一、現(xiàn)狀

我國的水泥生產(chǎn)企業(yè)是由小到大逐步發(fā)展起來的，立窯生產(chǎn)線數(shù)量眾多，回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線只是到上個世紀(jì)九十年代才得到較好的發(fā)展;由于80%左右產(chǎn)量的立窯水泥廠生產(chǎn)線系統(tǒng)中沒有配套的環(huán)保設(shè)備，水泥生產(chǎn)排塵量占全國排放總量的70%以上，在水泥生產(chǎn)排塵中，地方水泥廠排塵量占到行業(yè)排放總量的80%，成為工業(yè)12塵的主要排放源,嚴(yán)重污染了大氣。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國水泥工業(yè)每年向大氣排放的粉塵、煙塵在1300萬噸以上;有害氣體如：二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、氟化物的污染也占有相當(dāng)?shù)谋戎?，并且對大氣污染有加重趨勢?/p>

我國水泥工業(yè)對大氣所產(chǎn)生影響的主要污染源是粉塵和廢氣，粉塵污染排放高于國外15倍，粉塵主要是由于水泥生產(chǎn)過程中原、燃料和水泥成品儲運(yùn)，物料的破碎、烘干、粉磨、煅燒等工序產(chǎn)生的廢氣排放或外逸而引起的。水泥工業(yè)對大氣環(huán)境產(chǎn)生影響的廢氣(包括SO2、NOX、CO2、HF等)，其中SO2是因燒成系統(tǒng)的燃料含硫燃燒產(chǎn)生的;CO2是由水泥生產(chǎn)中CaCO3分解和煤炭燃燒而產(chǎn)生的;NOX是空氣中的N2在高溫有氧燃燒條件下產(chǎn)生的;HF是由于立窯廠采用螢石CaF2礦化劑，在煅燒過程中產(chǎn)生的有害廢氣。根據(jù)我國每年的水泥總產(chǎn)量推算，我國目前每年因水泥生產(chǎn)向大氣排放的粉塵量和廢氣量分別為：各類粉塵約1330萬噸;其中，旋窯水泥廠130萬噸，立窯水泥廠約1200萬噸。廢氣排放方面，每年向大氣中排放的CO2約2億噸;SO2排放量約100萬噸;NOX排放量1.3～1.6×106立方米。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計SO2、NOX污染呈加重趨勢，在全國形成華中、西南、華東、華南多個酸雨區(qū)，尤其以華中酸雨區(qū)為重。我國水泥工業(yè)硫化物、氮氧化物等有害氣體排放高于國際先進(jìn)水平6～10倍。

如前所述，我國水泥工業(yè)發(fā)展的起點(diǎn)低，整體水平提高較慢，技術(shù)改造難度大，污染治理欠賬多。工業(yè)技術(shù)和裝備許多是60~70年代的水平，資源、能源消耗高。但由于資金的限制，水泥工業(yè)又遲遲不能進(jìn)行整體改造和污染治理，相當(dāng)一批技術(shù)裝備落后的水泥工業(yè)企業(yè)長期在生產(chǎn)中排放大量的污染物，對大氣造成嚴(yán)重污染。

二、原因：

工業(yè)能源的不合理利用以及能源的嚴(yán)重浪費(fèi)是造成水泥工業(yè)對大氣造成嚴(yán)重污染的原因之一，主要表現(xiàn)如下：

(1)、在我國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭占75%，而用于發(fā)電的煤量僅占總用煤量的35%，其它煤炭則用于工業(yè)及民用燃燒，有84%的煤炭直接燃燒，而水泥是直接燃燒的用煤大戶。

(2)、我國水泥窯爐設(shè)備技術(shù)及制造水平較低，能源利用率不高，使用能耗高、排污量大和超期服役窯爐的現(xiàn)象相當(dāng)普遍，平均熱效率不足40%。

