18332815001文獻：《磚 家》 2016年10月 總第26期 文章來源：西安市窯爐設備研究所 作者：邵三虎
GB29620-2013《磚瓦工業大氣污染物排放標準》從2016年的7月1日起，開始實施表2 的限值。同時，國家在環保上加強了管理力度，很多地區對磚瓦企業要求必須嚴格執行標準。不能達標排放的企業就必須停產?，F在許多磚瓦企業雖然都已經安裝了濕式脫硫除塵裝置，但基本都做不到達標排放。所以今年因環保不達標被迫停產的企業不少。本文對磚瓦企業隧道窯難以達標的原因作一些粗淺的分析，并提出一些可以達標的技術方案，供同行們探討。
1、煙氣中氧含量對檢測結果的影響：
環境監測部門在磚廠檢測時，需要檢測煙氣中的氧含量。氧含量的檢測，是為了防止稀釋排放的一種監測手段。因為燃料煤的燃燒，實際上是一個劇烈的氧化過程，空氣在參與燃燒以后，理論上空氣中的氧氣會完全消耗掉。所以，如果檢測出的氧含量高，說明煙氣中摻入的干凈空氣多了。為了能夠準確地反映煙氣的實際凈化情況，需要把這部分干凈空氣從檢測結果中剔除。氧含量的檢測和折算系數的設定就是為了排除稀釋空氣對煙氣檢測結果的影響而設置的。
理論上講，窯爐內污染物的總量是燃料煤在燃燒后產生的以及原材料中的某些成分在經歷物理化學反應后釋放出來的，和摻入的過量空氣沒有關系。氧含量的檢測和折算只是真實地反映了煙氣的實際污染情況。只是剔除了稀釋空氣對檢測結果的干擾和影響。折算后所得的結果是煙氣污染的實際情況。如果摻入的過量空氣多了（即氧含量高了），污染物的實測值會減小，摻入的過量空氣少了（即氧含量低了），污染物的實測值就會變大。因為這部分污染物的總值是固定的，無論是氧含量高還是氧含量低，它折算后的*后結果應該是基本一致的。
所以，氧含量的檢測及折算系數的確定，對由燃料煤燃燒以及坯體原材料物理化學反應所產生的污染物，會排除稀釋空氣的影響，得到一個準確的污染物數值。但由于磚瓦窯爐本身運轉時過量空氣系數大，氧含量高的特殊性，致使折算系數很大。對煙氣中的那些不是由于燃料煤產生污染物，會把檢測數值放大，使得部分污染物的檢測數值受到影響。例如顆粒物和氟化物。
煙氣中氧含量對檢測結果的影響：1）、對完全由燃料煤產生的污染物影響較小或幾乎沒有影響，例如SO2，NOx。稀釋空氣的摻入對實測結果的影響不大。2）、對不完全是由燃料煤燃燒形成的污染物，例如顆粒物和氟化物，有較大的影響。
目前看，對煙塵顆粒物的影響*大。原因是煙氣中的顆粒物不完全是由燃料煤燃燒產生的，磚瓦窯爐中還有其他原因也會產生顆粒物污染。這些污染物和燃料煤燃燒所形成的煙塵顆粒物一并被作為煙氣的顆粒物被氧含量折算放大了。其次是氟化物，目前環保部門大多沒有把它列為主要監測物，所以目前得到的實測數據較少。但可以肯定的是，氟化物不僅燃料煤中有，某些地區的黏土、頁巖原料中及地下水中還含有較高的氟化物。還有一些地區是高氟水區，例如陜西關中的北部地區就是高氟水區。這些地區煙氣中所檢出的氟化物不僅含有燃料煤產生的氟化物，還有黏土原料產生的氟化物，這些地區的磚瓦窯爐氟化物如果進行氟化物檢測肯定是超標的。
2、隧道窯所排煙氣中為什么顆粒物難以達標：
難以達標的原因：1）、磚廠的脫硫除塵設備簡陋，不能達到升級后的標準要求；2）、磚瓦窯爐中，顆粒物的污染源不僅僅是燃料煤，還有燒成過程及干燥過程都會產生新的顆粒物；3）這些非燃料煤產生的污染物被折算系數放大了。
