水泥回轉(zhuǎn)窯煙氣治理探討
摘要:介紹了國家對水泥產(chǎn)業(yè)的政策和水泥回轉(zhuǎn)窯含塵氣體排放標(biāo)準(zhǔn)，分析了水泥回轉(zhuǎn)窯收塵研究的進(jìn)展情況及收塵效果，對電收塵器及袋收塵器的收塵效果作了比較，并提出了廢舊濾袋二次污染問題。
關(guān)鍵詞:水泥回轉(zhuǎn)窯;收塵器;煙氣治理;二次污染
水泥制造業(yè)是資源消耗大、能耗大、粉塵污染比較嚴(yán)重的行業(yè)，國家對水泥廠建設(shè)提出了限制措施。水泥廠環(huán)境污染問題，特別是粉塵污染問題，一直是水泥制造業(yè)的老大難問題。我國水泥生產(chǎn)線規(guī)模小、工藝落后的企業(yè)占水泥企業(yè)的75%以上，這些企業(yè)每年排放的粉塵污染物占整個行業(yè)的95%。新型干法水泥生產(chǎn)線因其產(chǎn)量大、能耗低、生產(chǎn)工藝穩(wěn)定、污染容易治理等諸多優(yōu)點(diǎn)而成為水泥生產(chǎn)線的主流，目前我國已有多條10,000t/d水泥熟料生產(chǎn)線，已具有設(shè)計(jì)大中規(guī)模新型干法水泥生產(chǎn)線和提供大中規(guī)模新型干法水泥生產(chǎn)線設(shè)備的能力。
1 國家對水泥產(chǎn)業(yè)的政策
2005年12月2日國家發(fā)展和改革委員會頒布了《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》(2005年）。該目錄由鼓勵、限制、淘汰三類目錄組成。不屬于鼓勵類、限制類和淘汰類，且符合國家有關(guān)法律、法規(guī)和政策規(guī)定的，為允許類，允許類不列入《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》（2005年）中。在該目錄中國家鼓勵日產(chǎn)4000t及以上（西部地區(qū)日產(chǎn)2000t）熟料新型干法水泥生產(chǎn)及裝備和配套材料開發(fā)；限制水泥立窯、干法中空窯、立波爾窯、濕法窯，日產(chǎn)1500t及以下熟料新型干法水泥生產(chǎn)線；淘汰窯徑 2.5m及以下水泥干法中空窯（生產(chǎn)特種水泥除外）、水泥（土）蛋窯、普通立窯。從該目錄中可以看出國家鼓勵新型干法水泥熟料生產(chǎn)線及其大型化。目前我國正在建設(shè)和計(jì)劃建設(shè)的水泥熟料生產(chǎn)線大都在2000t/d以上，尤其以2500t/d，5000t/d生產(chǎn)線最為普遍，因其技術(shù)與裝備已很成熟，生產(chǎn)線設(shè)備國產(chǎn)化率能達(dá)到100%。
目前國內(nèi)最大的生產(chǎn)線為10,000t/d，海螺水泥集團(tuán)在銅陵江邊就建有10,000t/d生產(chǎn)線，效果很好。由于規(guī)模經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，10,000t/d、5000t/d、2500t/d生產(chǎn)線的員工人數(shù)變化不大，水泥噸電耗、熱耗隨規(guī)模的增大均有所下降，總體平均效益率上升。這也是國家鼓勵水泥生產(chǎn)線大型化的重要原因之一。水泥生產(chǎn)線的大型化也有利于淘汰小水泥，而淘汰小水泥是水泥工業(yè)污染治理能否取得良好效果的重要環(huán)節(jié)。
2 水泥回轉(zhuǎn)窯含塵氣體排放標(biāo)準(zhǔn)
新型干法水泥生產(chǎn)線水泥回轉(zhuǎn)窯的窯頭、窯尾是水泥廠最大的粉塵污染源，窯頭、窯尾廢氣總量約占全廠廢氣總量的60%。國家環(huán)境保護(hù)局1996年3月7日頒布了《水泥廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915-1996），該標(biāo)準(zhǔn)對不同的功能區(qū)，不同時間建成（建設(shè)的水泥廠環(huán)保影響報告書（表）批準(zhǔn)日期）的水泥廠規(guī)定了不同的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，其中1985年8月1日之前建設(shè)的水泥廠回轉(zhuǎn)窯在一類區(qū)執(zhí)行一級標(biāo)準(zhǔn)污染物排放限值150mg/Nm3 ，二類區(qū)執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)污染物排放限值400mg/Nm3 ，三類區(qū)執(zhí)行三級標(biāo)準(zhǔn)污染物排放限值 600mg/Nm3 ；1985年8月1日至1996年12月31日之間建設(shè)的水泥廠回轉(zhuǎn)窯在一類區(qū)（GB3095）禁止排放污染物，二類區(qū)執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)污染物排放限值150mg/Nm3 ，三類區(qū)執(zhí)行三級標(biāo)準(zhǔn)污染物排放限值400mg/Nm3 ；1997年 1月1日起建設(shè)的水泥廠回轉(zhuǎn)窯在一類區(qū)（GB3095）禁止排放污染物，二類區(qū)執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)污染物排放限值 100mg/Nm3 ，三類區(qū)執(zhí)行三級標(biāo)準(zhǔn)污染物排放限值 150mg/Nm3 。
國家環(huán)境保護(hù)總局2004年12月29日頒布了《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915-2004），統(tǒng)一了回轉(zhuǎn)窯和立窯的排放標(biāo)準(zhǔn)，不再按功能區(qū)規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)，對現(xiàn)有生產(chǎn)線實(shí)行了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)并設(shè)置了達(dá)標(biāo)過渡期，提高了新建生產(chǎn)線水泥工業(yè)大氣污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)。 2006年7月1日起至2009年12月31日止，現(xiàn)有生產(chǎn)線水泥窯及窯磨一體機(jī)排氣筒中的顆粒物排放濃度不得超過 100mg/Nm3 ；自2010年1月1日起，現(xiàn)有水泥窯及窯磨一體機(jī)排氣筒中的顆粒物排放濃度不得超過50mg/Nm3 , 單位產(chǎn)品排放量不得超過0.15kg/t，也就是說，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國家對污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格。水泥窯及窯磨一體機(jī)最低允許高度見表1，國外水泥工業(yè)粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)見表2。
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從世界范圍來看，各國對水泥廠的環(huán)保要求也是越來越高，因此做好水泥廠最大污染源水泥窯的污染治理意義重大。
3 水泥回轉(zhuǎn)窯收塵研究的進(jìn)展情況
20世紀(jì)80年代，合肥水泥研究設(shè)計(jì)院、河南中材環(huán)保有限公司、西礦環(huán)？萍加邢薰鞠群髲拿绹鳨E公司、德國魯奇公司引進(jìn)靜電除塵技術(shù)；合肥水泥研究設(shè)計(jì)院引進(jìn)美國富樂公司袋式除塵技術(shù)，通過消化吸收和改進(jìn)，開發(fā)出一系列袋式除塵設(shè)備，廣泛應(yīng)用于水泥、電力、化工、冶金、鋼鐵等污染物排放量大的行業(yè)，在糧食、醫(yī)藥等領(lǐng)域也被廣泛應(yīng)用。
目前國內(nèi)水泥回轉(zhuǎn)窯的收塵，約90%使用電收塵器，10%使用袋收塵器，隨著《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4915-2004）的執(zhí)行，袋收塵器在水泥回轉(zhuǎn)窯上的使用比例有所上升。窯磨一體機(jī)的短流程由于高濃度、高負(fù)壓的要求，目前一直使用高濃度、高負(fù)壓電收塵器，高濃度、高負(fù)壓袋收塵器在此領(lǐng)域尚未有所應(yīng)用。大量科研、制造和使用環(huán)保設(shè)備的工作人員對水泥回轉(zhuǎn)窯收塵做了大量工作，在電收塵器、袋收塵器使用方面都取得了很大成績。針對《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915-2004）規(guī)定的水泥窯及窯磨一體機(jī)顆粒物排放濃度不得超過50mg/Nm3 的規(guī)定，很多單位和個人在電收塵器、袋收塵器的研究和應(yīng)用方面做了大量工作，特別是電收塵器，以前在老標(biāo)準(zhǔn)水泥窯及窯磨一體機(jī)顆粒物排放濃度不得超過100mg/Nm3 時，出于減少投資方面的考慮，電收塵器顆粒物排放濃度在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的條件下，一般都在50mg/Nm3 以上，以致一些非電收塵器業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為電收塵器顆粒物排放濃度高于《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915-2004）規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，將不適用于水泥回轉(zhuǎn)窯的收塵。