 ℃中, 能忍受一段时间; (2) 在120 ℃中, 能忍受约15 min; (3) 在175℃中, 能忍受的时间小于1 min。
1.3 能见度降低
能见度不直接对人员造成伤害, 但是会增加人员疏散过程中的伤害概率。烟气层降到人眼高度以下时, 低能见度导致人员对路径判断困难, 行走速度减慢, 延迟了疏散时间, 所以在计算ASET过程中必须考虑能见度的影响。BSDD240建议大空间内能见度小于10 m为达到危险状态的判据。小空间范围内, Babrauskas认为如果人熟悉逃跑路径, 逃跑只需1.6 m的能见度, 对应的光密度OD为0.5 m-1。
1.4 烟气危害评价模型
对于人体而言, 毒性、高温、能见度这三种危害不是孤立的, 它们对人体的伤害是综合的。同时, 烟气危害也是具有累积特性的, 不是瞬时生效的。
目前, 现行判断烟气危险状态的方法一般考虑以下3个要素:火焰和烟气层的热辐射、烟气的高温及烟气中有毒气体的浓度, 具体判别条件如下:当烟气层高度未低于人眼特征高度时, 上部烟气层高于180 ℃即进入危险状态;当烟气层高度低于人眼特征高度时, 烟气层温度达到110～120 ℃或者某种毒性气体体积分数达到临界浓度, 如CO体积分数达到0.25%, 两种条件满足一种即进入危险状态。该方法考虑烟气层高度对危险状态的影响, 但未考虑能见度的影响, 未考虑毒性的综合作用, 而且最重要的是没有考虑毒性及温度作用的累积特性, 所以该方法给出的ASET是不准确的。如该方法认为烟气层下降到人眼特征高度时, CO体积分数达到0.25%对应的时间就是ASET, 假设CO体积分数一直为0.24%, 那么该方法得出的ASET将会是无限长。但实际上随着毒性的累积作用, 人员的生命在此浓度下一般不会超过1 h, ASET是一个有限值。所以现行的ASET判断方法还需要改进。
有关文献提出了SII (烟气伤害指数) 模型, 该模型考虑了能见度对于人员伤害的影响, 认为能见度对毒性和温度作用均起放大作用, 计算公式见式 (3) :
undefined (3)
式中: (1+a) 表示烟气的能见度的放大作用;b为考虑到CO2的协同作用而引入的修正系数;Fa, Fr和Fco2分别表示窒息性气体、刺性气体和CO2的毒性作用, (T-Ta) / (Tcr-Ta) 表示暴露在烟气中30 min时温度对人体的累积伤害。
SII烟气伤害模型考虑了烟气的毒性、温度和能见度的综合作用, 但是将毒性气体作用分为刺性气体、窒息性气体和CO2三种独立项, 未考虑这几种气体对人体伤害的综合作用。
在参考SII的基础上, 笔者提出综合伤害评价模型IHD (Integrated Hazard Dose) , 采用FED来评价多种毒性气体协同作用时对人体的伤害作用。该模型假设如下: (1) 造成人伤害的主要为毒性和高温两种作用, 两种作用都需要考虑累积效应, 评价时取两者中的较大者。 (2) 能见度对毒性和温度作用均起放大作用, 且放大倍数a与烟气光密度OD有对应关系, 见式 (4) :
a=2×OD (4)
对应能见度为1.6 m, 即小空间疏散最小能见度, 光密度为0.5 m-1, 放大倍数a为1.0, 这表示在此极限能见度下, 人不能顺利疏散, 死于烟气的概率增加1倍。
IHD模型的计算公式见式 (5) :
IHD= (1+a) MAX (FED, undefined (5)
式中: (T-Ta) 表示折算到30 min时T与Ta温度差平均值, 与式 (3) 相同。Tcr为30 min时致死概率为50%的临界温度, 暂取88 ℃, Ta为室内初始温度值, 暂取20 ℃。
IHD是一个非负的实数, 相同暴露条件下, 其值越大, 烟气危害越大。当IHD=1时, 死亡的概率为50%。参照FED, 同样选取IHD = 0.3, 作为危险状态判定阈值, IHD=0.3时, 对应的时间就是ASET。
1.5 模型对比
为比较以上三个模型, 将其特点总结见表2。