(3)、水泥工業(yè)中中小型企業(yè)占有很大的比重，大多數(shù)中小型企業(yè)采用的生產(chǎn)技術(shù)、工藝比較落后，生產(chǎn)設(shè)備簡陋，資源能源利用率極低，所造成的大氣污染是驚人的。

(4)、大氣污染防治政策性落實(shí)不到位

目前，全國污染治理和用于污染防治有關(guān)的城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資，只占國民生產(chǎn)總值的0.7%，這與我國環(huán)境污染嚴(yán)重、歷史欠賬太多和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對環(huán)保投資的需求相比，嚴(yán)重不足;水泥工業(yè)更是如此。

排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)太低，使得污染企業(yè)寧可交排污費(fèi)，而不愿意花錢治理。例如，“兩省九市”的二氧化硫收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)過低，一般都在每公斤二氧化硫0.20元以內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于每公斤1元左右的脫硫成本，并不能促使企業(yè)投資用于治理。例如：加拿大。

盡管我國大氣污染防治法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)制定取得很大進(jìn)展，但有法不依，執(zhí)法不嚴(yán)，違法不究的現(xiàn)象仍然十分嚴(yán)重。一些地方政府干預(yù)環(huán)保部門執(zhí)法，批準(zhǔn)建設(shè)短期經(jīng)濟(jì)效益好，但能源資源消耗量大，對大氣污染嚴(yán)重的小型水泥廠在建設(shè)中不執(zhí)行國家“先評價，后建設(shè)”的規(guī)定，出現(xiàn)了一些新的不合理布局和污染超標(biāo)現(xiàn)象;對大氣污染防治措施的投資經(jīng)常留有缺口或?qū)①Y金挪作他用。

由于各地監(jiān)測機(jī)構(gòu)受到經(jīng)費(fèi)的限制，不能普遍開展對大氣污染源的例行監(jiān)測，從而削弱了環(huán)保部門對污染源的日常監(jiān)督和管理。環(huán)保設(shè)施操作管理比較差，實(shí)際運(yùn)行率低。許多項目盡管開工驗收時可達(dá)標(biāo)，但在實(shí)際運(yùn)行中卻超標(biāo)排放。

目前，我國的大氣污染已嚴(yán)重危害了人們的身體健康。研究表明，在中國引起慢性障礙性呼吸道疾病的主要決定因素是大氣污染。大氣污染造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，制約了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。僅酸雨造成的經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)到1200億元以上，約占當(dāng)年國民生產(chǎn)總值2%。大氣污染嚴(yán)重的狀況成為人們對社會不滿的因素之一，甚至影響了一些地區(qū)的社會安定。與此同時，我國的大氣污染程度也在國際上造成了不良的影響，首都北京已被世界衛(wèi)生組織列為大氣污染最嚴(yán)重的城市之一，這將對我國的社會主義現(xiàn)代化建設(shè)以及國際交往帶來不利影響。

環(huán)境保護(hù)是我國的一項基本國策，我國又是《京都議定書》的簽字國，為了我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展和資源的有效利用，到2020年實(shí)現(xiàn)黨的十六大會議報告中提出的小康社會目標(biāo)以及人門對生活環(huán)境的要求越來越高，提高水泥工業(yè)的環(huán)保技術(shù)水平，減少有害氣體的排放顯得非常重要和迫切。

三、比較

表1國內(nèi)外水泥工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀對比

對比項世界先進(jìn)水平中國水平

新型干法窯生產(chǎn)能力日本占98.3%;意大利占96.5%約10%，窯外分解窯125臺/年

企業(yè)平均規(guī)模世界60—100萬t;歐洲70—80萬噸6.62萬噸

日本達(dá)到256萬t

全員勞動生產(chǎn)率法國3273t/人年地方水泥：160t/人年

德國3015t/人年全國平均：284t/人年

日本15000t/人年

設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率92%85%

熟料熱耗2900kj/kg(日本)5121kj/kg(回轉(zhuǎn)窯平均)

