法庫陶瓷生產排放煙塵和SO2防治對策研究

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

關鍵詞：陶瓷生產 噴霧干燥塔 兩段式煤氣發生爐 煙塵 SO2

中圖分類號：X5 文獻標識碼：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，據中國陶瓷工業協會統計，中國是目前世界最大的陶瓷磚生產國、消費國和出口國。2009年中國建筑陶瓷磚產量超過68億m2，約占世界總產量的65%，出口6.88億m2，超過全球陶瓷磚貿易總量的42%。雖然我國是陶瓷生產大國但還不是強國。目前我國陶瓷行業存在著企業數量多、規模小、能耗高、污染嚴重等問題。2009年我國陶瓷磚行業消耗的能源超過4000萬t標煤（以每m2陶瓷磚產品耗費6kgce/m2計算），高能耗高污染的陶瓷行業對迅速發展起來的陶瓷產區及周邊地區的環境造成了很大的污染[1-2]

法庫陶瓷工業園位于沈陽市法庫縣南部的經濟開發區內，始建于2004年、2006年建成并投入運行。現有42家陶瓷廠，共有73條窯爐生產線，其中17條采用清潔能源天然氣或科達循環流化床煤制氣（已脫硫），56條生產線使用兩段式煤氣發生爐產生的煤氣，造粒干燥塔和干燥窯工段產生的排煙無任何脫硫設施，不能達標放；現有的除塵設施也不能達標排放，急需采取措施對大氣污染物進行治理，以滿足陶瓷工業污染物排放標準（GB25464—2010）修訂版要求（在空氣過剩系數為7的情況下，煙塵和SO2排放濃度分別≤30mg/m3和≤50mg/m3），實現煙塵和SO2達標排放。

1 陶瓷行業大氣污染物產生及排放狀況分析

陶瓷生產是以長石、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、燒成設備，以煤、自制煤氣或水煤漿為燃料，其生產工藝流程為：原料破碎→球磨→沉浮→噴霧干燥→壓型→施釉→燒成→產品檢驗、出售[3]。陶瓷生產過程中的造粒和燒成兩個工序是排放大氣污染物的重點源。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，霧化漿料在塔內熱源作用下，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、水煤漿或熱風爐的熱煙氣等；燒成工序主要是指陶瓷坯模在高溫下燒結，燒成所需的熱源來自于煤氣。法庫陶瓷生產中噴霧干燥塔熱源主要來自于熱風爐的熱煙氣，而熱風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生爐制得。據統計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（以上數據基于燃料為水煤漿或重油）。沈陽法庫陶瓷生產熱源以燃煤為主，以沈陽法庫紅太陽陶瓷有限公司為例，紅太陽有3個噴霧干燥造粒塔和2條窯，每個造粒塔對應一個煙囪，每條窯上從窯頭到窯尾也有多個排放口；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生爐制得的煤氣提供。企業為了節省資金，燃鍋爐的燃煤與煤氣發生爐的燃煤不同，煤氣發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（空氣過剩系數為7）。據統計，法庫陶瓷企業通常采用兩段式煤氣發生爐（直徑3.2m），每條生產線耗煤量約23t/d，每年運行7個月（4～10月），共計214天，耗煤量約4922t/a煤，兩段式煤氣發生爐燃煤硫份按0.5%計，每條生產線大約排放39376t/aSO2。