以ISO 9705的标准燃烧单室为模型进行FDS模拟试验, 火源为单人沙发。利用模拟所得的温度、气体成分等数据, 用现行方法计算所得的ASET为102 s, 而用IHD确定的ASET为176 s。两者的差异主要在于未考虑伤害作用的累积效果。在102 s时, CO的体积分数为0.259%, 但是该浓度下, 人员还可以存活30 min左右, 并未丧失疏散能力, 所以ASET应该大于102 s。
IHD与SII评价的差别主要在毒性作用方面, 为检验两模型的差异, 在多室建筑条件下, 选取下文算例中的卧室为评价对象, 并假设远离卧室的房间起火, 且卧室窗户是关闭的, 以保证卧室升温不明显, 危险状态以毒性控制为主。经模拟计算, IHD给出该房间的ASET为252 s, 而SII确定的ASET为279 s, 两模型指数随时间变化情况见图1所示。两个模型计算结果的差异源于毒性作用是否全面, 在SII中刺性气体作用和窒息性气体都是独立项, 而IHD中的FED是将刺性气体作用与窒息性气体作用共同考虑的, 所以毒性作用比SII更突出, 相应ASET也要早。
2基于FDS和GIS的室内烟气危害评价系统
2.1 系统设计
笔者开发了GIS模型到FDS模型的转换接口, 设计了FDS的时空数据模型, 并根据IHD模型开发了烟气评价系统和基于GIS的数据表现平台。在此基础上实现了如图2的建筑火灾烟气危害评价体系。由图2可见, 系统流程为:读取以GIS格式存储的建筑方案;调用从GIS模型至FDS模型的转换接口, 生成对应的FDS模型;借助FDS模拟工具, 实现火场模拟计算, 并采集数据以时空数据模型的形式进行描述;在此基础上, 根据IHD评价模型对烟气危害进行评价;最终将评价结果在GIS平台上进行展示。
2.2 系统功能
该系统的烟气危害评价主程序在Visual Studio 2005和ArcGIS Engine 9.2平台上开发, 是基于FDS计算的温度、气体成分、能见度等数据的后处理程序。在FDS的数据支持下, 该程序可计算FED和IHD的分布, 在GIS平台上展现, 并且给出烟气危险状态的判定, 确定性能化设计的重要参数ASET。
3算例分析
3.1 算例介绍
该算例为2层住宅, 长10.5 m, 宽9 m, 住宅结构可靠, ASET受烟气控制, 在一层设置两个火源, 即火源1和火源2, 见图3所示。两火源完全相同, 采用t2稳定型火源, 为了突出危害, 火源的最大热释放速率为3.2 MW/m2。除CO、CO2和O2外, 考虑燃烧产生HCl气体。假设所有门窗都是开启的, 但突出卧室的毒性作用, 卧室的窗户是关闭的。烟气危害评价对象仅考虑建筑一层的情况, 暂不考虑二层, 模拟总时长为600 s。
3.2 结果分析
为了方便比较, 将火源1、火源2造成的烟气危害情况分别称为:A情况和B情况。对于整个房间, 认为75%的区域的IHD达到0.3以上即为危险状态。
系统计算结果显示A情况的ASET为419 s, B情况的ASET为318 s, B情况比A情况更危险。A、B两种情况在危险状态时的IHD、FED、温度和能见度在建筑一层的分布见图4～图11。
从毒性、高温、能见度来看, B情况的危害主要受高温和可见性控制, 毒性影响不突出, 而A情况的危害主要受烟气毒性控制, 尤其是靠火源的几个房间, 毒性很大。分析原因, A情况主要是由于起火房间空间较小, 窗洞尺寸不大, 氧气供给不足导致燃烧极其不完全, 产生了大量有毒气体, 使得毒性气体在靠火源附近房间累积较多。而B情况, 火源位于比较大的空间内, 窗洞面积较大, 燃烧较为充分, 发展迅速, 所以温度和烟气在较短时间内达到了危险临界值, 而毒性气体产生不多。概括而言, A情况火灾燃烧不充分, 烟气毒性较大;B情况火灾燃烧充分, 火灾蔓延的可能性较大。
3.3 改进情况
为减小火灾烟气危害, A情况建议加大火源所在的房间窗洞面积, 以及时排烟, 减小毒性气体产生;对于B情况, 建议使用防火门, 并加强墙、楼板的耐火性能, 以防止火势进一步蔓延。