1）、磚瓦企業因在煙氣凈化這個問題上處于剛剛起步階段，加之整個行業對環保問題重視不足，導致磚廠的脫硫除塵設備大都比較簡陋，配套不足，難以滿足新標準的要求。
目前大多數磚廠安裝的都是一個單級的濕法脫硫除塵裝置，比較簡陋。如果與電力行業或鍋爐行業來比較的話，可以說是非常簡陋。雖然說濕法脫硫除塵器兼有除塵、脫硫及脫氟三大功能，但應該指出的是，濕式脫硫除塵裝置的除塵效果是有選擇性的。對于粉碎設備等產生的粉塵，除塵效率較高，而對于燃料煤燃燒后產生的煙塵顆粒物，其除塵效率較低。據電廠及鍋爐行業的研究結果，水膜除塵對于煙塵的脫除效率僅為50%左右，且對微米級的煙塵細顆粒物的脫除效率還不足20%。（參考文獻1，2）。鍋爐行業的煙氣排放標準，顆粒物的限值是50mg/m3，基準氧含量是9%，比磚瓦行業的顆粒物限值30mg/m3,以及基準氧含量8.65%都要松一些。即使這樣，鍋爐行業僅使用濕法脫硫除塵一級尚不能滿足達標的要求。那么磚瓦行業中僅用一級簡陋的濕法除塵脫硫器如何能夠達到目前的高標準呢？北方取暖區的同仁們都能看得到，冬季取暖用的燃煤鍋爐大都采用的是一級布袋除塵和一級濕法脫硫的標準配置。電廠鍋爐以及熱力站鍋爐的煙氣處理系統則更為復雜。電力行業現在已經提出*凈化排放和零排放的概念。為了消除煙氣中的煙塵顆粒物，除了布袋除塵器，還有高壓靜電除塵器，電袋復合除塵器，濕式電收塵器等多種收塵手段及設備。當然還必須配有脫硝系統等。所以，磚瓦企業不要指望只用一臺簡易的濕式除塵脫硫器就能達到現行標準的要求，必須有提高脫硫尤其是除塵水平的打算，增加煙氣凈化系統的投資預算。2013年9月，磚瓦排放標準發布時，環保部新聞發言人就曾提出，磚瓦企業的環保投資應占到磚廠總投資的12%左右（參考文獻3），而現在磚瓦企業中，有幾個在環保方面的投資能達到總投資的12%呢？
2）、磚瓦企業中顆粒物污染源不僅是由燃料煤燃燒后產生的
因為磚瓦窯爐是以煤及煤矸石等為主要燃料的，所以標準中所列的污染物數值是以燃料煤燃燒后產生的污染物制定的。有很多磚瓦行業內的人士認為，燒結磚大多數采用內摻燃料的形式，燃料煤燃燒后的灰分及灰渣被紅磚固定下來了，基本不會產生煙塵顆粒物。即使有一些顆粒物，也會在干燥室中被干燥過程中的磚坯所吸收。所以在煙氣處理中，基本上都是以脫硫為主，認為顆粒物不會超標。這個認識是有一定道理的。因為內摻燃料的原因，磚瓦企業所排的煙氣中，基本見不到未燃燒盡的顆粒物，見不到黑煙。冬季取暖的燃煤鍋爐，煙氣如果處理不好，附近會見到漂散的黑灰，或是未燃燒盡的黑色煤渣。而在磚瓦廠所排的煙氣是見不到這種污染物的。這個認知有一定道理，但是不全面。對于燃料煤中的揮發分在燃燒中產生的細微顆粒物及氣溶膠顆粒物是磚坯固定不了的。而恰好是這種細微顆粒物和氣溶膠顆粒物在目前的濕法脫硫除塵系統中的去除效果不佳。
磚瓦窯爐在焙燒過程中，顆粒物的來源不僅是燃料煤燃燒后產生的，制磚原料在焙燒轉化在磚的過程中，也會產生顆粒物。這一現象的嚴重程度因燒結磚原料不同而有很大差異，在有些磚廠的脫硫液沉淀池中可以發現許多紅色的磚灰顆粒物沉淀，就是這一現象的證明。
