“清潔生產(chǎn)+煙氣治理”新模式
陶瓷生產(chǎn)中主要有兩種設(shè)備會(huì)排放有害煙氣——噴霧干燥塔和燒成窯爐。噴霧干燥塔的主要污染物是粉塵，燒成窯爐的則是二氧化硫。目前陶瓷生產(chǎn)企業(yè)的除塵和脫硝都較好處理，主要環(huán)保工作為脫硫，也是占整廠煙氣治理中，投入成本和運(yùn)行成本最高的部分。窯爐中的二氧化硫一部分來自自身含硫燃料，一部分來自坯體原料本身，還有一部分來自坯體粉料在噴霧塔中吸收熱風(fēng)爐燃燒時(shí)形成的硫氧化物。然而，過多的硫氧化物又會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕。
下表為現(xiàn)有陶瓷生產(chǎn)中一些環(huán)保處理設(shè)備和排放情況（科達(dá)煤氣是指用科達(dá)清潔煤技術(shù)制取的煤氣）：
由上表可知，單純的將水煤氣改為天然氣，雖然能夠有效降低二氧化硫的排放，但并不一定能夠達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。使用傳統(tǒng)燃料加末端濕法脫硫處理，雖可達(dá)標(biāo)排放，但有關(guān)部門難于監(jiān)督管理，且環(huán)保和生產(chǎn)設(shè)備負(fù)荷高，縮短了設(shè)備使用壽命。
現(xiàn)有設(shè)備的折舊周期一般為10年，但有部分窯爐在使用5年左右的時(shí)間后就出現(xiàn)了種種問題，其中很大程度是由于過度腐蝕造成的。此外，對(duì)于窯爐配套的濕法噴淋塔，無論是采用316L不銹鋼材質(zhì)抑或麻石材質(zhì)的塔體，至今使用時(shí)間已超過5年的寥寥無幾。面對(duì)快速折舊的設(shè)備和日漸收緊的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，面對(duì)市場(chǎng)上多種燃料和末端處理設(shè)備的組合，陶企該如何選擇呢？還是讓我們用抽絲剝繭的方法進(jìn)行研究。
·中國(guó)未來陶瓷生產(chǎn)的主要燃料必將是清潔煤氣
首先先研究主流燃料：
表1.各燃料熱值標(biāo)準(zhǔn)化折算表
注： 2015年11月20日起，國(guó)家發(fā)改委指導(dǎo)非居民用天然氣門站售價(jià)每立方米下降0.7元，20日前售價(jià)約為4.0元/ Nm3。
表2.主流磚燃料成本折算表
圖1.主流磚燃料成本
由上述圖表可知，水煤漿+水煤氣的燃料組合是最低的燃料成本�，F(xiàn)今窯爐燃料的主流是使用二段式發(fā)生爐產(chǎn)生的水煤氣，該工藝的較大弊端在于有酚水產(chǎn)生。酚水由酚類、硫化物、氰化物等組成，是對(duì)環(huán)境有嚴(yán)重影響的液體�，F(xiàn)如今陶瓷生產(chǎn)企業(yè)對(duì)酚水的處理大概有三種：交費(fèi)給危險(xiǎn)廢物處置公司處理，加入噴霧塔燃料中，加入球磨原料中；分別有費(fèi)用高，焚燒不完全，酚水隨煙氣逃逸等缺點(diǎn)。
目前，一些較為成熟的陶瓷生產(chǎn)工業(yè)區(qū)，迫于產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的壓力，當(dāng)?shù)丨h(huán)保局和經(jīng)管辦要求陶瓷生產(chǎn)企業(yè)原則上使用天然氣替代水煤氣作為燃料，雖然能夠?qū)Ω纳飘?dāng)?shù)丨h(huán)境起到一定作用，但其實(shí)是事倍功半的——既有可能依然達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，又大大增加了陶企的生產(chǎn)成本。我國(guó)是天然氣儲(chǔ)量貧乏、煤儲(chǔ)量豐富國(guó)家，現(xiàn)有的主要燃料也是煤，讓所有高投入、高能耗、高污染企業(yè)都使用成本高昂的天然氣，并不是明智之舉。