该算例火源1房间窗户尺寸是1.1 m×1.2 m, 假设用1.5 m×1.8 m的窗口替换, 以增大通风面积, A情况FED分布见图12所示。对比图5和图12可以看出, 整个房间的毒性明显降低, 而且危险状态延迟到595 s, 为人员逃生创造了更多的机会。
4结论
建筑室内火灾中, 烟气对人员的伤害严重。笔者在参考SII模型基础上提出的IHD模型, 相比现行烟气危险状态判断方法和SII模型更为全面、合理。利用该模型开发的基于FDS和GIS的烟气评价系统, 可以确定建筑室内的危险状态, 给出ASET, 同时也可以比较不同起火位置对建筑内人员的危害, 找出最危险的起火位置。根据系统给出的烟气危害评价结果, 设计人员可以检验或改进设计参数, 增加建筑的火灾安全性能。
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新型沥青烟气净化系统的应用研究 篇5
1 污染来源及治理方法分析
1.1 污染来源及特点
在沥青防水卷材的生产过程中, 生产线上共有2处产生沥青烟气的主要污染源[3]:1) 配料罐:来自配料罐的沥青烟气会搀杂高浓度粉尘, 具有温度高、浓度大、流量小的特点, 且烟尘空间相对密闭。2) 浸油池、涂油池:生产线上的浸油池、涂油池及冷却水床等部位由于受实际生产条件的限制, 无法完全封闭, 导致沥青烟气逸出, 且沥青烟气因搀杂空气和水蒸汽, 温度降低、浓度相对不高。
1.2 烟气净化方法
目前, 治理沥青烟气的方法主要有焚烧法、吸收法、电捕法和吸附法。其中, 焚烧法和吸收法可能存在二次污染;电捕法由于沥青烟气的黏度较大, 需要定期清理维护, 运行条件过于苛刻;吸附法不适用于高温条件, 且需要定期更换吸附介质。即使是目前常用的复合处理系统, 如“喷淋吸收+活性炭吸附法”、“喷淋吸收+静电捕集法”等, 也会存在效率不高、二次污染等问题。
2 新型沥青烟气处理系统
为了达到更高的脱除率, 笔者对国内外现有沥青烟气净化方法进行了充分的分析研究, 并结合改性沥青防水卷材生产线的实际特点, 设计出一套新型沥青烟气处理系统, 大大提高了脱除效率和系统的稳定性。新型沥青烟气处理系统包含废气收集系统、废气净化系统、消防安全系统及运行控制系统, 系统主要工艺流程有高效吸收、气液分离、静电捕集和高效除味。系统布置示意见图1。具体工艺流程见图2。
2.1 烟气收集系统
沥青烟气收集系统包括有组织废气和无组织废气收集两部分。
有组织废气收集包括:1) 配料罐上部设独立排烟管, 用于收集罐内配料时产生的烟气及粉尘, 收集后的烟气通过各支管汇入排烟总管内, 通入环保设备 (图3 左) ;2) 卷材生产线中的预浸池、浸油池及冷却水床部位产生的烟气, 在各废气源点上部设伞形集烟罩, 用于收集各部位的烟气, 收集后的烟气通过各支管汇入排烟总管内, 通入环保设备 (图3右) 。
同时, 生产线上的集烟罩收集时仍有少量散逸部分形成无组织烟气, 需要采用无组织烟气收集:在生产线中有废气源段设置透明负压房, 将无组织废气控制在负压房内, 禁止外溢, 尽可能地将无组织转化成有组织进行收集;当所有污染源废气均采用有组织收集后, 车间内挥发性无组织烟气已是很微量, 这些烟气可通过车间通风净化后, 实现达标外排。
2.2 净化系统
2.2.1 高效吸收
由于沥青烟气中非甲烷总烃、苯并芘、甲硫醇、苯乙烯、二硫化碳等有害物质都不溶于水, 采用水作为吸收剂来净化沥青烟气, 效率不是很高, 且易产生大量二次污染废水。为此, 笔者采用配料环保油为主体, 加入溶剂制成沥青烟气处理专用油性吸收剂。新型油性吸收剂利用同性相溶的原理, 能够较高效率地去除沥青烟气中的非甲烷总烃、苯并芘及部分异味物质。处理效果实测值见表1, 脱除率计算结果见表2。
具体处理方法为, 采用增压泵对沥青烟气处理专用油性吸收剂在设备内部腔体内进行加压喷淋, 使其与沥青烟气进行充分接触, 最大程度地吸收废气中的异味及有害成分。吸收沥青成分后的油性吸收剂可直接回配料罐再利用, 无运行成本、无二次污染。
2.2.2 气液分离+静电净化