燒結磚瓦隧道窯的顆粒物，來源主要有5個方面，1、燃料煤燃燒后產生的煙塵顆粒物；2、磚坯在燒結成磚的過程中產生的顆粒物，3、窯車，磚坯以及煙道漏風帶入的灰塵顆粒物；4、煙氣在進入干燥過程中，煙氣中的三氧化硫，氮氧化物與磚坯中脫除的水分形成的氣溶膠顆粒；5、濕法脫硫除塵過程中，因除霧不盡，隨煙氣排出的殘余水分中所含的煙塵及石膏結晶物（即石膏雨）。這5種顆粒物中，前三種是燒結過程中產生的原始顆粒物，后二種是在干燥和脫硫過程中產生的二次污染物。
3）、生產工藝過程中的二次污染物經折算系數放大而形成超標現象
二次污染物的產生，不是原始煙氣產生的，例如濕式脫硫除塵器所排出的石膏雨，它的大小是由濕式脫硫工藝產生的，是決定于工況風量的，這一污染物會被磚瓦窯爐的折算系數放大，而形成超標現象。
石膏雨現象是濕式脫硫除塵器在工作時，會有一部分水分因除霧不凈與煙氣一同排出，而這部分水分會含有脫硫液中的堿性物質的結晶物（石膏）以及液體中所夾帶的被濕式除塵除下來的夾雜在水中的煙塵顆粒物，這些顆粒物的數值與工況風量有關。它們是脫硫過程中和干燥過程中產生的顆粒物，不是燃料煤在燃燒時產生的。因為這些污染物的量是跟工況風量有關的，所以這些顆粒物會被折算系數放大。
電廠鍋爐在運行時，一般在煙氣排放后的氧含量較低，折算系數僅為一點幾倍，很少會出現2倍以上，而磚瓦隧道窯的折算系數甚至可能高達十幾倍。那么，同樣是由濕式脫硫器產生的二次污染為3mg/m3的話，電廠排煙時，還不會超過*低排放的標準，而磚瓦窯爐的煙氣按折算就已經超過30mg/m3的限值了。
3、幾種磚廠適用的煙氣凈化設備的性能特點 投資及運行成本簡析。
根據以上分析，目前磚瓦企業應加強煙氣凈化設備的配置，其重點應放在除塵上。下面介紹幾種常見的，比較適合于磚瓦行業選用的除塵設備的性能和特點。
（1）布袋除塵器：是目前國內各行業中應用*廣泛的除塵設備。效率高，效果好?？蛇^濾掉煙氣中的較大顆粒物，有些材質的布袋還兼有吸附細微顆粒物的功能。通常作為煙氣從鍋爐中出來后的首道除塵設備。該設備投資相對較小，處理每萬M3風量的設備投資約為5萬元左右。系統風阻約為1500Pa，略大于磚瓦隧道窯的全部系統風阻。每萬M3風量的風機電耗大約為11~15kw。每萬M3風量約需布袋160M2，如果使用常用的D130×2450的布袋，每萬M3風量約需配置160個布袋。缺點是對潮濕氣體的適應性差，如煙氣潮濕會造成布袋糊袋，影響使用效果。目前已有一些廠家研制出了不糊袋的濕式除塵布袋，但效果還有待長期運行的驗證。
布袋除塵目前在磚瓦輪窯及煙氣分離的隧道窯上已經開始應用，把它作為脫硫的前置除塵器，已經取得了較好的效果，但缺點是排煙風機的功率增大的比較多。
(2)高壓靜電除塵器，特點是吸附性除塵，有利于去除煙氣中的細微顆粒。但對煙氣溫度及所含煙塵的荷電能力有一定的要求，除塵能力在一定程度上受到限制。系統阻力較小，風阻約為300~500Pa,僅為布袋除塵的三分之一到五分之一。風機電耗相比于布袋除塵要小的多,但高壓放電要消耗一部分電能。常規的高壓靜電除塵器投資成本約每萬M3風量為7~8萬元左右，略高于布袋除塵。運行成本每萬M3風量的風機電耗大約為3~5kW.放電消耗大約為5~10kW。每萬M3風量的運行成本總電耗基本與布袋除塵器相當。
(3)電袋除塵器：是上面兩種除塵器的結合，作用互補。煙氣經過高壓靜電和布袋除塵兩級處理，既用靜電吸附了細微的顆粒物，又用布袋過濾了較大顆粒的煙塵。是一種具有雙重作用的高效除塵設備。每萬M3風量的運行成本大約相當于1.5倍的布袋除塵器，總風阻約為1600Pa。但其作用卻相當于布袋與高壓靜電兩種除塵器的總和。
