2018法库陶瓷生产排放烟尘和SO2防治对策研究
摘 要：我国是陶瓷生产及出口的主要国家之一，自1993年起我国陶瓷产量、人均消费及出口量均位列世界第一。2011年全国累计销售陶瓷砖3000亿元以上，已经成为建筑卫生陶瓷生产和消费大国。该文以法库陶瓷生产为例，从环境工程的角度研究陶瓷行业的环境保护，分析了陶瓷生产过程中的大气污染物排放状况;对污染物减排措施进行比选;分析了陶瓷生产除尘脱硫的特点及推荐了除尘脱硫工艺;对喷雾干燥塔和两段式煤气发生炉排烟污染提出了防治对策，为陶瓷企业大气达标排放提供参考。关键词：陶瓷生产 喷雾干燥塔 两段式煤气发生炉 烟尘 SO2
目前我国有3000多家建筑陶瓷厂，据中国陶瓷工业协会统计，中国是目前世界最大的陶瓷砖生产国、消费国和出口国。2009年中国建筑陶瓷砖产量超过68亿m2，约占世界总产量的65%，出口6.88亿m2，超过全球陶瓷砖贸易总量的42%。虽然我国是陶瓷生产大国但还不是强国。目前我国陶瓷行业存在着企业数量多、规模小、能耗高、污染严重等问题。2009年我国陶瓷砖行业消耗的能源超过4000万t标煤(以每m2陶瓷砖产品耗费6kgce/m2计算)，高能耗高污染的陶瓷行业对迅速发展起来的陶瓷产区及周边地区的环境造成了很大的污染
法库陶瓷工业园位于沈阳市法库县南部的经济开发区内，始建于2004年、2006年建成并投入运行。现有42家陶瓷厂，共有73条窑炉生产线，其中17条采用清洁能源天然气或科达循环流化床煤制气(已脱硫)，56条生产线使用两段式煤气发生炉产生的煤气，造粒干燥塔和干燥窑工段产生的排烟无任何脱硫设施，不能达标放;现有的除尘设施也不能达标排放，急需采取措施对大气污染物进行治理，以满足陶瓷工业污染物排放标准(GB25464―2010)修订版要求(在空气过剩系数为7的情况下，烟尘和SO2排放浓度分别30mg/m3和50mg/m3)，实现烟尘和SO2达标排放。
1 陶瓷行业大气污染物产生及排放状况分析
陶瓷生产是以长石、高岭土、石英砂石等为原料，以喷雾干燥造粒塔、辊道窑或隧道窑等为主要的干燥、烧成设备，以煤、自制煤气或水煤浆为燃料，其生产工艺流程为：原料破碎球磨沉浮喷雾干燥压型施釉烧成产品检验、出售。陶瓷生产过程中的造粒和烧成两个工序是排放大气污染物的重点源。造粒工序是指陶瓷浆料以雾化的形式喷入喷雾干燥造粒塔内，雾化浆料在塔内热源作用下，干燥成粒状陶瓷原料。造粒塔干燥浆料所需的热源来自于煤气、水煤浆或热风炉的热烟气等;烧成工序主要是指陶瓷坯模在高温下烧结，烧成所需的热源来自于煤气。法库陶瓷生产中喷雾干燥塔热源主要来自于热风炉的热烟气，而热风炉的热烟气由燃煤锅炉制得;烧成工序所需的煤气主要由两段式煤气发生炉制得。据统计陶瓷造粒塔的烟尘和SO2排放初始浓度分别为10000～30000mg/m3和50～300mg/m3;窑的烟尘和SO2排放初始浓度分别为100～1600mg/m3和500～2300mg/m3(以上数据基于燃料为水煤浆或重油)。沈阳法库陶瓷生产热源以燃煤为主，以沈阳法库红太阳陶瓷有限公司为例，红太阳有3个喷雾干燥造粒塔和2条窑，每个造粒塔对应一个烟囱，每条窑上从窑头到窑尾也有多个排放口;喷雾干燥造粒塔热源由燃煤锅炉制得的热烟气提供，窑炉的热源由自备两段式煤气发生炉制得的煤气提供。企业为了节省资金，燃锅炉的燃煤与煤气发生炉的燃煤不同，煤气发生炉所用燃煤热值高和S份低;而链条炉燃煤热值低和S份高。红太阳陶瓷有限公司的造粒塔和窑炉的排烟SO2浓度分别为542mg/Nm3和262mg/Nm3(空气过剩系数为7)。据统计，法库陶瓷企业通常采用两段式煤气发生炉(直径3.2m)，每条生产线耗煤量约23t/d，每年运行7个月(4～10月)，共计214天，耗煤量约4922t/a煤，两段式煤气发生炉燃煤硫份按0.5%计，每条生产线大约排放39376t/aSO2。
2 陶瓷生产排放大气污染物减排措施