由于沥青烟气极易粘附在静电除尘器的集尘极板上, 因此本工艺在静电段前加上气液分离装置, 先对沥青烟气进行分离处理。分离装置由军工技术转化而来, 由板状材料一次性模压制成, 能有效分离油性液体并将之截留, 防止黏性沥青烟气粘附在集成极板上, 延长其使用周期。
沥青烟气经分离处理后, 含有粉尘油滴颗粒的高温烟气, 进入高压荷电区, 即尖端齿条 (又称电晕极) 和接地极板之间所形成的高压电场时, 由齿条尖端发生电晕放电, 在电晕区小范围内形成一个等离子区, 在电场力的作用下, 等离子区的微粒 (包括自由电子、正离子、负离子) 向放电极和集尘极运动, 使沥青烟气颗粒带上电荷, 当带有电荷的废气粒子进入低压吸附电场时, 在吸附区电场力的作用下向集尘极运动, 并沉积于集尘极板上。
2.2.3 高效除味
烟气经过静电净化后, 烟气中的恶臭成分, 如硫化氢等带有刺激性气味、易挥发的物质, 需进入除异味塔进行除味进化。该塔利用离子交换纤维处理异味, 离子交换纤维跟沥青烟气进行接触时, 纤维上的活性离子能跟沥青烟气中的离子作有选择性的交换。
此外, 离子交换纤维可机内再生, 减少耗材。纤维再生时的化学反应是纤维原先的交换吸附的逆反应。按化学反应平衡原理, 提高化学反应某一方物质的浓度, 可促进反应向另一方进行, 故适当提高再生液浓度可加速再生反应, 并达到较高的再生水平。
3 实例分析
东方雨虹北京工厂有配料罐8 个, 沥青防水卷材生产线1 条, 年生产量1 500 万m2。安装了新型沥青烟气净化系统后, 年工作300 d, 回收利用焦油约80t, 产生的经济效益约40 万元/a。生产线整体布置见图4。
目前, 该新型沥青烟气净化系统已在多个沥青类防水卷材生产线的升级改造中应用。系统本身也历经了3 代完善, 实现了沥青烟总去除效率≥99%。经该系统处理后的沥青烟气经30 m高排气筒排入大气, 沥青烟等污染物排放浓度和排放速率都远低于北京新地标DB 11/1055—2013 《防水卷材行业大气污染物排放标准》的限值要求 (表3) 。
4 结语
新型沥青烟气净化系统具有以下特点:1) 采用沥青烟气专用油性吸收剂, 能够高效去除沥青烟气中的非甲烷总烃、苯并芘等挥发性有机物;油性吸收剂可回收利用, 无二次污染。2) 采用离子交换纤维去除硫化氢等异味物质, 去除效率高;离子交换纤维亦可以重复再生使用。3) 净化效率较高, 经该系统处理后的沥青烟气能够实现达标排放 (DB 11/1055—2013) 。4) 新系统采用模块式结构, 容易清理, 维修便利。5) 系统运行中, 严格控制了固废及废水的产生, 可为企业减少二次污染处理的投入。
摘要：在改性沥青防水卷材的生产过程中, 会产生大量沥青烟气及苯并芘等有毒有害物质, 传统的治理方法可能存在安全性差、净化效率低下、二次污染等问题。本文介绍了一种新型沥青烟气净化系统, 通过负压收集、喷淋吸收、气液分离、静电捕集、除恶臭等流程, 实现了沥青烟气的高效净化, 且无二次污染。
关键词：沥青防水卷材,烟气净化,油性吸收剂,离子交换纤维
参考文献
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低温等离子体沥青烟气净化技术 篇6
1 低温等离子体沥青烟气净化技术
1.1 技术简介
低温等离子体沥青烟气净化技术集高压毫微秒脉冲高能电子辐射、臭氧氧化、紫外光分解三种作用于一体。该技术能有效地将沥青烟气中大分子破坏成小分子,分解沥青烟气分子中的芳烃类物质,利用等离子体产生的高能电子在臭氧的作用下与沥青烟气中的分子碰撞,使其激发到更高能级,形成激发态分子,激发态分子促使化学键断裂形成活性物,最终生成CO2和H2O。
1.2 技术优势
本净化系统处理后的沥青烟气排放满足GB16297—1996《大气污染物排放标准》。沥青烟气主要是以0.1～1.0μm的焦油细雾粒的形态存在。低温等离子体沥青烟气净化技术就是要尽可能多地捕捉这些微小的颗粒,避免了传统活性炭吸附法形成的二次污染。对于改性沥青搅拌罐内产生的含有粉尘的沥青烟气,通过喷淋水洗使之与水形成乳浊液经沉淀回收再利用,这样不但及时清理了管道,而且避免了发生火灾。