窯外分解窯熱耗2888熟料3555kj/kg熟料

熟料煤耗100kg標(biāo)準(zhǔn)煤/t175kg標(biāo)準(zhǔn)煤/t

水泥綜合電耗92kWh/t114kWh/t

水泥散裝率80%—90%以上20%

表2我國水泥廠與其它國家水泥廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的限制對比

國別粉塵(mg/N立方米)二氧化硫二氧化氮備注

窯冷卻機(jī)其它(mg/N立方米)(mg/N立方米)

德國505050400500

法國50100305001200

英國405050200900

中國10010050400800

中國1501501508001600

中國10010050600400

日本505050750500

馬來西亞1001001002002000

土耳其1205050300400

意大利15—302010400700

美國約70約40肉眼不看見約750約900

水泥工業(yè)大氣污染治理的技術(shù)依據(jù):

1、國家環(huán)保產(chǎn)業(yè)“十五”計劃和2010年遠(yuǎn)景規(guī)劃;

2、水泥工業(yè)的“十五”發(fā)展規(guī)劃;

3、《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》;

4、《水泥廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB4915-1996;

正在修訂：取消地區(qū)類別、熱力設(shè)備：<100Mg/Nm3、通風(fēng)設(shè)備：<50Mg/Nm3、噸產(chǎn)品排放量：<0.5Kg/噸產(chǎn)品(現(xiàn)狀：立窯3Kg/噸產(chǎn)品、旋窯1Kg/噸產(chǎn)品;發(fā)達(dá)國家0.04-0.07Kg/噸產(chǎn)品)、排污許可證制度(總量550萬噸/年)。

5、《中華人民共和國大氣污染防治法》(修正);

6、《立窯水泥廠防塵技術(shù)規(guī)程》GB5984-86;

7、《保護(hù)農(nóng)作物的大氣污染物最高允許濃度》GB9137-88;

8、《國務(wù)院關(guān)于環(huán)境保護(hù)若干問題的規(guī)定》;

9、相關(guān)的環(huán)保技術(shù)政策和水泥工業(yè)先進(jìn)成熟的技術(shù)及裝備。

10、《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB16297-1996;SO2、顆粒物、

11、《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13271-1996;粉塵、SO2、

12、《工業(yè)爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB9078-1996;煙塵、

利用遍布全國的水泥廠解決廢渣和垃圾問題：煤矸石利用量3000多萬噸/年;電廠的粉煤灰6000多萬噸/年;利用水泥窯來燒垃圾已經(jīng)在多家水泥廠實(shí)驗。

水泥工業(yè)大氣污染治理的原則

口號：實(shí)現(xiàn)水泥工業(yè)現(xiàn)代化和藍(lán)天、綠色的、同大氣和地球相容的“生態(tài)環(huán)境材料型”產(chǎn)業(yè)。

預(yù)防為主、減少排污

加強(qiáng)工藝設(shè)備的密封堵漏、減少不必要的排放點(diǎn)、如選用分解爐內(nèi)低溫燃燒減少NOX的排放和預(yù)熱分解系統(tǒng)對窯內(nèi)產(chǎn)生的NOX有還原作用等先進(jìn)的水泥生產(chǎn)技術(shù)。

選用高效治污設(shè)備、降低排放量

近二十年，現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步給環(huán)境保護(hù)帶來了很大的變化。如一級除塵的入口濃度可以達(dá)到1600g/m3以上;這就簡化了除塵工藝流程，便于維護(hù)和管理，克服了水泥行業(yè)原來二級除塵帶來的問題。

