環(huán)保技術(shù)在建陶清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用及發(fā)展

黃建起，陳志田

(佛山賽因迪環(huán)保科技有限公司，廣東 佛山 528222)

環(huán)保技術(shù)在建陶清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用及發(fā)展

黃建起，陳志田

(佛山賽因迪環(huán)保科技有限公司，廣東 佛山 528222)

闡述了建筑陶瓷生產(chǎn)中的污染物來源并提出了相應(yīng)的治理措施，著重提出了建筑陶瓷煙氣環(huán)保綜合治理技術(shù)。

環(huán)保技術(shù)；建筑陶瓷；清潔生產(chǎn)；應(yīng)用

0 引 言

目前，中國(guó)已成為世界最大的建筑陶瓷生產(chǎn)國(guó)，年產(chǎn)能近140億平米。建陶生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生的大量SO2、NOx及顆粒物，同時(shí)產(chǎn)生的廢水、廢渣及其處理也是制約建陶行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)瓶頸。通過對(duì)2014年行業(yè)污染物排放統(tǒng)計(jì)，其中煙粉塵總量為10萬噸、SO228萬噸、NOX40萬噸，建陶行業(yè)對(duì)環(huán)境的影響不可小覷，環(huán)保治理迫在眉睫。

1 建筑陶瓷生產(chǎn)中的污染物來源及治理措施

1.1 廢水

(1)常規(guī)廢水：來源于原料制漿、釉料制備、噴干塔沖洗、拋光冷卻水、設(shè)備及地面沖洗等環(huán)節(jié)。

治污措施：這些廢水中的污染物以懸浮物為主，可通過加入絮凝劑，實(shí)現(xiàn)泥水分層。經(jīng)過沉降后的廢水，可在內(nèi)部循環(huán)使用，如：沖洗水用于制漿、拋光水循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)廢水零排放。

(2)酚水：窯爐大部分使用發(fā)生爐煤氣，因工藝所限，酚水(含酚冷凝水和水封水)的產(chǎn)生不可避免，其中含有酚類、氰化物、焦油等有毒、有害物質(zhì)，對(duì)人體、水體及農(nóng)作物有嚴(yán)重危害，如有泄露或處理不慎，就會(huì)導(dǎo)致惡性的環(huán)境污染事件。

治理措施：目前，建陶企業(yè)有兩種處理方式：一是混入噴干塔水煤漿(或鏈排爐加裝噴槍)，進(jìn)行焚燒處理，但存在燃燒不徹底、隨煙氣夾帶逃逸及磚坯酚水殘留問題(有企業(yè)將酚水摻于球磨機(jī)制漿，但其膠解困難)；二是交給具有處置化學(xué)危險(xiǎn)品資質(zhì)的專業(yè)公司。

建議：由于受噴干塔熱風(fēng)爐溫度限制，酚水焚燒不完全，因此應(yīng)建造專門的焚燒爐，對(duì)酚水進(jìn)行徹底的無害化治理(注：最初引進(jìn)吸收國(guó)外煤制氣技術(shù)時(shí)，都配套有專門的酚水焚燒爐)。

1.2 粉塵

(1)產(chǎn)生途徑：原料的堆放及破碎、煤場(chǎng)、皮帶輸送、喂料機(jī)上料、混料、壓機(jī)壓制、噴霧塔制粉等環(huán)節(jié)。

(2)治理措施：粉塵控制應(yīng)考慮源頭、擴(kuò)散途徑等因素，采取多種技術(shù)及手段相結(jié)合，采取原料場(chǎng)覆蓋、輸送帶密封、塔下篩密封、壓機(jī)配置除塵等治理措施(注：噴干塔煙氣中的顆粒物治理在第三章介紹)。

1.3 固廢

(1)廢品：分為生坯廢品、干燥廢品、素?zé)龔U品、成品廢品等，建陶行業(yè)每年會(huì)產(chǎn)生的廢品多達(dá)100萬噸。

治理措施：生坯廢品、干燥廢品一般可化漿回用；成品廢坯可作為建筑填料，如制作水泥瓦、水泥砌塊、陶粒等，也可做路面基層材料。

(2)廢泥、廢渣：拋光、磨邊時(shí)產(chǎn)生，主要是瓷磚碎屑及磨具中的碳化硅。

治理措施：可開發(fā)用于制造輕質(zhì)磚、廣場(chǎng)磚及透水磚，如不影響產(chǎn)品質(zhì)量，也可回收利用。

1.4 煙氣

煙氣主要來源于以下兩個(gè)環(huán)節(jié)：①噴霧干燥塔；②窯爐。

2 建陶煙氣環(huán)保綜合治理技術(shù)

