水泥回转窑烟气治理探讨
摘要:介绍了国家对水泥产业的政策和水泥回转窑含尘气体排放标准，分析了水泥回转窑收尘研究的进展情况及收尘效果，对电收尘器及袋收尘器的收尘效果作了比较，并提出了废旧滤袋二次污染问题。
关键词:水泥回转窑;收尘器;烟气治理;二次污染
水泥制造业是资源消耗大、能耗大、粉尘污染比较严重的行业，国家对水泥厂建设提出了限制措施。水泥厂环境污染问题，特别是粉尘污染问题，一直是水泥制造业的老大难问题。我国水泥生产线规模小、工艺落后的企业占水泥企业的75%以上，这些企业每年排放的粉尘污染物占整个行业的95%。新型干法水泥生产线因其产量大、能耗低、生产工艺稳定、污染容易治理等诸多优点而成为水泥生产线的主流，目前我国已有多条10,000t/d水泥熟料生产线，已具有设计大中规模新型干法水泥生产线和提供大中规模新型干法水泥生产线设备的能力。
1 国家对水泥产业的政策
2005年12月2日国家发展和改革委员会颁布了《产业结构调整指导目录》(2005年）。该目录由鼓励、限制、淘汰三类目录组成。不属于鼓励类、限制类和淘汰类，且符合国家有关法律、法规和政策规定的，为允许类，允许类不列入《产业结构调整指导目录》（2005年）中。在该目录中国家鼓励日产4000t及以上（西部地区日产2000t）熟料新型干法水泥生产及装备和配套材料开发；限制水泥立窑、干法中空窑、立波尔窑、湿法窑，日产1500t及以下熟料新型干法水泥生产线；淘汰窑径 2.5m及以下水泥干法中空窑（生产特种水泥除外）、水泥（土）蛋窑、普通立窑。从该目录中可以看出国家鼓励新型干法水泥熟料生产线及其大型化。目前我国正在建设和计划建设的水泥熟料生产线大都在2000t/d以上，尤其以2500t/d，5000t/d生产线最为普遍，因其技术与装备已很成熟，生产线设备国产化率能达到100%。
目前国内最大的生产线为10,000t/d，海螺水泥集团在铜陵江边就建有10,000t/d生产线，效果很好。由于规模经济的发展，10,000t/d、5000t/d、2500t/d生产线的员工人数变化不大，水泥吨电耗、热耗随规模的增大均有所下降，总体平均效益率上升。这也是国家鼓励水泥生产线大型化的重要原因之一。水泥生产线的大型化也有利于淘汰小水泥，而淘汰小水泥是水泥工业污染治理能否取得良好效果的重要环节。
2 水泥回转窑含尘气体排放标准
新型干法水泥生产线水泥回转窑的窑头、窑尾是水泥厂最大的粉尘污染源，窑头、窑尾废气总量约占全厂废气总量的60%。国家环境保护局1996年3月7日颁布了《水泥厂大气污染物排放标准》（GB4915-1996），该标准对不同的功能区，不同时间建成（建设的水泥厂环保影响报告书（表）批准日期）的水泥厂规定了不同的污染物排放标准，其中1985年8月1日之前建设的水泥厂回转窑在一类区执行一级标准污染物排放限值150mg/Nm3 ，二类区执行二级标准污染物排放限值400mg/Nm3 ，三类区执行三级标准污染物排放限值 600mg/Nm3 ；1985年8月1日至1996年12月31日之间建设的水泥厂回转窑在一类区（GB3095）禁止排放污染物，二类区执行二级标准污染物排放限值150mg/Nm3 ，三类区执行三级标准污染物排放限值400mg/Nm3 ；1997年 1月1日起建设的水泥厂回转窑在一类区（GB3095）禁止排放污染物，二类区执行二级标准污染物排放限值 100mg/Nm3 ，三类区执行三级标准污染物排放限值 150mg/Nm3 。
国家环境保护总局2004年12月29日颁布了《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2004），统一了回转窑和立窑的排放标准，不再按功能区规定排放标准，对现有生产线实行了统一的标准并设置了达标过渡期，提高了新建生产线水泥工业大气污染物的排放标准。 2006年7月1日起至2009年12月31日止，现有生产线水泥窑及窑磨一体机排气筒中的颗粒物排放浓度不得超过 100mg/Nm3 ；自2010年1月1日起，现有水泥窑及窑磨一体机排气筒中的颗粒物排放浓度不得超过50mg/Nm3 , 单位产品排放量不得超过0.15kg/t，也就是说，随着经济的发展，国家对污染物的排放标准越来越严格。水泥窑及窑磨一体机最低允许高度见表1，国外水泥工业粉尘排放标准见表2。