法库县陶瓷工业园为减少企业生产排放的大气污染物量，引入了沈阳科达洁能燃气有限公司，公司投资8.5亿元，建设了国内规模最大的循环流化床清洁煤制气工程，在园区内建设20台104Nm3/h清洁煤气化炉，煤气供应量480万m3/d，实现集中煤制气，烟尘和SO2污染物集中治理。科达清洁煤制气通过采用先进的循环流化床煤制气技术，实现了杜绝含酚废水(两段式煤气发生炉煤制气时产生的副产物)产生。2011年西气东输进入沈阳后管网铺设到法库县，市区民用气价格为3.3元/Nm3，工业用气价格为3.9元/Nm3。沈阳市政府为鼓励法库使用天然气，提高清洁能源的使用比例，法库天然气的优惠价格为2.6元/Nm3。两段式煤气发生炉制得煤气热值为1350kCal/m3，煤气成本价为0.29元/m3;科达煤制气热值为1500kCal/m3，折算到同一热值煤气成本价为0.37元/m3;天然气热值为8300kCal/m3，折算同一热值时，天然气折算后价钱为0.423元/m3。每家企业大约有两台两段式煤气发生炉，每台炉耗煤量23t/d，产煤气量2800m3/t煤，每台炉产煤气量64400m3/d;全年214天，一家企业两台两段式煤气发生炉全年生产煤气2756.32万m3，成本总计799.33万元;若改用科达煤制气，同样数量的煤气需耗费1019.84万元;若改用天然气，同样数量的煤气需耗费1057.65万元。3个成本相比，成本从高向低顺序是天然气、科达煤制气和两段式煤气发生炉煤气。从使用两段式煤气发生炉煤气的成本与使用科达煤制气的成本比较可以看出，若采用科达煤制气陶瓷企业每年需多投入220.51万元。两者资金的巨大差距使得陶瓷企业不愿意采用清洁煤制气或天然气，在国家没有出台淘汰两段式煤气发生炉的产业政策前，法库大部分陶瓷企业准备继续使用两段式煤气发生炉，宁愿一次性投入近千万元对现有的除尘设施进行升级改造和开展烟气脱硫工程，实现达标排放，也不愿意采用科达煤制气和天然气。因此，科学经济合理地选择烟气净化工艺，实现达标排放至关重要。
3 烟气除尘脱硫工艺选择
按陶瓷生产工艺流程，生产线中的喷雾造粒塔属生产线头部位置，而烧成窑属生产线尾部位置，陶瓷企业属老厂，可供除尘脱硫改造工程使用的场地有限。若对两段式煤气发生炉生产的煤气中的H2S进行脱硫，使两段式煤气发生炉的煤气达标，则煤气H2S脱硫工序属于新加入陶瓷生产工艺中，且位于陶瓷生产工序中间环节，它的可靠性对陶瓷生产有很大的影响，因此，从维持陶瓷生产长期稳定运行和脱硫工程场地布置角度出发，不宜采用煤气H2S脱硫方式，宜在陶瓷生产尾部进行烟气净化，实现达标排放。本着经济的原则，喷雾干燥造粒塔与窑炉的除尘和脱硫工程宜采用合一的方式，即造粒塔和窑炉通过管道连接，两者烟气汇合后再进入除尘设施或脱硫设施。
以红太阳陶瓷有限公司为例，现有的陶瓷企业欲实现达标排放，除尘设施效率需达到99.5%，喷雾干燥造粒塔的脱硫设施效率需91%，窑炉的脱硫设施效率需81%。造粒塔和窑炉除尘设施宜采用布袋除尘器，但需要注意的是造粒塔排烟温度较低，温度范围为80～110℃，烟气湿度较大，烟气中含氧量较高(O2体积比约为16%)，造粒塔间断运行;窑炉烟气温度较高140～220℃，烟气中含氧量较高(O2体积比约为15.4%)，因此建议布袋除尘器滤料选用聚苯硫醚(PPS)和聚四氟(PTFE)混合滤料，除尘设施前须加装烟气降温设施，使除尘器入口温度115℃，从而减少烟气中的氧对聚苯硫醚的氧化的机率，延长滤袋使用寿命。造粒塔排烟间断运行，使得脱硫系统烟气负荷波动较大，且烟气中SO2初始浓度较高所需脱硫效率要求较高，因此建议采用成熟可靠的石灰-石膏法烟气脱硫工艺或氧化镁烟气脱硫工艺;如果改造场地适合的情况下，造粒塔与窑炉烟气混合后也可以采用旋转喷雾吸收烟气脱硫工艺(SDA-FGD)，以降低工程投资和减少占地面积。
4 防治对策
(1)陶瓷烧窑中煤气燃烧产生的SO2浓度超过50mg/m3，SO2会对陶瓷产品质量有一定影响，因此建议生产高档陶瓷产品的企业必须采用清洁能源天然气。
(2)经济条件好的陶瓷企业建议优先采用科达公司的清洁煤制气。
(3)建议喷雾造粒塔热源燃煤锅炉采用低硫煤，最好是燃用两段式煤气发生炉用煤(S份0.5%)，以减轻后续除尘脱硫工程的负担和降低工程投资。
(4)除尘工程宜采用管式行喷脉冲布袋除尘器，滤料选用30%聚苯硫醚(PPS)和70%聚四氟(PTFE)的混合滤料，烟气过滤速度1m/min。
(5)建议采用成熟可靠的石灰-石膏法烟气脱硫工艺或氧化镁烟气脱硫工艺;如果改造场地适合的情况下，造粒塔与窑炉烟气混合后也可以采用旋转喷雾吸收烟气脱硫工艺(SDA-FGD)，以降低工程投资和减少占地面积。
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