選用統(tǒng)一型號不同規(guī)格的治污設(shè)備，減少備品備件，便于維護(hù)和管理。

加強(qiáng)治污設(shè)備的管理和維護(hù)，“三分設(shè)備，七分管理”，要把治污設(shè)備和主機(jī)設(shè)備等同管理。

結(jié)合工藝選用治污設(shè)備，建材行業(yè)有建材行業(yè)的特殊性，不同于鋼鐵、冶金、化工等行業(yè)。有高溫、高濕等特點(diǎn)。

選用正規(guī)廠家的產(chǎn)品，正規(guī)廠家的產(chǎn)品技術(shù)有保障，出了問題有人解決。

合理的治污工藝設(shè)計，風(fēng)機(jī)選型、非標(biāo)工藝設(shè)計等。

采用新技術(shù)對老的治污設(shè)備進(jìn)行改造

四、粉塵和氣體的性質(zhì)

(一)、粉塵的基本性質(zhì)

粉塵是由自然力或機(jī)械力產(chǎn)生的，能夠懸浮于空氣中的固體細(xì)小微粒。國際上將粒徑小于75μm的固體懸浮物定義為粉塵。在除塵技術(shù)中，一般將1～200μm乃至更大顆粒的固體懸浮物視為粉塵。對于粒徑為0.01～1μm的小固體粒子稱為煙塵，煙塵基本上是保持懸浮狀態(tài)而不能沉降的。

對于除塵作業(yè)來說，從環(huán)保要求出發(fā)，主要是捕集粒徑為0.1～10μm的煙塵、粉塵，因其粒徑小，對人體危害最大。同時，大于10μm的粉塵易于沉降，除塵容易實(shí)現(xiàn)。小于0.1μm的重量影響很小，對排放濃度影響不大。

1、粉塵的分類及特性

⑴按物質(zhì)組成分類

按物質(zhì)組成粉塵可分為有機(jī)粉塵、無機(jī)粉塵、混合粉塵。有機(jī)粉塵包括植物粉塵、動物粉塵、加工有機(jī)物的粉塵;無機(jī)粉塵包括礦塵、金屬塵、加工無機(jī)物產(chǎn)生的粉塵等。

⑵按粒徑分類

按塵徑大小或在顯微鏡下可見程度粉塵分為：粗塵，粒徑大于40μm，相當(dāng)于一般篩分的最小粒徑;細(xì)粉塵，粒徑10～40μm，在明亮光線下肉眼可以見到;顯微塵，粒徑0.25～10μm，用光學(xué)顯微鏡可以觀察;亞顯微塵，粒徑小于0.25μm，需用電子顯微鏡才能觀察到。

⑶按形狀分類

不同形狀的粉塵可分為：(a)三向等長粒子，即長、寬、高的尺寸相同或接近的粒子;(b)片形粒子，即兩方向的長度比第三方向長得多，如薄片狀、鱗片狀粒子;(c)纖維形粒子，即一個方向長得多得粒子，如柱狀、針狀、纖維粒子;(d)球形粒子，外形呈圓形或橢圓形。

⑷按物理化學(xué)特性分類：由粉塵的濕潤性、粘性、燃燒爆炸性、導(dǎo)電性、流動性可以區(qū)分不同屬性的粉塵。

⑸其它分類中還可分為生產(chǎn)性粉塵和大氣塵，纖維性粉塵和顆粒狀粉塵，一次揚(yáng)塵和二次揚(yáng)塵。

2、粉塵特性

粉塵由很多特殊的屬性，其中與除塵工程密切相關(guān)的由懸浮特性、擴(kuò)散特性、附著特性、吸附特性、燃燒和爆炸特性、荷電特性、流動特性等。

⑴懸浮特性在靜止空氣中，粉塵顆粒受重力作用會在空氣中沉降。但實(shí)際空氣絕非靜止，而是由各種擾動氣流，小于10μm的塵粒能夠長期懸浮于空氣中。粉塵懸浮特性是除塵工程計算的依據(jù)之一。

