法庫陶瓷生產(chǎn)排放煙塵和SO2防治對策研究

胡赟

摘 要：我國是陶瓷生產(chǎn)及出口的主要國家之一，自1993年起我國陶瓷產(chǎn)量、人均消費(fèi)及出口量均位列世界第一。2011年全國累計(jì)銷售陶瓷磚3000億元以上，已經(jīng)成為建筑衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)和消費(fèi)大國。該文以法庫陶瓷生產(chǎn)為例，從環(huán)境工程的角度研究陶瓷行業(yè)的環(huán)境保護(hù)，分析了陶瓷生產(chǎn)過程中的大氣污染物排放狀況；對污染物減排措施進(jìn)行比選；分析了陶瓷生產(chǎn)除塵脫硫的特點(diǎn)及推薦了除塵脫硫工藝；對噴霧干燥塔和兩段式煤氣發(fā)生爐排煙污染提出了防治對策，為陶瓷企業(yè)大氣達(dá)標(biāo)排放提供參考。

關(guān)鍵詞：陶瓷生產(chǎn) 噴霧干燥塔 兩段式煤氣發(fā)生爐 煙塵 SO2

中圖分類號：X5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（a）-0104-02

Abstract：Our country is one of the ceramic production and export of major countries， ceramic production in China since 1993， the per capita consumption and exports ranked first in the world. In 2011 the national sales of brick of pottery and porcelain 2011 yuan of above， has been building sanitary ceramics production and consumption power. It took the ceramics production in FaKu County as an example， the gas emission pollutions in the ceramics production process were analyzed ，and the measures of emission reduction for pollution were compared and selected in economics， and thecharacteristics of dust collection and desulphurization in the ceramics production were analyzed and the process of the dust collection and desulphurization were recommended ，andceramics production the preventive treatment measures for the exhaust pollution from the spraying dry tower and two stages gas generation furnace were suggested in the study ，the study provided reference for gas emission satisfying the emission standard in the ceramics production .

Key words：ceramics production；spraying dry tower；two-stage gas generation furnace；dust；sulfur dioxide

目前我國有3000多家建筑陶瓷廠，據(jù)中國陶瓷工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，中國是目前世界最大的陶瓷磚生產(chǎn)國、消費(fèi)國和出口國。2009年中國建筑陶瓷磚產(chǎn)量超過68億m2，約占世界總產(chǎn)量的65%，出口6.88億m2，超過全球陶瓷磚貿(mào)易總量的42%。雖然我國是陶瓷生產(chǎn)大國但還不是強(qiáng)國。目前我國陶瓷行業(yè)存在著企業(yè)數(shù)量多、規(guī)模小、能耗高、污染嚴(yán)重等問題。2009年我國陶瓷磚行業(yè)消耗的能源超過4000萬t標(biāo)煤（以每m2陶瓷磚產(chǎn)品耗費(fèi)6kgce/m2計(jì)算），高能耗高污染的陶瓷行業(yè)對迅速發(fā)展起來的陶瓷產(chǎn)區(qū)及周邊地區(qū)的環(huán)境造成了很大的污染[1-2]

法庫陶瓷工業(yè)園位于沈陽市法庫縣南部的經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)內(nèi)，始建于2004年、2006年建成并投入運(yùn)行?，F(xiàn)有42家陶瓷廠，共有73條窯爐生產(chǎn)線，其中17條采用清潔能源天然氣或科達(dá)循環(huán)流化床煤制氣（已脫硫），56條生產(chǎn)線使用兩段式煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的煤氣，造粒干燥塔和干燥窯工段產(chǎn)生的排煙無任何脫硫設(shè)施，不能達(dá)標(biāo)放；現(xiàn)有的除塵設(shè)施也不能達(dá)標(biāo)排放，急需采取措施對大氣污染物進(jìn)行治理，以滿足陶瓷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB25464—2010）修訂版要求（在空氣過剩系數(shù)為7的情況下，煙塵和SO2排放濃度分別≤30mg/m3和≤50mg/m3），實(shí)現(xiàn)煙塵和SO2達(dá)標(biāo)排放。