大部分建陶企業(yè)的窯爐采用發(fā)生爐煤氣，噴干塔采用煤粉或水煤漿。我國(guó)煤資源豐富而天然氣貧乏，單純改用天然氣等清潔燃料，雖可有效減少前端SO2的產(chǎn)生，但因煙氣中污染物為多途徑產(chǎn)生，單純窯爐改用清潔能源也不能實(shí)現(xiàn)完全達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)還會(huì)大幅增加生產(chǎn)成本。因此，最適宜的治理模式就是對(duì)煙氣進(jìn)行末端治理。根據(jù)建陶行業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，借鑒其他行業(yè)環(huán)保的最新技術(shù)，對(duì)煙氣進(jìn)行綜合治理以實(shí)現(xiàn)超低排放，須對(duì)原有傳統(tǒng)脫硫、脫硝和除塵進(jìn)行系統(tǒng)性的創(chuàng)新升級(jí)。煙氣綜合治理技術(shù)由低氮燃燒、SNCR脫硝、SCR脫硝、布袋除塵、煙氣脫硫、濕電除塵等系統(tǒng)構(gòu)成，通過逐級(jí)脫硝、除塵、脫硫以及濕電除塵深度處理，真正實(shí)現(xiàn)建陶煙氣污染物的一體化綜合治理，滿足未來的環(huán)保升級(jí)要求，全面實(shí)現(xiàn)建陶行業(yè)的超低排放。

2.1 噴霧干燥塔的煙氣治理

噴干塔一般使用煤粉或水煤漿做燃料，煙氣中的主要污染物為燃燒過程中產(chǎn)生的SO2、NOX以及末端尾氣夾帶的大量細(xì)粉料。顆粒物初始排放水平在3000-10000 mg/m3，NOx初始排放濃度75-300 mg/m3，SO2的濃度基本在15-100 mg/m3(基準(zhǔn)含氧量按18%)。以下是治理方法：

(1)顆粒物：由于生產(chǎn)工藝的原因，顆粒物初始排放量較高，采用布袋除塵并結(jié)合噴淋洗滌，其除塵效率大于99%，即可將粉塵含量降到30 mg/m3以下。

除塵器中的布袋應(yīng)采用更好的新材料，以提高除塵效率并減小阻力，具有防水、耐溫、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。

如未來執(zhí)行超低排放，可配套加裝濕電除塵等裝置。

(2)NOX：一般是采用SNCR工藝，在熱風(fēng)爐的高溫區(qū)噴尿素液，脫硝效率大約在50%左右。SNCR技術(shù)是利用800 ℃-1250 ℃的溫度窗口，在無催化劑的情況下，氨基還原劑可選擇性的將煙氣中的NOX分解成N2及H2O。關(guān)鍵點(diǎn)在于，還原劑須盡可能的噴入到最佳窗口溫度位置，這樣既可以保障較高的脫硝效率，又能減少氨逃逸。

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，投資與運(yùn)行成本低。

缺點(diǎn)：脫硝效率低，藥液噴射壓力過大，會(huì)對(duì)熱風(fēng)爐壁造成損壞，同時(shí)存在氨逃逸的情況。

(3)SO2：一般通過簡(jiǎn)單的水洗或堿溶液吸收后，排放濃度均可控制在50 mg/m3的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)之下。另外，也可以和窯爐煙氣混合治理，用‘石灰石—石膏法’去除SO2。

2.2 窯爐的煙氣治理

煙氣中主要污染物為SO2、NOX、氟化物及煙塵等。SO2由燃料燃燒、粉料夾帶、窯爐燒制等諸多環(huán)節(jié)產(chǎn)生，一般濃度在400 mg/m3之下。NOX生成途徑由燃料型、快速型及熱力型構(gòu)成，主要是在高溫?zé)茣r(shí)產(chǎn)生，濃度一般在180 mg/m3以下。

圖1 噴霧干燥塔煙氣治理流程圖Fig. 1 Treatment of glue gas from spray dryer

(1)脫硫：對(duì)于主要污染物SO2的脫除，按照脫硫劑形態(tài)，分為濕法(90%)、干法、半干法。濕法又分石灰法、鈉堿法、雙堿法、氨法等等。‘石灰石—石膏法’俗稱‘鈣法’，是應(yīng)用最廣泛的一種脫硫技術(shù)，日本、德國(guó)、美國(guó)的火力發(fā)電廠采用的煙氣脫硫裝置約90%采用此工藝。因此，建陶行業(yè)中采取成熟并得到廣泛應(yīng)用的‘石灰石—石膏法’為宜。