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从世界范围来看，各国对水泥厂的环保要求也是越来越高，因此做好水泥厂最大污染源水泥窑的污染治理意义重大。
3 水泥回转窑收尘研究的进展情况
20世纪80年代，合肥水泥研究设计院、河南中材环保有限公司、西矿环保科技有限公司先后从美国EE公司、德国鲁奇公司引进静电除尘技术；合肥水泥研究设计院引进美国富乐公司袋式除尘技术，通过消化吸收和改进，开发出一系列袋式除尘设备，广泛应用于水泥、电力、化工、冶金、钢铁等污染物排放量大的行业，在粮食、医药等领域也被广泛应用。
目前国内水泥回转窑的收尘，约90%使用电收尘器，10%使用袋收尘器，随着《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2004）的执行，袋收尘器在水泥回转窑上的使用比例有所上升。窑磨一体机的短流程由于高浓度、高负压的要求，目前一直使用高浓度、高负压电收尘器，高浓度、高负压袋收尘器在此领域尚未有所应用。大量科研、制造和使用环保设备的工作人员对水泥回转窑收尘做了大量工作，在电收尘器、袋收尘器使用方面都取得了很大成绩。针对《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2004）规定的水泥窑及窑磨一体机颗粒物排放浓度不得超过50mg/Nm3 的规定，很多单位和个人在电收尘器、袋收尘器的研究和应用方面做了大量工作，特别是电收尘器，以前在老标准水泥窑及窑磨一体机颗粒物排放浓度不得超过100mg/Nm3 时，出于减少投资方面的考虑，电收尘器颗粒物排放浓度在满足标准要求的条件下，一般都在50mg/Nm3 以上，以致一些非电收尘器业内人士认为电收尘器颗粒物排放浓度高于《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2004）规定标准，将不适用于水泥回转窑的收尘。通过合肥水泥研究设计院、河南中材环保有限公司、西矿环保科技有限公司对电收尘器进行的改进与应用，使用结果表明电收尘器在水泥回转窑上的收尘效果理想，使用效果完全能满足新标准的要求。合肥水泥研究设计院应用在国投海南水泥有限公司新型干法水泥熟料生产线水泥回转窑2500t/d窑尾、窑头的电收尘器出口排放浓度分别为 42.5mg/Nm3 、26.6mg/Nm3 。说明电收尘器在设计、制造、安装、使用得当的情况下完全能满足新标准的要求。对于环保要求高于国家标准的地区，例如北京自 2007年1月1日起，A区（城近郊区、北京经济技术开发区和郊区、县的城区以及北京市政府划定的其它高污染燃料禁燃区）禁排，B区（A区以外的其它地区）排放浓度要求为不大于30mg/Nm3 ，从达标运行稳定性出发，选用袋收尘器为宜。在执行目前新标准要求的一般地区，电收尘器、袋收尘器都能满足水泥回转窑颗粒物排放浓度不大于50mg/Nm3 的排放要求。
目前，我国的环保技术与欧美国家的环保技术已不相上下，但环保设备在制造和使用上与欧美国家还有不小的差距。究其原因，在于目前我国环保设备的生产厂家虽然众多，但生产装备与技术参差不齐，生产出来的产品也差别很大。我国是发展中国家，很多企业在发展的同时对污染的治理并没有足够的重视。其实国家早在1989年12月26日就颁布了《中华人民共和国环境保护法》，其中第二十四条规定“产生环境污染和其他公害的单位，必须把环境保护工作纳入计划，建立环境保护责任制度；采取有效措施，防治在生产建设或者其他活动中产生的废气、废水、废渣、粉尘、恶臭气体、放射性物质以及噪声振动、电磁波辐射等对环境的污染和危害。”