1 陶瓷行業(yè)大氣污染物產(chǎn)生及排放狀況分析

陶瓷生產(chǎn)是以長石、高嶺土、石英砂石等為原料，以噴霧干燥造粒塔、輥道窯或隧道窯等為主要的干燥、燒成設(shè)備，以煤、自制煤氣或水煤漿為燃料，其生產(chǎn)工藝流程為：原料破碎→球磨→沉浮→噴霧干燥→壓型→施釉→燒成→產(chǎn)品檢驗(yàn)、出售[3]。陶瓷生產(chǎn)過程中的造粒和燒成兩個(gè)工序是排放大氣污染物的重點(diǎn)源。造粒工序是指陶瓷漿料以霧化的形式噴入噴霧干燥造粒塔內(nèi)，霧化漿料在塔內(nèi)熱源作用下，干燥成粒狀陶瓷原料。造粒塔干燥漿料所需的熱源來自于煤氣、水煤漿或熱風(fēng)爐的熱煙氣等；燒成工序主要是指陶瓷坯模在高溫下燒結(jié)，燒成所需的熱源來自于煤氣。法庫陶瓷生產(chǎn)中噴霧干燥塔熱源主要來自于熱風(fēng)爐的熱煙氣，而熱風(fēng)爐的熱煙氣由燃煤鍋爐制得；燒成工序所需的煤氣主要由兩段式煤氣發(fā)生爐制得。據(jù)統(tǒng)計(jì)陶瓷造粒塔的煙塵和SO2排放初始濃度分別為10000～30000mg/m3和50～300mg/m3；窯的煙塵和SO2排放初始濃度分別為100～1600mg/m3和500～2300mg/m3（以上數(shù)據(jù)基于燃料為水煤漿或重油）。沈陽法庫陶瓷生產(chǎn)熱源以燃煤為主，以沈陽法庫紅太陽陶瓷有限公司為例，紅太陽有3個(gè)噴霧干燥造粒塔和2條窯，每個(gè)造粒塔對應(yīng)一個(gè)煙囪，每條窯上從窯頭到窯尾也有多個(gè)排放口；噴霧干燥造粒塔熱源由燃煤鍋爐制得的熱煙氣提供，窯爐的熱源由自備兩段式煤氣發(fā)生爐制得的煤氣提供。企業(yè)為了節(jié)省資金，燃鍋爐的燃煤與煤氣發(fā)生爐的燃煤不同，煤氣發(fā)生爐所用燃煤熱值高和S份低；而鏈條爐燃煤熱值低和S份高。紅太陽陶瓷有限公司的造粒塔和窯爐的排煙SO2濃度分別為542mg/Nm3和262mg/Nm3（空氣過剩系數(shù)為7）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，法庫陶瓷企業(yè)通常采用兩段式煤氣發(fā)生爐（直徑3.2m），每條生產(chǎn)線耗煤量約23t/d，每年運(yùn)行7個(gè)月（4～10月），共計(jì)214天，耗煤量約4922t/a煤，兩段式煤氣發(fā)生爐燃煤硫份按0.5%計(jì)，每條生產(chǎn)線大約排放39376t/aSO2。

2 陶瓷生產(chǎn)排放大氣污染物減排措施

法庫縣陶瓷工業(yè)園為減少企業(yè)生產(chǎn)排放的大氣污染物量，引入了沈陽科達(dá)潔能燃?xì)庥邢薰荆就顿Y8.5億元，建設(shè)了國內(nèi)規(guī)模最大的循環(huán)流化床清潔煤制氣工程，在園區(qū)內(nèi)建設(shè)20臺(tái)104Nm3/h清潔煤氣化爐，煤氣供應(yīng)量480萬m3/d，實(shí)現(xiàn)集中煤制氣，煙塵和SO2污染物集中治理。科達(dá)清潔煤制氣通過采用先進(jìn)的循環(huán)流化床煤制氣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了杜絕含酚廢水（兩段式煤氣發(fā)生爐煤制氣時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)物）產(chǎn)生。2011年西氣東輸進(jìn)入沈陽后管網(wǎng)鋪設(shè)到法庫縣，市區(qū)民用氣價(jià)格為3.3元/Nm3，工業(yè)用氣價(jià)格為3.9元/Nm3。沈陽市政府為鼓勵(lì)法庫使用天然氣，提高清潔能源的使用比例，法庫天然氣的優(yōu)惠價(jià)格為2.6元/Nm3。兩段式煤氣發(fā)生爐制得煤氣熱值為1350kCal/m3，煤氣成本價(jià)為0.29元/m3；科達(dá)煤制氣熱值為1500kCal/m3，折算到同一熱值煤氣成本價(jià)為0.37元/m3；天然氣熱值為8300kCal/m3，折算同一熱值時(shí)，天然氣折算后價(jià)錢為0.423元/m3。每家企業(yè)大約有兩臺(tái)兩段式煤氣發(fā)生爐，每臺(tái)爐耗煤量23t/d，產(chǎn)煤氣量2800m3/t煤，每臺(tái)爐產(chǎn)煤氣量64400m3/d；全年214天，一家企業(yè)兩臺(tái)兩段式煤氣發(fā)生爐全年生產(chǎn)煤氣2756.32萬m3，成本總計(jì)799.33萬元；若改用科達(dá)煤制氣，同樣數(shù)量的煤氣需耗費(fèi)1019.84萬元；若改用天然氣，同樣數(shù)量的煤氣需耗費(fèi)1057.65萬元。3個(gè)成本相比，成本從高向低順序是天然氣、科達(dá)煤制氣和兩段式煤氣發(fā)生爐煤氣。從使用兩段式煤氣發(fā)生爐煤氣的成本與使用科達(dá)煤制氣的成本比較可以看出，若采用科達(dá)煤制氣陶瓷企業(yè)每年需多投入220.51萬元。兩者資金的巨大差距使得陶瓷企業(yè)不愿意采用清潔煤制氣或天然氣，在國家沒有出臺(tái)淘汰兩段式煤氣發(fā)生爐的產(chǎn)業(yè)政策前，法庫大部分陶瓷企業(yè)準(zhǔn)備繼續(xù)使用兩段式煤氣發(fā)生爐，寧愿一次性投入近千萬元對現(xiàn)有的除塵設(shè)施進(jìn)行升級改造和開展煙氣脫硫工程，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，也不愿意采用科達(dá)煤制氣和天然氣。因此，科學(xué)經(jīng)濟(jì)合理地選擇煙氣凈化工藝，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放至關(guān)重要。