通過合肥水泥研究設(shè)計(jì)院、河南中材環(huán)保有限公司、西礦環(huán)？萍加邢薰緦﹄娛諌m器進(jìn)行的改進(jìn)與應(yīng)用，使用結(jié)果表明電收塵器在水泥回轉(zhuǎn)窯上的收塵效果理想，使用效果完全能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求。合肥水泥研究設(shè)計(jì)院應(yīng)用在國投海南水泥有限公司新型干法水泥熟料生產(chǎn)線水泥回轉(zhuǎn)窯2500t/d窯尾、窯頭的電收塵器出口排放濃度分別為 42.5mg/Nm3 、26.6mg/Nm3 。說明電收塵器在設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用得當(dāng)?shù)那闆r下完全能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求。對于環(huán)保要求高于國家標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)，例如北京自 2007年1月1日起，A區(qū)（城近郊區(qū)、北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)和郊區(qū)、縣的城區(qū)以及北京市政府劃定的其它高污染燃料禁燃區(qū)）禁排，B區(qū)（A區(qū)以外的其它地區(qū)）排放濃度要求為不大于30mg/Nm3 ，從達(dá)標(biāo)運(yùn)行穩(wěn)定性出發(fā)，選用袋收塵器為宜。在執(zhí)行目前新標(biāo)準(zhǔn)要求的一般地區(qū)，電收塵器、袋收塵器都能滿足水泥回轉(zhuǎn)窯顆粒物排放濃度不大于50mg/Nm3 的排放要求。
目前，我國的環(huán)保技術(shù)與歐美國家的環(huán)保技術(shù)已不相上下，但環(huán)保設(shè)備在制造和使用上與歐美國家還有不小的差距。究其原因，在于目前我國環(huán)保設(shè)備的生產(chǎn)廠家雖然眾多，但生產(chǎn)裝備與技術(shù)參差不齊，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品也差別很大。我國是發(fā)展中國家，很多企業(yè)在發(fā)展的同時對污染的治理并沒有足夠的重視。其實(shí)國家早在1989年12月26日就頒布了《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》，其中第二十四條規(guī)定“產(chǎn)生環(huán)境污染和其他公害的單位，必須把環(huán)境保護(hù)工作納入計(jì)劃，建立環(huán)境保護(hù)責(zé)任制度；采取有效措施，防治在生產(chǎn)建設(shè)或者其他活動中產(chǎn)生的廢氣、廢水、廢渣、粉塵、惡臭氣體、放射性物質(zhì)以及噪聲振動、電磁波輻射等對環(huán)境的污染和危害。”第二十五條規(guī)定“新建工業(yè)企業(yè)和現(xiàn)有工業(yè)企業(yè)的技術(shù)改造，應(yīng)當(dāng)采用資源利用率高、污染物排放量少的設(shè)備和工藝，采用經(jīng)濟(jì)合理的廢棄物綜合利用技術(shù)和污染物處理技術(shù)。”第二十六條規(guī)定“建設(shè)項(xiàng)目中防治污染的措施，必須與主體工程同時設(shè)計(jì)、同時施工、同時投產(chǎn)使用。防治污染的設(shè)施必須經(jīng)原審批環(huán)境影響報告書的環(huán)境保護(hù)行政主管部門驗(yàn)收合格后，該建設(shè)項(xiàng)目方可投入生產(chǎn)或者使用。”近年來國家加大了環(huán)保的監(jiān)督和治理的力度，2002年10月28日頒布了《中華人民共和國環(huán)境影響評價法》，其中規(guī)定根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目對環(huán)境的影響程度，建設(shè)單位分別組織編制環(huán)境影響報告書、環(huán)境影響報告表或者填報環(huán)境影響登記表（統(tǒng)稱環(huán)境影響評價文件）。