(4)水膜除塵器：在磚廠應用時，基本是脫硫除塵一體機，一個濕法脫硫除塵器可達到脫硫除塵雙重效果。對較大的顆粒物有較好的除塵效率，去除率可達80%~90%，但對煙塵顆粒物的去除效率大約是50%，對微米級的細微顆粒物去除率僅為20%左右。由于在脫硫液中有石膏等堿性物質的結晶會隨未脫盡水分的煙氣排出，會造成石膏雨的二次污染。所以僅用濕法脫硫除塵一體機雖可完成除塵和脫硫雙重功效，可達到標準中表1的標準限值。但在磚瓦隧道窯中，因二次污染物在檢測時會被折算系數放大，難以達到表2的標準限值。設備的總風阻依據各廠生產的內部結構不同，相差很大，一般在800到1600Pa之間，按平均800Pa來計算的話，每萬M3風量約需增加風機電耗6kW左右。脫硫液循環因各廠的液氣比不同，相差也很大。如果按液氣比按1來算，每萬風量，約需10立方的水，水循環的動力消耗約為每萬風量2KW。
（5）濕式高壓靜電除塵器，是一種高效的*凈化設備，可適用于高濕度，高酸度的煙氣除塵，對磚瓦企業的由干燥室排出的濕煙氣尤其適合。是目前電力行業潔凈排放的首-選設備。它來源于硫酸生產行業中的硫酸氣液分離器?，F較廣泛地應用于電廠及大型取暖鍋爐的*凈排放。但投資較大，每萬M3風量的的設備投資達10~12萬元，系統風阻小，僅為300Pa左右。電力消耗主要是高壓放電消耗，每萬風量的放電消耗大約為7-8kW.可用于濕式脫硫后的再凈化處理。濕式電收塵器已經開始在磚瓦企業應用，也取得了明顯的達標效果。但因造價高昂，使許多磚廠老板拿不定主意。
山西磚廠濕式電除塵器煙氣量不大于100000m3/h，設計氣速為1m/s。
（6）湍流式管束除塵器，也是目前電力行業應用的一種高效除塵*凈排放設備。它的工作原理是濕式凈化器的一種累加及延伸應用，據報道其除塵效果較好，但必須是在已經初步凈化后的煙氣中應用。有除塵除霧雙重功能。目前在電力行業已有初步應用，但使用效果有一定的爭議，業內專家對它的實際應用有不同看法。
（7）組合式濕式脫硫除塵器，一種新開發的新型濕式除塵脫硫裝置，兼有除塵及脫硫功能，其中的除塵效果得到了加強。根據目前測定，對煙塵脫除率達到了80%以上。在滿足進口煙塵濃度的條件下，完全可以達到*凈排放的效果。但目前使用范圍還待進一步確定。
4、適合于磚廠可以達到目前標準的煙氣凈化方案
下面介紹三種磚瓦企業可達到目前標準的技術方案，并以目前應用較多的3.8m斷面，日產30萬塊磚的兩烘兩燒隧道窯為例，簡單作一個設備投資，運行成本的估算。
1）、窯爐結構及工藝不變，對所排煙氣進行*凈排放處理
其工藝路線為：從干燥室尾部排出的廢氣，由風機送入濕式脫硫除塵器，經脫硫及水膜除塵后，再進入濕式高壓靜電除塵器，進一步脫除煙塵及含塵水霧。*大的特點就是可以吸附煙氣中的微米級的細微顆粒物和經過濕式脫硫除塵器后的二次污染物?？梢?大化的凈化煙氣，可作到*凈排放。因為從干燥室排出來的廢氣本身就是高濕氣體，而高濕氣體有較好的荷電能力，可以提高濕電的除塵效率。這個工藝路線，可以把煙氣中的顆粒物的工況含量降到3mg/m3以下，完全可以在窯爐工藝不變的情況下達到現行標準的要求。缺點是投資和運行成本均較高。