3 煙氣除塵脫硫工藝選擇

按陶瓷生產(chǎn)工藝流程，生產(chǎn)線中的噴霧造粒塔屬生產(chǎn)線頭部位置，而燒成窯屬生產(chǎn)線尾部位置，陶瓷企業(yè)屬老廠，可供除塵脫硫改造工程使用的場地有限。若對兩段式煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)的煤氣中的H2S進(jìn)行脫硫，使兩段式煤氣發(fā)生爐的煤氣達(dá)標(biāo)，則煤氣H2S脫硫工序?qū)儆谛录尤胩沾缮a(chǎn)工藝中，且位于陶瓷生產(chǎn)工序中間環(huán)節(jié)，它的可靠性對陶瓷生產(chǎn)有很大的影響，因此，從維持陶瓷生產(chǎn)長期穩(wěn)定運(yùn)行和脫硫工程場地布置角度出發(fā)，不宜采用煤氣H2S脫硫方式，宜在陶瓷生產(chǎn)尾部進(jìn)行煙氣凈化，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。本著經(jīng)濟(jì)的原則，噴霧干燥造粒塔與窯爐的除塵和脫硫工程宜采用合一的方式，即造粒塔和窯爐通過管道連接，兩者煙氣匯合后再進(jìn)入除塵設(shè)施或脫硫設(shè)施。

以紅太陽陶瓷有限公司為例，現(xiàn)有的陶瓷企業(yè)欲實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，除塵設(shè)施效率需達(dá)到99.5%，噴霧干燥造粒塔的脫硫設(shè)施效率需≥91%，窯爐的脫硫設(shè)施效率需≥81%。造粒塔和窯爐除塵設(shè)施宜采用布袋除塵器，但需要注意的是造粒塔排煙溫度較低，溫度范圍為80～110℃，煙氣濕度較大，煙氣中含氧量較高（O2體積比約為16%），造粒塔間斷運(yùn)行；窯爐煙氣溫度較高140～220℃，煙氣中含氧量較高（O2體積比約為15.4%），因此建議布袋除塵器濾料選用聚苯硫醚（PPS）和聚四氟（PTFE）混合濾料，除塵設(shè)施前須加裝煙氣降溫設(shè)施，使除塵器入口溫度≤115℃，從而減少煙氣中的氧對聚苯硫醚的氧化的機(jī)率，延長濾袋使用壽命。造粒塔排煙間斷運(yùn)行，使得脫硫系統(tǒng)煙氣負(fù)荷波動(dòng)較大，且煙氣中SO2初始濃度較高所需脫硫效率要求較高，因此建議采用成熟可靠的石灰-石膏法煙氣脫硫工藝或氧化鎂煙氣脫硫工藝；如果改造場地適合的情況下，造粒塔與窯爐煙氣混合后也可以采用旋轉(zhuǎn)噴霧吸收煙氣脫硫工藝（SDA-FGD），以降低工程投資和減少占地面積。

4 防治對策

（1）陶瓷燒窯中煤氣燃燒產(chǎn)生的SO2濃度超過50mg/m3，SO2會(huì)對陶瓷產(chǎn)品質(zhì)量有一定影響[4]，因此建議生產(chǎn)高檔陶瓷產(chǎn)品的企業(yè)必須采用清潔能源天然氣。

（2）經(jīng)濟(jì)條件好的陶瓷企業(yè)建議優(yōu)先采用科達(dá)公司的清潔煤制氣。

（3）建議噴霧造粒塔熱源燃煤鍋爐采用低硫煤，最好是燃用兩段式煤氣發(fā)生爐用煤（S份≤0.5%），以減輕后續(xù)除塵脫硫工程的負(fù)擔(dān)和降低工程投資。

（4）除塵工程宜采用管式行噴脈沖布袋除塵器，濾料選用30%聚苯硫醚（PPS）和70%聚四氟（PTFE）的混合濾料，煙氣過濾速度≤1m/min。

（5）建議采用成熟可靠的石灰-石膏法煙氣脫硫工藝或氧化鎂煙氣脫硫工藝；如果改造場地適合的情況下，造粒塔與窯爐煙氣混合后也可以采用旋轉(zhuǎn)噴霧吸收煙氣脫硫工藝（SDA-FGD），以降低工程投資和減少占地面積。

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