窯爐煙氣主要污染物為SO2及顆粒物，其它污染物占比相對(duì)較小，可通過濕法協(xié)同去除。根據(jù)實(shí)際調(diào)研和檢測(cè)，窯爐煙氣中SO2濃度基本在150—600 mg/m3，顆粒物濃度基本在90—150 mg/m3。

A、傳統(tǒng)‘雙堿法’的局限性

以前傳統(tǒng)的窯爐煙氣環(huán)保裝備，脫硫大多采用的是‘雙堿法’，具有很大的技術(shù)局限性。其采用NaOH做啟動(dòng)吸收劑吸收SO2，然后通過Ca(OH)2將Na2SO3或Na2SO4置換回NaOH。主要反應(yīng)如下：

吸收反應(yīng)

2NaOH + SO2→ Na2SO3+ H2O

2Na2SO3+ O2→2Na2SO4

再生置換反應(yīng)

Na2SO3+ Ca(OH)2→ 2NaOH + CaSO3↓

Na2SO4+ Ca(OH)2→ 2NaOH + CaSO4↓

事實(shí)上，由于中間產(chǎn)物Na2SO4的化學(xué)穩(wěn)定性，其中大部分Na2SO4并未參與置換反應(yīng)，Na2SO4含量持續(xù)累積，造成脫硫效率不斷下降，致使NaOH的加入量越來越多，成本上升(相關(guān)資料介紹0．25 元/m3)，pH值也越來越高，最終使循環(huán)溶液飽和、置換失效而失去脫硫效果。在此情況下，只有通過換液才能暫時(shí)解決問題，因而不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行，而要更換的混合液成分復(fù)雜(含有NaOH、Ca(OH)2等)，不僅浪費(fèi)資源，還會(huì)造成污染的二次轉(zhuǎn)移，不符合外排標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保原則。另外，由于循環(huán)堿液的飽和，容易導(dǎo)致結(jié)晶的析出，NaOH堿性很強(qiáng)，設(shè)計(jì)時(shí)選取了較小的液氣比，管路較細(xì)噴嘴較小，漿液中的顆粒物(CaSO3、CaSO4等)以及置換失效析出的結(jié)晶，很容易堵塞管路。

‘雙堿法’需配有相當(dāng)規(guī)模的沉淀池。占地面積大，池子外露造成大量水分被蒸發(fā)，部分未被脫除的SO2、Hcl等有害氣體也會(huì)隨之溢出。

‘雙堿法’既做不到長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，又因鈉堿價(jià)格較貴，長(zhǎng)期的運(yùn)行成本居高不下。‘雙堿法’是過去特定時(shí)期所采取的應(yīng)付式的環(huán)保手段，已不適應(yīng)當(dāng)下的環(huán)保政策和排放標(biāo)準(zhǔn)。

B、基于‘石灰石—石膏法’的煙氣一體化治理技術(shù)

(i)脫硫反應(yīng)原理如下

吸收：Ca(OH)2+ SO2→ CaSO3↓+ H2O

氧化：2CaSO3+ O2→ 2CaSO4↓

(ii)設(shè)備組成及功能：煙氣一體化裝備利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD和化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型模擬計(jì)算機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)科學(xué)合理。主要由應(yīng)急噴淋系統(tǒng)、SO2吸收及除霧系統(tǒng)、漿液制備系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成。

應(yīng)急噴淋系統(tǒng)由垂直煙道、噴嘴及工藝水罐等組成，在特殊情況下，可降低煙氣溫度，保護(hù)塔內(nèi)構(gòu)件；SO2吸收及除霧系統(tǒng)包括吸收塔塔體、漿液循環(huán)泵、噴淋系統(tǒng)、除霧器等幾個(gè)部分，該系統(tǒng)可去除大部分SO2、氟化物(SiF4、HF)、氯化物、重金屬、粉塵等，同時(shí)對(duì)煙氣進(jìn)行多級(jí)除霧，并加裝特殊集水裝置，減少霧滴(小于75 mg/m3)及其夾帶的顆粒物；漿液制備系統(tǒng)包括消石灰粉倉(cāng)、漿液制備罐、漿液泵及連接各個(gè)設(shè)備的管道、閥門、清洗措施等，經(jīng)過攪拌均勻的石灰漿液由泵送到濕式吸收塔系統(tǒng)；工藝水系統(tǒng)用于補(bǔ)充蒸發(fā)、出口煙氣攜帶以及沖洗用水；脫水系統(tǒng)用于脫除CaSO4、CaSO3、CaF2等固體終產(chǎn)物，濾液返回循環(huán)使用；控制系統(tǒng)采用通用的PLC控制系統(tǒng)，配有人機(jī)界面，操作人員可監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，如液位、pH值、流量、壓力、溫度、差壓、密度等過程參數(shù)。

