水泥回轉窯煙氣治理探討
摘要:介紹了國家對水泥產業的政策和水泥回轉窯含塵氣體排放標準，分析了水泥回轉窯收塵研究的進展情況及收塵效果，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。
關鍵詞:水泥回轉窯;收塵器;煙氣治理;二次污染
水泥制造業是資源消耗大、能耗大、粉塵污染比較嚴重的行業，國家對水泥廠建設提出了限制措施。水泥廠環境污染問題，特別是粉塵污染問題，一直是水泥制造業的老大難問題。我國水泥生產線規模小、工藝落后的企業占水泥企業的75%以上，這些企業每年排放的粉塵污染物占整個行業的95%。新型干法水泥生產線因其產量大、能耗低、生產工藝穩定、污染容易治理等諸多優點而成為水泥生產線的主流，目前我國已有多條10,000t/d水泥熟料生產線，已具有設計大中規模新型干法水泥生產線和提供大中規模新型干法水泥生產線設備的能力。
1 國家對水泥產業的政策
2005年12月2日國家發展和改革委員會頒布了《產業結構調整指導目錄》(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，且符合國家有關法律、法規和政策規定的，為允許類，允許類不列入《產業結構調整指導目錄》（2005年）中。在該目錄中國家鼓勵日產4000t及以上（西部地區日產2000t）熟料新型干法水泥生產及裝備和配套材料開發；限制水泥立窯、干法中空窯、立波爾窯、濕法窯，日產1500t及以下熟料新型干法水泥生產線；淘汰窯徑 2.5m及以下水泥干法中空窯（生產特種水泥除外）、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線及其大型化。目前我國正在建設和計劃建設的水泥熟料生產線大都在2000t/d以上，尤其以2500t/d，5000t/d生產線最為普遍，因其技術與裝備已很成熟，生產線設備國產化率能達到100%。
目前國內最大的生產線為10,000t/d，海螺水泥集團在銅陵江邊就建有10,000t/d生產線，效果很好。由于規模經濟的發展，10,000t/d、5000t/d、2500t/d生產線的員工人數變化不大，水泥噸電耗、熱耗隨規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線大型化的重要原因之一。水泥生產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污染治理能否取得良好效果的重要環節。
2 水泥回轉窯含塵氣體排放標準
新型干法水泥生產線水泥回轉窯的窯頭、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%。國家環境保護局1996年3月7日頒布了《水泥廠大氣污染物排放標準》（GB4915-1996），該標準對不同的功能區，不同時間建成（建設的水泥廠環保影響報告書（表）批準日期）的水泥廠規定了不同的污染物排放標準，其中1985年8月1日之前建設的水泥廠回轉窯在一類區執行一級標準污染物排放限值150mg/Nm3 ，二類區執行二級標準污染物排放限值400mg/Nm3 ，三類區執行三級標準污染物排放限值 600mg/Nm3 ；1985年8月1日至1996年12月31日之間建設的水泥廠回轉窯在一類區（GB3095）禁止排放污染物，二類區執行二級標準污染物排放限值150mg/Nm3 ，三類區執行三級標準污染物排放限值400mg/Nm3 ；1997年 1月1日起建設的水泥廠回轉窯在一類區（GB3095）禁止排放污染物，二類區執行二級標準污染物排放限值 100mg/Nm3 ，三類區執行三級標準污染物排放限值 150mg/Nm3 。
國家環境保護總局2004年12月29日頒布了《水泥工業大氣污染物排放標準》（GB4915-2004），統一了回轉窯和立窯的排放標準，不再按功能區規定排放標準，對現有生產線實行了統一的標準并設置了達標過渡期，提高了新建生產線水泥工業大氣污染物的排放標準。 2006年7月1日起至2009年12月31日止，現有生產線水泥窯及窯磨一體機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，現有水泥窯及窯磨一體機排氣筒中的顆粒物排放濃度不得超過50mg/Nm3 , 單位產品排放量不得超過0.15kg/t，也就是說，隨著經濟的發展，國家對污染物的排放標準越來越嚴格。水泥窯及窯磨一體機最低允許高度見表1，國外水泥工業粉塵排放標準見表2。
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從世界范圍來看，各國對水泥廠的環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 水泥回轉窯收塵研究的進展情況
20世紀80年代，合肥水泥研究設計院、河南中材環保有限公司、西礦環保科技有限公司先后從美國EE公司、德國魯奇公司引進靜電除塵技術；合肥水泥研究設計院引進美國富樂公司袋式除塵技術，通過消化吸收和改進，開發出一系列袋式除塵設備，廣泛應用于水泥、電力、化工、冶金、鋼鐵等污染物排放量大的行業，在糧食、醫藥等領域也被廣泛應用。