2 低温等离子体沥青烟气净化工艺流程
2.1 烟气净化技术系统组成
低温等离子体沥青烟气净化技术系统由洗涤降温段、离心扑雾分离段、机械过滤段、高压静电吸附段、低温等离子体净化段、紫外线光解段六部分组成,见图1。
室内集烟罩、储存罐和搅拌罐经管路、防火门连接到主风管上,在引风机的作用下沥青烟气和粉尘在主风管内水洗降温后进入水膜洗涤罐,大颗粒物(液态焦油及粉尘)被吸附而实现分离。水汽和剩余的大颗粒经扑雾分离罐进行油雾分离,机械过滤段进一步将颗粒状物质吸附分离。接着进入高压静电吸附段,然后进入等离子体净化段,对烟气中的大分子进行分解。未被分解的分子进入光解净化段,烟气中的有机分子光解成H2O和CO2。最后达标后排放,见图2。
2.2 烟气净化技术工艺原理
2.2.1 洗涤降温段
当沥青烟气和粉尘进入洗涤降温段(主管路和水膜洗涤罐)时,高温烟气穿过从雾化器喷出的细小水雾,烟气中颗粒状污染物与水雾碰撞发生液滴的合并,油雾和颗粒污染物因表面黏度较大而被雾滴包融。随着雾滴体积增大,烟气中的颗粒物和粉尘因惯性而被水吸附,形成乳浊液排入沉淀池,待沉淀后再循环利用。另外,水雾还具有对高温烟气进行冷却和降温的作用。
2.2.2 离心扑雾分离段
经洗涤降温后的烟气进入离心扑雾分离段,采用机械式除油技术,利用风机对烟气进行分离净化。通过改变叶片的角度和形式,使颗粒分子在叶轮片上撞击聚集,在离心力作用下甩入箱体内壁,经漏油管流入回收池内,从而实现油烟分离。
带水烟气流经过气液扑雾分离器时,气体中的水分子和颗粒物因惯性作用产生紊流碰撞。水分子和颗粒物会碰撞到扑雾分离罐的扑雾网和罐壁而被截留下来,通过管路流入回收池内。
2.2.3 机械过滤段
烟气经过前段处理后,去除了大部分颗粒物,部分逃逸的微米级烟气进入机械过滤段(粗过滤和精过滤)。该段在过滤净化烟气的同时还具有吸声降噪作用,使设备整体噪声得到有效控制。
2.2.4 高压静电吸附段
利用高压电源产生的电晕放电,在静电作用下使前段残留的亚微米级细小颗粒物聚集,形成粗颗粒,沉淀后通过管路流入回收池内。
电晕放电产生的大量电子和正负离子以及在这一过程中高频放电产生的瞬间高能量,能打开烟气中部分大分子的化学键,使其分解成单质原子或无害分子。
2.2.5 低温等离子净化段
经前段处理后的烟气中的颗粒物已基本被吸附,余下的分子级烟气进入低温等离子体净化段。
等离子体是一种聚集态物质,当外加电压达到气体的放电电压时,气体被击穿产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。其所拥有的高能电子同烟气中的分子碰撞时,发生一系列基元反应,并在反应过程中产生多种活性自由基和生态氧,即臭氧分解而产生的原子氧。
这些强氧化性的活性氧迅速与烟气中的有机分子碰撞并将其破坏,或者高能活性氧激活空气中的氧分子而产生二次活性氧,二次活性氧与烟气中的有机分子产生一系列链式反应,并利用自身反应产生的能量维系氧化反应,进一步氧化有机物质,最终生成无机氧化物和H2O。在这一过程中产生的荷电离子在另一外加电场的作用下被捕集,使气体中的碳化物、硫化物、氢化物及苯类、烃类等致癌物的分子发生改变,生成性能稳定的CO2、H2O及碳化物。另外,借助等离子体中的离子与物体的凝并作用,还可以对小至亚微米级的烟雾颗粒物进行有效地收集。
2.2.6 紫外线光解段
在前段处理中,烟气中逃逸的分子级异味气体在特制的高能高臭氧UVC紫外线(184.9 nm)光束照射下,产生氧化力极强的自由基。这些自由基可分解改变异味气体的分子链结构,使有机或无机高分子恶臭化合物分子链在高能紫外线光束照射下断裂降解,将其所含的氢和碳转化成低分子化合物排出。
3 低温等离子体沥青烟气净化生产试验效果与分析
3.1 烟气净化生产试验效果