(iii)優(yōu)點(diǎn)：煙氣一體化基于‘石灰石—石膏法’原理，工藝路線成熟合理，采用石灰做脫硫劑，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，每平米地磚僅增加環(huán)保成本0．15 元左右，最終產(chǎn)物為硫酸鈣，濾除方便且無二次污染；采用空心錐霧化噴嘴，氣液接觸充分，脫硫效率高；漿液在系統(tǒng)內(nèi)密閉循環(huán)，無異味揮發(fā)，且占地面積小；主塔無填料，系統(tǒng)阻力小，不易結(jié)垢。

圖2 窯爐煙氣治理流程圖Fig. 2 Treatment of fl ue gas from kiln

圖3 脫硫反應(yīng)原理圖Fig.3 Principle of desulphurization

(IV)主要參數(shù)控制

漿液密度：當(dāng)漿液密度偏高時(shí)，則說明漿液中CaSO4、CaSO3等含量相對(duì)較高，會(huì)影響脫硫效率，也易造成管道結(jié)垢，密度大于1150 kg/m3時(shí)需進(jìn)行脫固處理。

pH值：系統(tǒng)中的重要參數(shù)之一，一般控制在5-7之間。pH值太高，容易造成設(shè)備的堵塞和結(jié)垢，且造成Ca(OH)2的利用率下降。pH值太低，則會(huì)影響脫硫效率。

煙氣速度：主塔內(nèi)的煙氣流速越快，氣液接觸時(shí)間越短，則脫硫效率越低。同時(shí)，過快的流速還會(huì)導(dǎo)致排放煙氣夾帶的顆粒物增多。實(shí)踐證明，煙氣空塔流速在3—4m/s為宜。

液氣比：噴淋層一般設(shè)置2-3層，根據(jù)SO2濃度，在保證脫硫效率的前提下，實(shí)際可靈活選擇開啟噴淋層數(shù)，降低運(yùn)行費(fèi)用，液氣比一般在8-10 L/ m3為宜。

系統(tǒng)阻力：合理確定各分煙道的直徑并增設(shè)調(diào)節(jié)閘門，兼顧阻力及壓力均衡，總阻力一般在1500 Pa以下。

(V)特別措施

除霧：采用除霧器與特別節(jié)水組合裝置，減少水分蒸發(fā)及白霧現(xiàn)象，霧滴濃度小于75 mg/Nm3。

防結(jié)垢：①選擇合適的運(yùn)行參數(shù)(pH值、漿液密度、液氣比)；②減少塔內(nèi)構(gòu)件，系統(tǒng)阻力小；③加裝適宜的沖洗水裝置；④及時(shí)脫除沉淀物；⑤選用空心錐霧化噴嘴并選擇合理的漿液管道直徑。

(vi)一體化治理技術(shù)，在脫硫的同時(shí)，協(xié)同治理了氟化物、顆粒物及重金屬。

結(jié)論：根據(jù)多家陶瓷企業(yè)的對(duì)煙氣一體化治理技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，顆粒物及SO2均在國(guó)標(biāo)中值以下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

(2)脫硝

窯爐煙氣中的NOX一般在180 mg/m3以下，不經(jīng)處理也能滿足現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)。目前沒有相對(duì)理想的控制措施，SNCR需要合適的溫度窗口(850-1250 ℃左右)，直接噴氨，不僅會(huì)污染陶瓷，還會(huì)對(duì)窯爐墻壁及輥棒的壽命產(chǎn)生影響。如果采用其他行業(yè)的SCR技術(shù)，又面臨著投資多、占地面積大、運(yùn)行成本高(催化劑昂貴)、日常維護(hù)麻煩等問題。

圖4 窯爐與噴干塔混合煙氣治理流程圖Fig.4 Treatment of fl ue gas from kiln and spray dryer

A、臭氧脫硝

利用臭氧發(fā)生器制備臭氧，然后讓臭氧與NOX充分混合并反應(yīng)，將NOX氧化成容易吸收的NO2和N2O5后，再用氨法進(jìn)行洗滌，生成硝酸銨和亞硝酸銨，經(jīng)濃縮、干燥后作為氮肥加以利用。