目前國內水泥回轉窯的收塵，約90%使用電收塵器，10%使用袋收塵器，隨著《水泥工業大氣污染物排放標準》(GB4915-2004）的執行，袋收塵器在水泥回轉窯上的使用比例有所上升。窯磨一體機的短流程由于高濃度、高負壓的要求，目前一直使用高濃度、高負壓電收塵器，高濃度、高負壓袋收塵器在此領域尚未有所應用。大量科研、制造和使用環保設備的工作人員對水泥回轉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《水泥工業大氣污染物排放標準》（GB4915-2004）規定的水泥窯及窯磨一體機顆粒物排放濃度不得超過50mg/Nm3 的規定，很多單位和個人在電收塵器、袋收塵器的研究和應用方面做了大量工作，特別是電收塵器，以前在老標準水泥窯及窯磨一體機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準要求的條件下，一般都在50mg/Nm3 以上，以致一些非電收塵器業內人士認為電收塵器顆粒物排放濃度高于《水泥工業大氣污染物排放標準》（GB4915-2004）規定標準，將不適用于水泥回轉窯的收塵。通過合肥水泥研究設計院、河南中材環保有限公司、西礦環保科技有限公司對電收塵器進行的改進與應用，使用結果表明電收塵器在水泥回轉窯上的收塵效果理想，使用效果完全能滿足新標準的要求。合肥水泥研究設計院應用在國投海南水泥有限公司新型干法水泥熟料生產線水泥回轉窯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 。說明電收塵器在設計、制造、安裝、使用得當的情況下完全能滿足新標準的要求。對于環保要求高于國家標準的地區，例如北京自 2007年1月1日起，A區（城近郊區、北京經濟技術開發區和郊區、縣的城區以及北京市政府劃定的其它高污染燃料禁燃區）禁排，B區（A區以外的其它地區）排放濃度要求為不大于30mg/Nm3 ，從達標運行穩定性出發，選用袋收塵器為宜。在執行目前新標準要求的一般地區，電收塵器、袋收塵器都能滿足水泥回轉窯顆粒物排放濃度不大于50mg/Nm3 的排放要求。
目前，我國的環保技術與歐美國家的環保技術已不相上下，但環保設備在制造和使用上與歐美國家還有不小的差距。究其原因，在于目前我國環保設備的生產廠家雖然眾多，但生產裝備與技術參差不齊，生產出來的產品也差別很大。我國是發展中國家，很多企業在發展的同時對污染的治理并沒有足夠的重視。其實國家早在1989年12月26日就頒布了《中華人民共和國環境保護法》，其中第二十四條規定“產生環境污染和其他公害的單位，必須把環境保護工作納入計劃，建立環境保護責任制度；采取有效措施，防治在生產建設或者其他活動中產生的廢氣、廢水、廢渣、粉塵、惡臭氣體、放射性物質以及噪聲振動、電磁波輻射等對環境的污染和危害。”第二十五條規定“新建工業企業和現有工業企業的技術改造，應當采用資源利用率高、污染物排放量少的設備和工藝，采用經濟合理的廢棄物綜合利用技術和污染物處理技術。”第二十六條規定“建設項目中防治污染的措施，必須與主體工程同時設計、同時施工、同時投產使用。防治污染的設施必須經原審批環境影響報告書的環境保護行政主管部門驗收合格后，該建設項目方可投入生產或者使用。”近年來國家加大了環保的監督和治理的力度，2002年10月28日頒布了《中華人民共和國環境影響評價法》，其中規定根據建設項目對環境的影響程度，建設單位分別組織編制環境影響報告書、環境影響報告表或者填報環境影響登記表（統稱環境影響評價文件）。環境影響評價文件是建設項目環保驗收的重要依據之一。對于水泥行業，2004年12月29日頒布了《水泥工業大氣污染物排放標準》（GB4915-2004），對水泥行業的環境保護提出了更高的要求。隨著國家對環保監督和治理的力度的加大和新標準的實施，水泥生產廠家也加大了對環保設備性能的要求，環保設備制造廠家在生產工藝和產品質量上也都做了改進。
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線廢氣量的60%，其中窯尾廢氣約占整個水泥生產線廢氣量的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人員對窯尾廢氣收塵進行研究，并對收塵設備進行技術革新，以期達到更好的效果。對于水泥回轉窯窯尾廢氣治理選用電收塵器還是袋收塵器，選用袋收塵器時應該選用哪個系列的袋收塵器，有過很多探討。有的認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；有的認為窯尾收塵選用電收塵器好，有的認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，也給工藝設計人員在設備選用和選型時增加了難度。由于所從事工作的重點不一樣，所以得出的結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，做到達標排放。因此如何正確合理地選擇與使用窯尾收塵設備，做到既能滿足環保要求又能產生更大的經濟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標情況分別見表3、表4。
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4 清潔生產理念
2002年6月29日頒布的《中華人民共和國清潔生產促進法》第二條指出“本法所稱清潔生產，是指不斷采取改進設計、使用清潔的能源和原料、采用先進的工藝技術與設備、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、服務和產品使用過程中污染物的產生和排放，以減輕或者消除對人類健康和環境的危害。”收塵器是環保設備，但它本身又是有生命周期的設備，在進行除塵過程中會消耗動力資源，同時產生廢物，需要定期或不定期地更換部件。收塵器在生命周期內產生的廢物少，對環境的影響就小，產生的廢物可以回收再利用，對環境的影響也小。電收塵器整個生命周期本身產生的廢物少，更換下來的部件材料大都是鋼鐵質材料，回收利用方便，基本不會對環境再產生污染。袋收塵器整個生命周期本身產生的廢物較多，需要更換大量濾袋，更換下來的濾袋回收利用難度大，容易對環境形成二次污染。以5000t/d新型干法水泥生產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品使其進入產品鏈，減少對環境的污染將是一個很好也很必要的研究方向。選擇收塵設備時應該從清潔生產的角度考慮，盡量減少設備使用過程中產生的污染。
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