低温等离子体沥青烟气净化技术系统装置经一年多的生产试验,已取得明显效果。在直流高压为26～28 kW的运行条件下,可使沥青烟气中的焦油物质的浓度由300～1 000 mg/m3(净化器进口)下降为0.1～0.3 mg/m3(排放出口),净化效率达99.7%以上。2011年5月11日PONY青岛谱尼测试中心对该装置进行了现场实地检测,检查结果表明排放物中苯并[a]芘的含量符合GB 16297—1996《大气污染综合排放标准》。
3.2 烟气净化生产试验效果分析
3.2.1 风量与流速
根据现场监测,当风量为10 000～12 000 m3/h时,完全满足日产3万m2改性沥青卷材主辅车间烟气排放的要求。
主风管直径为600 mm,管内气体流速为10～12m/s,净化器截面积为1.2 m2,烟气通过净化器的流速为3 m/s左右。实验证明:烟气流速在3 m/s的条件下,净化效果均接近100%。当烟气流速增大时,净化效率呈下降的趋势。可见随着气速的增大,等离子体与烟气的碰撞几率随之下降。
3.2.2 扑雾与均流
洗涤后的烟气含有大量的水雾,水雾的存在直接影响等离子体的净化效果。采用Φ0.2 mm@2×3不锈钢金属丝网,将丝网叠成盘形网块,放置于扑雾罐中。丝网扑雾的分离效率受流速的影响,流速过低,烟气中夹带的细雾粒处于飘荡状态,未与丝网的细丝碰撞就随着气流而通过丝网;流速过高,丝网的细丝上聚集的液滴会形成液泛,以致一度被捕集的液滴又飞溅起来,再次被气体携带走,使分离效率急剧降低。
等离子体净化器的净化效率与电场断面气流流速的均匀程度有很大关系。电场断面气流分布不均匀时,局部区域将出现流速较高的串流区,其他区域将出现流速低的滞流区和涡流区。流速低处所增加的净化效率,不足以补偿流速高处所降低的效率。为促进气流分布均匀,净化器的进气箱前段应设置圆孔形气流分布板,其表面积为1.2 m2,板厚2 mm,多孔板上每个孔的孔径为8 mm,孔隙率为60%,左右共三层,间距为200 mm。
3.2.3 电场强度
试验结果表明脉冲电压峰值的增加,电极间距的减小都有利于提高苯并[a]芘去除率。当工作电压为30～40 kV,工作电流<120 mA,电场高度为4.5 m,电场强度为15 kV/cm左右时,沥青烟气的降解率可高达98%以上。
3.2.4 供电装置
采用可控硅微机控制高压静电硅整流设备,整组设备由高压整流变压器和自动控制柜组成。高压整流变压器由升压变压器、高压硅整流器、高频滤波电容、高压测量电阻等组成。
1)控制元件
控制元件由自动控制开关、交流接触器和一些中间继电器组成,用于高压供电装置的启动、停机和事故状态下跳闸、报警。
2)调压元件
调压元件由一对反并联大功率的可控硅承担,按照自动反馈控制单元发出的调压指令,使电场电压始终保持在最佳值。可控硅调压中还有一个不可缺少的组件———电抗器,它在电路中起到改善电流波形、限制电流突变和抑制高次谐波等作用。
3)升压变压器
升压变压器的短路阻抗为满载时的40%,能改善供电波形,得到较低的峰值,可克服可控硅调压的固有缺点,改善设备的伏安特性。
4)高压整流器
由高压硅堆组成的桥式整流器将高压交流电变成静电除尘器所需要的高压直流电。硅整流器的正向阻抗较低,能承受一定的反向浪涌功率,具有反向耐压高、整流效率高、耐冲击、轻便可靠的特点。
5)自动反馈控制电路
自动反馈控制电路由复杂的逻辑电路来实现,用于完成对主电路各种信号的跟踪监视和检测。自动反馈控制电路将所获取的反馈信号通过逻辑加工后发出调压、报警和跳闸指令,达到自动控制的目的。
6)低压控制装置
低压控制装置采用数字显示调节仪显示运行中的温度、压力等参数,达到控制和报警的目的,还可对风机、水泵、阀门的启动与关闭进行控制。
4 结论
沥青烟气危害 篇7
建筑防水行业在过去几十年中取得了巨大的成绩,但也出现了一些严重的问题,其中生产环节带来的环境污染和职业健康问题尤为突出。随着我国对环境保护力度的加大,各地陆续出台了更加严格的环境保护法律、法规和标准,社会公众对环保节能的关注度也在不断提高。这些环保约束性产业政策对建筑防水行业发展产生了巨大的压力。我国建筑防水材料以沥青基防水材料为主(约占60%),每年消耗沥青约300 万t。沥青基防水材料在生产制造和施工应用过程中,通常要经历高温加热,因而产生大量的沥青烟气和有毒有害物质,危害人们的身体健康、污染环境。为针对性解决目前沥青防水卷材生产的环保问题,首先需要对生产各环节排放的烟气进行检测,对烟气产生的原因进行分析。