而使用（富氧）科達(dá)煤氣與傳統(tǒng)燃料（水煤漿/水煤氣）相比，燃料成本只增加了5%~20%，而清潔程度與天然氣媲美。今年自由媒體人——柴靜拍攝的“穹頂之下”，在討論解決大氣污染問題時(shí)，重申了“清潔用煤”是中國(guó)特色的大氣污染治理道路。對(duì)于清潔用煤，最普遍、最有前景的便是使用科達(dá)清潔煤技術(shù)“制取清潔煤氣”。科達(dá)潔能經(jīng)過八年的研發(fā)與創(chuàng)新，自主研發(fā)的清潔燃煤氣化系統(tǒng)已形成循環(huán)流化床系統(tǒng)和低壓氣流床氣化系統(tǒng)兩種核心裝置，并獲得授權(quán)專利30項(xiàng)�？七_(dá)清潔燃煤氣化系統(tǒng)是一種清潔環(huán)保的煤制氣裝置，成本遠(yuǎn)低于天然氣，H2S含量和粉塵含量與天然氣持平，是替代高昂的天然氣的首選清潔燃?xì)狻?/span>
然而，即使是使用天然氣/科達(dá)煤氣，也有可能由于胚體粉料在高溫煅燒過程中釋放的二氧化硫而導(dǎo)致硫排放超標(biāo)。故為滿足社會(huì)日益對(duì)企業(yè)更嚴(yán)格的環(huán)保要求，末端脫硫也是必須的。
·煙氣末端脫硫治理，濃度低選雙堿法，濃度高選石灰-石膏法
再來研究煙氣中污染物的末端處理：目前國(guó)內(nèi)主流的末端脫硫設(shè)備類型是濕法噴淋，其核心設(shè)備是噴淋塔，尺寸主要根據(jù)煙氣量確定；根據(jù)藥劑方法，又主要有雙堿法和石灰-石膏法，二者脫硫效果和綜合造價(jià)相近，但各有優(yōu)缺點(diǎn)。
石灰-石膏法又稱鈣法，是采用石灰石或者石灰漿液脫出煙氣中的SO2的方法。該方法開發(fā)較早，工藝成熟，吸收劑廉價(jià)易得，適用處理中高濃度SO2煙氣，但存在能耗較高、管道易堵塞和排放顆粒物濃度略高的問題。由于火力發(fā)電行業(yè)具有二氧化硫排放量大、濃度高（數(shù)千ppm）、能耗價(jià)格低的特點(diǎn)，該方法被廣泛應(yīng)用到直接燃煤行業(yè)。然而陶瓷生產(chǎn)企業(yè)的二氧化硫排放量相對(duì)小，濃度較低（數(shù)百ppm），能耗成本高，需按實(shí)際情況討論。
雙堿法是石灰-石膏法的改良方法，是使用氫氧化鈉吸收二氧化硫，再使用氫氧化鈣再生氫氧化鈉的方法。氫氧化鈉吸收二氧化硫的速率很快，遠(yuǎn)高于氫氧化鈣，故噴淋氣液比更少；且產(chǎn)物溶解度高，不易結(jié)垢。雙堿法克服了石灰-石膏法風(fēng)阻力大，耗電量多，管道易結(jié)垢，排放顆粒物含量高等一系列問題。但雙堿法自身也存在著再生條件較難控制，氫氧化鈉置換再生失效，藥劑費(fèi)用上升的問題。實(shí)際調(diào)查使用雙堿法脫硫的陶瓷生產(chǎn)企業(yè)，大多存在鈣堿置換失效現(xiàn)象，同時(shí)迫于環(huán)保局排放濃度的在線監(jiān)測(cè)的壓力，傾向于向循環(huán)水投加更多的鈉堿，使鈉堿再生更加困難，導(dǎo)致脫硫方法近乎單鈉堿法，此時(shí)雙堿法脫硫成本會(huì)明顯高于石灰-石膏法。
對(duì)于末端處理究竟是采用石灰-石膏法還是雙堿法，企業(yè)還需根據(jù)具體情況做出選擇。從成本方面考慮，要衡量該項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)究竟是藥劑費(fèi)用（主要根據(jù)入口硫含量決定）還是電耗費(fèi)用（主要根據(jù)氣液比決定）占比更多。從穩(wěn)定運(yùn)行方面考慮，要衡量是清理管道堵塞還是更換氫氧化鈉再生失效的循環(huán)水的難度和成本更大。
下表以600x600規(guī)格20000m2/d的仿古磚生產(chǎn)線為例，簡(jiǎn)單羅列末端治理設(shè)備的固定投入和運(yùn)行成本：
表3. 600x600規(guī)格20000m2/d的仿古磚生產(chǎn)線——末端脫硫治理設(shè)備的固定投入和運(yùn)行成本