⑵擴(kuò)散特性是指微細(xì)粉塵隨氣流攜帶而擴(kuò)散。

⑶附著特性塵粒粘附于其它粒子或其它物質(zhì)表面的特性。

⑷燃燒和爆炸特性物料轉(zhuǎn)化為粉塵，比表面積增加，提高了物質(zhì)的活性，在具備燃燒的條件下，可燃粉塵氧化放熱反應(yīng)速度超過其散熱能力，最終轉(zhuǎn)化為燃燒，稱為粉塵自燃。當(dāng)容易爆炸的粉塵濃度達(dá)到爆炸界限并遇明火時，產(chǎn)生粉塵爆炸。煤塵、焦碳塵、鋁、鎂和某些含硫高的礦塵均系爆炸性粉塵。

⑸荷電特性由于天然輻射，離子或電子附著，塵粒之間或粉塵與物體之間的摩擦，使塵粒帶有電荷。

⑹流動特性塵粒的集合體在受外力時，塵粒之間發(fā)生相對位置移動，近似于流體運(yùn)動的特性。

(二)粉塵的密度

單位體積粉塵的質(zhì)量稱為粉塵的密度。排出粉塵顆粒之間及其內(nèi)部的空隙后，包括粉塵顆粒之間及其內(nèi)部的空隙，單位體積松散粉塵的質(zhì)量稱為堆積密度，又稱假密度。

(三)粉塵的粒徑和分散度

粒徑是表征粉塵顆粒狀態(tài)的重要參數(shù)。粉塵顆粒狀態(tài)是粉塵顆粒大小和形態(tài)的表征。粉塵粒徑的分布稱為分散度。

(四)粉塵的含水率(水分)

粉塵的含水率是指水分在粉塵中的重量占粉塵總重的百分?jǐn)?shù)。含水率與附著力又很大關(guān)系，特別影響清灰作用，一般來說，含水率很小的干粉塵，其粘附力小，清灰較易;很濕的粉塵，其粘附力就大，清灰比較困難。

(五)粉塵的比表面積(Sv)

單位質(zhì)量粉塵的總表面積稱為比表面積，用平方厘米每克表示(cm2/g)。粉塵的粒徑越小，則比表面積越大，比表面積越大，則粉塵的表面活力越大。比表面積對粉塵的濕潤、溶解、凝聚、吸附、燃爆的性質(zhì)都又直接的影響。

(六)粉塵濃度

粉塵濃度是指單位體積氣體中所含粉塵的重量。

粉塵對環(huán)境的污染與濃度有很大關(guān)系，因此各國的環(huán)保法都對各作業(yè)場所規(guī)定最高容許濃度，對除塵設(shè)備也規(guī)定了最高排放濃度。

五、氣體的基本性質(zhì)

作為除塵作業(yè)的對象，粉塵是懸浮于氣體中的，因此氣體的性質(zhì)對除塵具有十分重要的影響，尤其是袋式除塵器，在考慮壓力損失、選用濾料材質(zhì)、決定清灰方式等都與氣體的性質(zhì)有關(guān)。

氣體的基本性質(zhì)包括氣體的壓力、溫度、密度、濕度、粘度以及雷諾數(shù)和馬赫數(shù)等。

1、氣體的壓力

根據(jù)氣體分子運(yùn)動理論，氣體的壓力是由于大量分子對容器內(nèi)壁撞擊的總效果。以單位面積上所受的力來度量，故亦稱壓強(qiáng)，單位用Pa表示。

2、氣體的溫度

溫度是表征物體冷熱程度的物理量。在工程應(yīng)用中大多采用國際百分溫標(biāo)，即t(℃)。在氣體熱力學(xué)中則采用絕對溫標(biāo)，T(K)。兩種溫標(biāo)的關(guān)系式為：

T=273+t

氣體的溫度是一個重要的參數(shù)，它影響氣體的體積、壓力、粘性、密度等參數(shù)，在除塵工程中，它還影響到除塵設(shè)備的承受能力。

3、氣體的密度

單位氣體所具有的質(zhì)量稱為密度。氣體的密度不但與組成氣體的成分有關(guān)，還隨著溫度、壓力的變化而變化。

4、氣體的粘度

流體在流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，這種性質(zhì)稱為流體的粘性。粘度(或稱粘滯系數(shù))的定義是切應(yīng)力與切應(yīng)變的變化率之比，是用來度量流體粘性的大小，由流體的性質(zhì)而定。