本研究对典型防水卷材生产企业排放的沥青烟气进行了跟踪检测,并通过对烟气组成及烟气中异味、有害物质的定性、定量分析,给出了沥青烟气产生的原因,提出了减少沥青烟气排放量和沥青烟气中异味、有害物质含量的方法。
2 沥青防水卷材生产过程中烟气检测
为了解沥青等原料在防水材料生产企业应用过程中释放烟气及有毒有害物质的情况,选取典型沥青防水卷材生产企业,以烟气产生较多的改性沥青搅拌罐顶端、涂盖槽上方、车间内部、烟气排放口等处的排放气体作为检测对象,对部分点位的异味气体进行组分剖析,并分析了烟气中的有毒有害成分和含量。
2.1 烟气成分剖析
对排放的烟气进行采集,采集的气体样品连接在气体浓缩仪上,通过质量流量计抽取一定体积的样品,在液氮冷凝、氦气吹扫进入冷阱吸附、富集后,进入气质联用仪进行定性定量分析。
以搅拌罐内气体为例,其对应的气质谱图如图1所示。借助NIST05 谱库对图1 中部分面积较大的色谱峰进行检索,判定沥青烟气的主要成分,详细结果列于表1。
如图1 所示,沥青烟气样品中含有极其复杂的烃类等组分,其中最主要的31 种物质见表1 所示。
2.2 烟气中异味物质分析
进一步分析表1 中的数据,根据恶臭程度和人的嗅阈值判断,引起恶臭和引发周边居民投诉的主要物质为含硫化合物,如二硫化碳、甲硫醇、乙硫醇等硫化物。
采用标准气体进行单点标定,测定生产线上不同部位的二硫化碳、甲硫醇、乙硫醇等硫化物的含量,并与国家标准GB 14554—93《恶臭污染物排放标准》中的排放要求进行对比。结果如表2 所示。
分析表2 中的数据可以发现,典型的沥青防水卷材企业异味的重要来源是含硫化合物,各部位硫化碳、甲硫醇等异味物质浓度均大幅度超过了国标GB14554—93 中的排放指标要求,特别是改性沥青搅拌罐内气体中二硫化碳、甲硫醇、乙硫醇浓度异常高;经过烟气和尾气处理后,含硫化合物浓度虽有降低,但仍高于国标规定的排放浓度。
2.3 烟气中苯并芘成分检测
石油沥青在高温工艺条件下释放的沥青烟气含有数千种物质,采用气相色谱-质谱联机的方法从沥青烟中共检测出196 种主要有机污染物,含有萘、菲、咔唑、吡啉、吡啶、蒽、酚、吡咯、吲哚、茚等多达100 多种多环芳烃(PAHs)类物质。多环芳烃中已经得到确认的约17 种对人体有害的主要组分,如吖啶类、酚类、吡啶类、蒽萘类及苯并芘类物质[1]。其中,苯并芘属致癌物质。
为了分析沥青烟气中的苯并芘含量,对典型的沥青防水卷材生产企业主要烟气产生部位进行烟气样品采集,采样滤膜、用溶剂进行溶解、用超声萃取,进液相色谱分析,用标准样品分析测定苯并芘含量。表3 所示为5 家典型防水卷材生产企业搅拌罐顶端、涂盖槽上方、车间内部、烟气排放口等主要部位气样中苯并芘分析结果。
国家标准GB 16297—1996《大气污染物综合排放标准》中对沥青及碳素制品生产和加工行业的苯并芘的最高允许排放浓度为0.30 μg/m3;目前,国内尚无苯并芘的职业卫生限值标准,但国标GB 16297—1996 同时规定周界外浓度最高点为0.008 μg/m3。如表3 所示,各企业生产车间主要部位采样的检测数据均高于此限值。说明烟气中有害物质存在普遍性。
3 沥青烟气成因分析
沥青烟是沥青中易挥发性组分以烟雾的形式飘浮在空气中,从沥青烟气成分剖析结果看,沥青烟气产生主要与石油沥青的组成和加工条件密切相关。
3.1 石油沥青主要组成
石油沥青是一种原油加工产品,原油经减压装置分馏后余下的渣油符合沥青产品规格就是直馏沥青;利用溶剂对各组分有不同的溶解能力,得到含胶质和沥青质高的脱油沥青,即为溶剂沥青;再经过调合、氧化等方法,生产出各种规格的沥青,能够满足使用要求的产品。