環(huán)境影響評價文件是建設(shè)項(xiàng)目環(huán)保驗(yàn)收的重要依據(jù)之一。對于水泥行業(yè)，2004年12月29日頒布了《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915-2004），對水泥行業(yè)的環(huán)境保護(hù)提出了更高的要求。隨著國家對環(huán)保監(jiān)督和治理的力度的加大和新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，水泥生產(chǎn)廠家也加大了對環(huán)保設(shè)備性能的要求，環(huán)保設(shè)備制造廠家在生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量上也都做了改進(jìn)。
利用窯尾廢氣烘干工藝的水泥窯尾窯頭廢氣量約占整個水泥生產(chǎn)線廢氣量的60%，其中窯尾廢氣約占整個水泥生產(chǎn)線廢氣量的36%。由于窯尾廢氣溫度高、煙氣量大，比較難治理，每年都有大量的技術(shù)人員對窯尾廢氣收塵進(jìn)行研究，并對收塵設(shè)備進(jìn)行技術(shù)革新，以期達(dá)到更好的效果。對于水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣治理選用電收塵器還是袋收塵器，選用袋收塵器時應(yīng)該選用哪個系列的袋收塵器，有過很多探討。有的認(rèn)為電收塵器的電耗比袋收塵器高，投資比袋收塵器大；有的認(rèn)為電收塵器的電耗比袋收塵器低，電收塵器的投資比袋收塵器少；有的認(rèn)為窯尾收塵選用電收塵器好，有的認(rèn)為窯尾收塵選用袋收塵器好，眾說紛紜，給水泥廠投資者帶來很大的困惑，也給工藝設(shè)計(jì)人員在設(shè)備選用和選型時增加了難度。由于所從事工作的重點(diǎn)不一樣，所以得出的結(jié)論有所差異也在情理之中。從使用效果來看，電收塵器和袋收塵器在窯尾廢氣治理中都能滿足排放濃度不大于50mg/Nm3 的要求，做到達(dá)標(biāo)排放。因此如何正確合理地選擇與使用窯尾收塵設(shè)備，做到既能滿足環(huán)保要求又能產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益就顯得尤為重要。部分水泥廠電收塵器與袋收塵器出口排放濃度及達(dá)標(biāo)情況分別見表3、表4。
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4 清潔生產(chǎn)理念
2002年6月29日頒布的《中華人民共和國清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》第二條指出“本法所稱清潔生產(chǎn)，是指不斷采取改進(jìn)設(shè)計(jì)、使用清潔的能源和原料、采用先進(jìn)的工藝技術(shù)與設(shè)備、改善管理、綜合利用等措施，從源頭削減污染，提高資源利用效率，減少或者避免生產(chǎn)、服務(wù)和產(chǎn)品使用過程中污染物的產(chǎn)生和排放，以減輕或者消除對人類健康和環(huán)境的危害。”收塵器是環(huán)保設(shè)備，但它本身又是有生命周期的設(shè)備，在進(jìn)行除塵過程中會消耗動力資源，同時產(chǎn)生廢物，需要定期或不定期地更換部件。收塵器在生命周期內(nèi)產(chǎn)生的廢物少，對環(huán)境的影響就小，產(chǎn)生的廢物可以回收再利用，對環(huán)境的影響也小。電收塵器整個生命周期本身產(chǎn)生的廢物少，更換下來的部件材料大都是鋼鐵質(zhì)材料，回收利用方便，基本不會對環(huán)境再產(chǎn)生污染。袋收塵器整個生命周期本身產(chǎn)生的廢物較多，需要更換大量濾袋，更換下來的濾袋回收利用難度大，容易對環(huán)境形成二次污染。以5000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線窯尾袋收塵器為例，平均每年更換的濾袋約 5.47噸，加上濾袋里面粘附的粉塵，總共約10噸。這么多的廢物很難回收再利用，容易對環(huán)境形成二次污染。因此，將廢舊濾袋回收作為原材料加工成濾料或其它產(chǎn)品使其進(jìn)入產(chǎn)品鏈，減少對環(huán)境的污染將是一個很好也很必要的研究方向。選擇收塵設(shè)備時應(yīng)該從清潔生產(chǎn)的角度考慮，盡量減少設(shè)備使用過程中產(chǎn)生的污染。
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