第二十五条规定“新建工业企业和现有工业企业的技术改造，应当采用资源利用率高、污染物排放量少的设备和工艺，采用经济合理的废弃物综合利用技术和污染物处理技术。”第二十六条规定“建设项目中防治污染的措施，必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投产使用。防治污染的设施必须经原审批环境影响报告书的环境保护行政主管部门验收合格后，该建设项目方可投入生产或者使用。”近年来国家加大了环保的监督和治理的力度，2002年10月28日颁布了《中华人民共和国环境影响评价法》，其中规定根据建设项目对环境的影响程度，建设单位分别组织编制环境影响报告书、环境影响报告表或者填报环境影响登记表（统称环境影响评价文件）。环境影响评价文件是建设项目环保验收的重要依据之一。对于水泥行业，2004年12月29日颁布了《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2004），对水泥行业的环境保护提出了更高的要求。随着国家对环保监督和治理的力度的加大和新标准的实施，水泥生产厂家也加大了对环保设备性能的要求，环保设备制造厂家在生产工艺和产品质量上也都做了改进。
利用窑尾废气烘干工艺的水泥窑尾窑头废气量约占整个水泥生产线废气量的60%，其中窑尾废气约占整个水泥生产线废气量的36%。由于窑尾废气温度高、烟气量大，比较难治理，每年都有大量的技术人员对窑尾废气收尘进行研究，并对收尘设备进行技术革新，以期达到更好的效果。对于水泥回转窑窑尾废气治理选用电收尘器还是袋收尘器，选用袋收尘器时应该选用哪个系列的袋收尘器，有过很多探讨。有的认为电收尘器的电耗比袋收尘器高，投资比袋收尘器大；有的认为电收尘器的电耗比袋收尘器低，电收尘器的投资比袋收尘器少；有的认为窑尾收尘选用电收尘器好，有的认为窑尾收尘选用袋收尘器好，众说纷纭，给水泥厂投资者带来很大的困惑，也给工艺设计人员在设备选用和选型时增加了难度。由于所从事工作的重点不一样，所以得出的结论有所差异也在情理之中。从使用效果来看，电收尘器和袋收尘器在窑尾废气治理中都能满足排放浓度不大于50mg/Nm3 的要求，做到达标排放。因此如何正确合理地选择与使用窑尾收尘设备，做到既能满足环保要求又能产生更大的经济效益就显得尤为重要。部分水泥厂电收尘器与袋收尘器出口排放浓度及达标情况分别见表3、表4。
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4 清洁生产理念
2002年6月29日颁布的《中华人民共和国清洁生产促进法》第二条指出“本法所称清洁生产，是指不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。”收尘器是环保设备，但它本身又是有生命周期的设备，在进行除尘过程中会消耗动力资源，同时产生废物，需要定期或不定期地更换部件。收尘器在生命周期内产生的废物少，对环境的影响就小，产生的废物可以回收再利用，对环境的影响也小。电收尘器整个生命周期本身产生的废物少，更换下来的部件材料大都是钢铁质材料，回收利用方便，基本不会对环境再产生污染。袋收尘器整个生命周期本身产生的废物较多，需要更换大量滤袋，更换下来的滤袋回收利用难度大，容易对环境形成二次污染。以5000t/d新型干法水泥生产线窑尾袋收尘器为例，平均每年更换的滤袋约 5.47吨，加上滤袋里面粘附的粉尘，总共约10吨。这么多的废物很难回收再利用，容易对环境形成二次污染。因此，将废旧滤袋回收作为原材料加工成滤料或其它产品使其进入产品链，减少对环境的污染将是一个很好也很必要的研究方向。选择收尘设备时应该从清洁生产的角度考虑，尽量减少设备使用过程中产生的污染。
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