石油沥青常温下为黑色或黑褐色的黏稠液体、半固体或者固体,它是由性质及分子量不同的烃和烃的衍生物组成的混合物。研究表明,构成沥青的元素以C、H为主,另外还含有S、N、O及Ni、V、Fe、Na、Ca等金属元素,其中C含量82%~88%,H含量8%~13%,S含量0%~8%,O含量0%~1.5%,N含量0%~1%。
沥青混合物可以再分成同类有相同结构的分子团:饱和烃类、芳香烃类、胶质类、沥青质类[2],芳香分、饱和分作为油相构成连续相,使胶质和沥青质胶胞能稳定分散其中。这种溶-凝胶结构的温度敏感性较强,在环境温度时呈黏弹特性;而在受热条件下,较轻的油分较易逸出,较重的沥青质却缩合成大分子物质、同时裂解成小分子物质。图2 所示为沥青熔融后状态及由四组分构成的溶-凝胶结构示意。
3.2 加工工艺条件
沥青烟是沥青中不同组分受热后发生分离、裂解、挥发、遇冷凝结的结果。受热状态下,剧烈的分子热运动将会造成部分组分发生裂解,脱离沥青逸出;产生的气体还可将一些沸点较高的组分裹复,并在热流的作用下以液滴和固体微粒的状态脱附逸散到空气中,当上升的气体遇到温度较低的外界冷空气时又会产生一定的冷凝作用,与空气中的水分结合便形成了可见的沥青烟。在氧存在并作用下,沥青易发生脱氢、氧化、缩聚等反应,生成大分子沥青质同时,释放小分子化合物和硫、氮的氧化合物。通过模拟沥青受热后由于裂解反应产生沥青烟气的过程[3],证实改性沥青搅拌罐产生烟气量与加热温度和时间呈正相关。
1)时间对沥青烟气量的影响
称取一定数量的SBS改性沥青样品放置在烧瓶中搅拌加热升温至180 ℃温度恒温,逐渐产生沥青烟气,表现为从沥青表面慢慢释放蓝色和灰褐色的烟。试验装置,见图3。不同加热时间烟气量对比结果,见表4。试验结果表明,收集到的沥青烟量随着加热时间延长而增加。
2)温度对沥青烟气的影响
选择沥青卷材生产企业常用的几种不同原油加工的不同规格的沥青评价温度对沥青烟气量的影响。将一定数量的不同规格的沥青样品放置于加热器中分别加热,根据沥青损失量,判定不同沥青的烟气产生情况。试验装置如图4 所示。不同加热温度沥青烟气量对比结果,见表5。
表5 数据表明,不同原油加工的不同规格的沥青,在受热状态下,均会释放沥青烟气;不同原油加工的沥青烟气量有明显差异,200 ℃下LH原油加工的200 号沥青产生烟气是进口中东原油加工的90A沥青烟气产生量的53 倍;160 ℃、180 ℃和200 ℃温度下连续加热4 h,随着受热温度提高,烟气释放量增加。以下选择进口中东油90A沥青,进一步进行烟气成分分析,详细结果见表6。
表6 中数据表明,进口中东原油加工的90A在180 ℃和150 ℃温度下加热,产生的沥青烟气中含有H2S、SO2和苯并芘等异味和有害物质,180 ℃温度下产生的苯并芘是150 ℃温度下产生苯并芘的20 倍多,说明生产温度对沥青烟气中苯并芘等有害物质含量影响较大。
4 结语
不同沥青防水卷材企业生产过程中改性沥青搅拌罐和涂盖槽等部位均释放沥青烟,不同企业所选择原料、配方工艺和沥青烟气处理方法不同,沥青烟气排放亦有所不同。
沥青烟中有害成分是苯并芘,异味物质主要是二硫化碳、甲硫醇、乙硫醇等含硫化物。生产线主要部位中,改性沥青搅拌罐内气体中异味物质和有害物质浓度最高,经过烟气和尾气处理后,含硫化合物和苯并芘浓度均高于国标规定的排放浓度。因此,需要进一步规范沥青防水卷材生产的原料、工艺和烟气治理及检测分析方法。
模拟试验证实改性沥青加热产生沥青烟的主要原因是受热条件下裂解产物,温度升高、受热时间延长,释放沥青烟量增加。温度对沥青烟中苯并芘有害物质影响较大。因此,通过优化工艺配方、降低生产温度和缩短搅拌加热时间,有利于控制烟气及有害物质的产生。
目前沥青防水卷材行业常用的不同原油种类加工的不同规格的沥青原料,在受热条件下,均释放烟气引起质量损失,且均呈温度正相关规律,而不同的沥青释放的沥青烟气量有着明显的不同,中东原油加工的90A沥青产生的烟气量最低。因此,开发和选择使用低烟沥青有利于减少沥青防水卷材生产过程的烟气排放。
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