圖2.雙堿法與石灰-石膏法運(yùn)行成本臨界值對(duì)比
由上圖表可知，在雙堿再生條件控制較好的情況下，實(shí)際運(yùn)行成本可能比石灰-石膏法低。但從圖4中可明顯看出，當(dāng)全年約有1/2時(shí)間雙堿法再生失效時(shí)，雙堿法與石灰-石膏法成本接近；當(dāng)全年約有1/2以上時(shí)間雙堿法再生失效時(shí)，雙堿法成本更高。
由于不同陶瓷生產(chǎn)企業(yè)、不同環(huán)保公司的工藝流程和設(shè)備都有各自的特點(diǎn)，電耗和藥劑消耗可能與上表中數(shù)據(jù)有所差異。尤其是在個(gè)別企業(yè)在濕法噴淋脫硫工藝后，加裝濕法靜電除塵器等用于深度凈化煙氣以達(dá)到超低排放濃度的企業(yè)，在濕法噴淋脫硫工藝中選擇的氣液比、藥劑量等都可能有與本表數(shù)據(jù)有較大出入，在電耗較低的情況下，也可能得出石灰-石膏法的實(shí)際運(yùn)行成本更低的結(jié)論。據(jù)模型估計(jì)，推薦在SO2排放濃度較高時(shí)（≥500mg/Nm3），考慮采用石灰-石膏法，在SO2排放濃度較低時(shí)采用（≤200mg/Nm3）雙堿法，在SO2排放濃度中等時(shí)綜合核算選擇。建議各企業(yè)在選擇脫硫方法時(shí)，可根據(jù)自身工藝、生產(chǎn)和排放情況，按照上述表格中的項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)際核算。
·“使用清潔煤氣生產(chǎn)”+“末端煙氣治理”已邁出第一步
圖3.燃料、脫硫、設(shè)備折舊綜合成本
注：①本成本按《表2.主流磚燃料成本折算表》和《表3. 600x600規(guī)格20000m2/d的仿古磚生產(chǎn)線——末端脫硫治理設(shè)備的固定投入和運(yùn)行成本》計(jì)算；配套SD10000噴霧塔和20000m2/d干燥器及窯爐，造價(jià)分別估算為200萬(wàn)元和1800萬(wàn)元。配套脫硫設(shè)備為鈣法/雙堿法噴淋塔，造價(jià)估計(jì)為300~400萬(wàn)元。②由于燃料含硫量不一，設(shè)前兩種燃料的設(shè)備折舊為5年，后三種燃料的設(shè)備折舊為10年。
由上圖表可知，使用（富氧）科達(dá)煤氣進(jìn)行生產(chǎn)，將因二氧化硫量減少而降低的脫硫運(yùn)行成本和減少折舊成本的價(jià)值綜合核算，每年花費(fèi)相比傳統(tǒng)燃料并不高出多少。而使用天然氣則遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出傳統(tǒng)燃料；且單獨(dú)使用天然氣作為燃料，不設(shè)末端脫硫處理，外排煙氣中的二氧化硫和氟化物依然可能超標(biāo)。根據(jù)前文對(duì)燃料和末端脫硫方法的論述可知，使用科達(dá)清潔煤氣進(jìn)行生產(chǎn)，末端采用雙堿法治理，是當(dāng)前中國(guó)比較經(jīng)濟(jì)有效的脫硫煙氣治理方法。
從政府角度出發(fā)，使用清潔燃?xì)�，不僅避免了發(fā)生環(huán)境污染突發(fā)事件，還能夠大幅完成污染物總量減排任務(wù)指標(biāo)，故其很有可能進(jìn)行推廣清潔燃?xì)馊〈鷤鹘y(tǒng)水煤氣。就在15年8、9月份，廣東省的肇慶市工業(yè)園區(qū)和恩平市工業(yè)園區(qū)就以PPP模式推進(jìn)了清潔煤氣化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。面對(duì)中國(guó)日漸收窄的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，陶瓷生產(chǎn)企業(yè)終將會(huì)逐漸被引導(dǎo)向“清潔生產(chǎn)+煙氣治理”的方式持續(xù)發(fā)展。（佛山市建材行業(yè)協(xié)會(huì)通訊員提供）