2 陶瓷生產排放大氣污染物減排措施

法庫縣陶瓷工業園為減少企業生產排放的大氣污染物量，引入了沈陽科達潔能燃氣有限公司，公司投資8.5億元，建設了國內規模最大的循環流化床清潔煤制氣工程，在園區內建設20臺104Nm3/h清潔煤氣化爐，煤氣供應量480萬m3/d，實現集中煤制氣，煙塵和SO2污染物集中治理。科達清潔煤制氣通過采用先進的循環流化床煤制氣技術，實現了杜絕含酚廢水（兩段式煤氣發生爐煤制氣時產生的副產物）產生。2011年西氣東輸進入沈陽后管網鋪設到法庫縣，市區民用氣價格為3.3元/Nm3，工業用氣價格為3.9元/Nm3。沈陽市政府為鼓勵法庫使用天然氣，提高清潔能源的使用比例，法庫天然氣的優惠價格為2.6元/Nm3。兩段式煤氣發生爐制得煤氣熱值為1350kCal/m3，煤氣成本價為0.29元/m3；科達煤制氣熱值為1500kCal/m3，折算到同一熱值煤氣成本價為0.37元/m3；天然氣熱值為8300kCal/m3，折算同一熱值時，天然氣折算后價錢為0.423元/m3。每家企業大約有兩臺兩段式煤氣發生爐，每臺爐耗煤量23t/d，產煤氣量2800m3/t煤，每臺爐產煤氣量64400m3/d；全年214天，一家企業兩臺兩段式煤氣發生爐全年生產煤氣2756.32萬m3，成本總計799.33萬元；若改用科達煤制氣，同樣數量的煤氣需耗費1019.84萬元；若改用天然氣，同樣數量的煤氣需耗費1057.65萬元。3個成本相比，成本從高向低順序是天然氣、科達煤制氣和兩段式煤氣發生爐煤氣。從使用兩段式煤氣發生爐煤氣的成本與使用科達煤制氣的成本比較可以看出，若采用科達煤制氣陶瓷企業每年需多投入220.51萬元。兩者資金的巨大差距使得陶瓷企業不愿意采用清潔煤制氣或天然氣，在國家沒有出臺淘汰兩段式煤氣發生爐的產業政策前，法庫大部分陶瓷企業準備繼續使用兩段式煤氣發生爐，寧愿一次性投入近千萬元對現有的除塵設施進行升級改造和開展煙氣脫硫工程，實現達標排放，也不愿意采用科達煤制氣和天然氣。因此，科學經濟合理地選擇煙氣凈化工藝，實現達標排放至關重要。

3 煙氣除塵脫硫工藝選擇

按陶瓷生產工藝流程，生產線中的噴霧造粒塔屬生產線頭部位置，而燒成窯屬生產線尾部位置，陶瓷企業屬老廠，可供除塵脫硫改造工程使用的場地有限。若對兩段式煤氣發生爐生產的煤氣中的H2S進行脫硫，使兩段式煤氣發生爐的煤氣達標，則煤氣H2S脫硫工序屬于新加入陶瓷生產工藝中，且位于陶瓷生產工序中間環節，它的可靠性對陶瓷生產有很大的影響，因此，從維持陶瓷生產長期穩定運行和脫硫工程場地布置角度出發，不宜采用煤氣H2S脫硫方式，宜在陶瓷生產尾部進行煙氣凈化，實現達標排放。本著經濟的原則，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入除塵設施或脫硫設施。

以紅太陽陶瓷有限公司為例，現有的陶瓷企業欲實現達標排放，除塵設施效率需達到99.5%，噴霧干燥造粒塔的脫硫設施效率需≥91%，窯爐的脫硫設施效率需≥81%。造粒塔和窯爐除塵設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，除塵設施前須加裝煙氣降溫設施，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率，延長濾袋使用壽命。造粒塔排煙間斷運行，使得脫硫系統煙氣負荷波動較大，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生的SO2濃度超過50mg/m3，SO2會對陶瓷產品質量有一定影響[4]，因此建議生產高檔陶瓷產品的企業必須采用清潔能源天然氣。

（2）經濟條件好的陶瓷企業建議優先采用科達公司的清潔煤制氣。

（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生爐用煤（S份≤0.5%），以減輕后續除塵脫硫工程的負擔和降低工程投資。

（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。

參考文獻

[1]吳宜鍇，劉志鵬，劉明.我國建筑陶瓷工業污染現狀與治理技術[J].中國環保產業，2013（6）：57-64.

[2]彭園花，楊銳.Ф3200兩段式煤氣發生爐的排污及治理[J].廣州化工，2011，39（16）：121-122.

[3]黃天龍，徐昊，金明虎.陶瓷行業氮氧化物產生機理及治理措施的探討[J].佛山陶瓷，2014，24（11）：34-38.

[4]葉昌，夏清.陶瓷生產中SO2的污染與防治[J].1999，33（4）：42-43.