該工藝脫硝效率高，工況穩(wěn)定、易控制，但臭氧發(fā)生器較昂貴，另外，提取出的氮肥量少、成本高，經(jīng)濟(jì)價(jià)值不明顯。

B、低氮燃燒技術(shù)

在熱風(fēng)爐實(shí)現(xiàn)水平和垂直分級(jí)燃燒，控制燃燒氣氛，降低NOX的產(chǎn)生，同時(shí)可保證高燃燒效率，也能與SNCR技術(shù)有較好的匹配和銜接。

C、濕電除塵技術(shù)

原理：通過高壓電暈放電使得粉塵荷電，荷電后的粉塵在電場(chǎng)力的作用下到達(dá)集塵板，最后通過沖刷清灰。

優(yōu)點(diǎn)：可處理高溫、高濕的煙氣，能去除較細(xì)的顆粒物，可有效降低煙氣中的水霧，與前端環(huán)保設(shè)備組合使用，能實(shí)現(xiàn)超低排放。

缺點(diǎn)：耗電高，部件容易被腐蝕，難于適應(yīng)高粉塵和較高SO2濃度的煙氣。

D、窯爐與噴干塔煙氣的合并綜合治理

窯爐及噴干塔的煙氣成分有較大差別，其中窯爐煙氣中SO2含量高、NOX低，而噴干塔煙氣反之，兩者可混合進(jìn)行互補(bǔ)性治理。目前，混合治理方式已在山東成功的進(jìn)行了應(yīng)用，污染物處理結(jié)果在國(guó)標(biāo)中值以下，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)達(dá)標(biāo)排放。

E、未來政策及標(biāo)準(zhǔn)

清潔生產(chǎn)是一個(gè)自我完善和發(fā)展的過程。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及環(huán)保技術(shù)的不斷進(jìn)步，需要實(shí)時(shí)提出更新更高的目標(biāo)和要求，對(duì)生產(chǎn)的全過程采取綜合性、預(yù)防性措施，減少以及消除廢物的產(chǎn)生和排放，降低建陶生產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。根據(jù)建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)“十三五”減排規(guī)劃，力爭(zhēng)在“十二五”的基礎(chǔ)上，煙氣粉塵排放總量減少20%，SO2減少40%，NOX減少10%。

2016年9月19日淄博市政府召開“建陶行業(yè)精準(zhǔn)轉(zhuǎn)調(diào)動(dòng)員會(huì)”，要求嚴(yán)格執(zhí)行《山東省區(qū)域性大氣污染綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB37/2376-2013)第四時(shí)段重點(diǎn)控制區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)要求(煙塵10 mg/m3、二氧化硫50 mg/m3、氮氧化物100 mg/m3),基準(zhǔn)含氧量為8．6%，比現(xiàn)行GB25464-2010修改單(83號(hào)公告)的要求更嚴(yán)。

早在2015年12月，環(huán)保部等三部委已對(duì)電力行業(yè)提出了超低排放的要求。對(duì)于建陶行業(yè)，預(yù)計(jì)未來不久，國(guó)家相關(guān)部門將會(huì)修改并執(zhí)行更低的排放標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)保達(dá)標(biāo)已是決定建陶行業(yè)未來能否持續(xù)發(fā)展的生死劫，未雨綢繆，早做準(zhǔn)備，以應(yīng)對(duì)更嚴(yán)格的環(huán)保風(fēng)暴，是陶瓷企業(yè)以及環(huán)保裝備企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。依靠科技進(jìn)步，采用最新環(huán)保技術(shù)，完成對(duì)整個(gè)生產(chǎn)全過程的環(huán)保綜合治理，實(shí)現(xiàn)真正意義上的清潔生產(chǎn)，才能實(shí)現(xiàn)全行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

Application of Environmental Protection Technology to Cleaner Production of Architectural Ceramics

HUANG Jianqi, CHEN Zhitian
(Sinid Environmental Technology Co., Ltd., Foshan 528222, Guangdong, China)

This paper describes the sources of pollutants in building ceramic production, and proposes the measures for their treatment, particularly the comprehensive disposal of fl ue gas from manufacturing of building ceramics.

environmental protection technology; architectural ceramics; cleaner production; application

TQ174.76

A

1006-2874(2017)02-0049-05

10.13958/j.cnki.ztcg.2017.02.011

2016-12-10。

2016-12-12。

黃建起，男，高級(jí)工程師。

Received date:2016-12-10. Revised date: 2016-12-12.

Correspondent author:HUANG Jianqi, male, Senior Engineer.