氣體的粘度是隨著溫度的增高而增大(與液體相反)，與壓力幾乎沒有關(guān)系。在袋式除塵器中，濾袋的壓力損失與氣體的粘度成正比，粉塵的沉降速度與氣體的粘度成反比。

5、氣體的濕度

氣體中常含有一定的水蒸氣，氣體中含水蒸汽的多少就用濕度來表示。一般有兩種方式表示：

⑴絕對濕度

絕對濕度是指單位體積中所含水蒸汽的質(zhì)量(Kg/m3)。當(dāng)濕氣體中水蒸汽的含量達(dá)到該溫度所能容許的最大值時的氣體狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)。

⑵相對濕度

相對濕度是指單位體積氣體中所含水蒸汽的密度與在同溫度、同壓力下飽和狀態(tài)時水蒸氣的密度之比的百分?jǐn)?shù)。

對于袋式除塵器來說，氣體濕度高，容易“糊袋”、清灰困難、易結(jié)露，氣體異常干燥時，易產(chǎn)生靜電?？偟膩碚f，干氣體較濕氣體除塵效果要好。

6、氣體的露點(diǎn)

露點(diǎn)是指氣體的氣壓不變，水蒸氣含量不增減的情況下，未飽和氣體因冷卻而達(dá)到飽和狀態(tài)時的溫度。因此，露點(diǎn)是一種氣體濕度的表示法。

當(dāng)相對濕度達(dá)到100%，即濕體已達(dá)飽和狀態(tài)時，氣體中水蒸氣分子的含量已達(dá)到容許的最大值，此時溫度稍有降低，就必然有一部分水蒸氣分子不能再以氣態(tài)存在于氣體中，而從氣體中析出來成為液體，這叫“結(jié)露”，或叫“冷凝”。

氣體的結(jié)露對除塵器的工作很不利，它能使粉塵的含水率增大而粘結(jié)在濾袋上，造成清灰困難;還能腐蝕除塵設(shè)備，降低使用壽命，尤其是氣體中含有硫化物時，硫會溶解于水中形成強(qiáng)腐蝕劑腐蝕除塵設(shè)備，因此，在除塵作業(yè)中必須防止結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生。

氣體的露點(diǎn)除與濕度相關(guān)外，還與氣體的成分有關(guān)。尤其是氣體中含有三氧化硫時，即使是少量的，也可以使氣體露點(diǎn)溫度達(dá)到100℃以上，這一點(diǎn)應(yīng)充分注意。水泥廠窯尾的煙氣與發(fā)電廠鍋爐相比硫氧化物比較少，原因是硫容易被生料中的堿成份中和。

下表列出了水泥廠窯尾煙氣的相對濕度和露點(diǎn)：

窯型煙氣溫度相對濕度%露點(diǎn)℃

帶預(yù)熱鍋爐的干法窯190740

帶懸浮預(yù)熱器干法窯300～350預(yù)熱利用后1033～38

機(jī)立窯50～1901540～55

濕法長窯120～2204065～75

帶過濾器的濕法窯120～1901865～75

立波爾窯80～1301845～60

7、雷諾數(shù)

判斷流動狀態(tài)的一個無因次數(shù)。

8、馬赫數(shù)

氣流速度與音速的比值。

9、導(dǎo)熱系數(shù)

在穩(wěn)定條件和單位溫差作用下，通過單位厚度、單位面積的勻質(zhì)材料的熱流量，稱為導(dǎo)熱系數(shù)，亦稱熱導(dǎo)率。

10、熱擴(kuò)散率

是表征在加熱或冷卻時各部分溫度趨于一致的能力。它是材料的導(dǎo)熱系數(shù)與其比熱容和密度乘積的比值，也稱熱擴(kuò)散系數(shù)。