對于一個日產30萬塊磚的3.8m左右斷面的兩烘兩燒隧道窯來說，需處理的風量為28~32萬M3/h。濕式除塵脫硫的設備投資約需56萬元左右，濕式電收塵器的設備投資約需280萬元左右。煙氣凈化設備的總投資約為350萬元左右。運行成本：設備的總風阻大約在1200Pa。風機消耗約需增加160kW.。脫硫成本因和燃料煤的含硫量有關，這里就不作估算了。
2）、窯爐改造：煙熱分離。對所排的煙氣進行*凈排放處理
因磚瓦隧道窯大多采用了利用煙氣的殘余熱量和窯尾的冷卻余熱來干燥磚坯。使窯尾余熱這一部分本不需要進行凈化處理的氣體摻入煙氣去進行處理，增加了煙氣的處理投資和煙氣處理成本。在對煙氣凈化處理沒有要求和要求不高時，因其熱量利用和節能的原因而得到了廣泛的應用。而現在環保政策的高壓情況下，為了達到*凈排放的要求，需對所排的混合煙氣進行凈化處理。這一作法不再是節能的舉措，而是增加了運行成本及投資成本。成為了一筆不劃算的買賣。
關于煙熱分離，就是在隧道窯上不再使用煙氣去干燥磚坯，而是只用余熱去干燥磚坯，煙氣則直接送入煙氣凈化系統去進行凈化處理。這樣作的好處主要有2點，一是煙氣處理量可以減小一倍以上，以上節舉例的3.8m斷面，二烘二燒的隧道窯為例，需進入煙氣凈化系統的煙氣量由28~32萬M3減少到14~16萬M3。那么同時應用高檔的*凈處理工藝，脫硫除塵系統的設備投資可以減少一半，即由原需350萬左右降到160萬左右。風機消耗的增加也由160kW下降到80kW左右；第二個好處是，煙熱分離以后，所處理的煙氣中沒有摻入余熱空氣，這部分煙氣的含氧量將大大下降。折算系數就會變小。同時烘干過程不再有SO3與NOx與水分形成的氣溶膠顆粒物，同時對因脫硫液除霧不凈形成的二次污染的放大系數也將大大縮小。
3）、窯爐改造，煙熱分離，對所排煙氣用組合式脫硫除塵器進行凈化處理。
由于煙熱分離后，煙氣的處理量大大降低，氧含量也會大大降低，折算系數變小，對煙氣處理的要求也就變得比較相對簡單一點了。對一些地區由非煤產生的顆粒物較少的磚瓦企業，窯爐結構上采用了煙熱分離的方法之后，對煙氣的處理也就要求不那么高了。使用較低造價的組合式脫硫除塵器，也可以作到達標排放。
具體工藝是，從窯里焙燒后的煙氣，不再進入干燥室去干燥磚坯，干燥過程完全交給余熱空氣去完成。焙燒后的純煙氣，直接進入到組合式濕法脫硫除塵器中去完成除塵和脫硫過程。因窯爐改造后，煙氣中的含氧量大幅降低，折算系數較小，二次污染物的折算影響也變小了，完全可以做到達標排放。
這種煙氣凈化系統的造價略高于普通的濕式脫硫除塵器，遠低于濕式電收塵器，對于上面所述的3.8m斷面的兩烘兩燒隧道窯來說，其煙氣凈化系統的造價僅為60萬元左右，比使用濕電減少一半還多。其系統風阻略高于濕式脫硫除塵器和濕式電收塵器的組合，但低于布袋除塵器和濕式脫硫除塵器的組合。上述隧道窯的增加風機消耗約為100~120kw。
參考文獻：
（1）鮑靜靜，劉杭，潘京，馬明雪等，《石灰石－石膏法脫硫煙氣PM2.5排放特性》，熱力發電，2014.10.
（2）王琿，宋薔，姚強，陳昌和等，《電廠濕法脫硫系統對煙氣中細顆粒物脫除作用的實驗研究》，中國工程學報，2008.5
（3）環境保護部科技標準司負責人就《磚瓦工業大氣污染物排放標準》（GB29630—2013）發布答記者問 中國環境網 2013.9.17
（4）郭東明 編著《脫硫工程技術與設備》第二版 化學工業出版社
