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?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，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水平6～10倍。

如前所述，我國水泥工業(yè)發(fā)展的起點低，整體水平提高較慢，技術改造難度大，污染治理欠賬多。工業(yè)技術和裝備許多是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)又遲遲不能進行整體改造和污染治理，相當一批技術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，對大氣造成嚴重污染。

二、原因：

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

(1)、在我國一次能源消費結構中，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)、我國水泥窯爐設備技術及制造水平較低，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、工藝比較落后，生產(chǎn)設備簡陋，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不到位

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

排污收費標準太低，使得污染企業(yè)寧可交排污費，而不愿意花錢治理。例如，“兩省九市”的二氧化硫收費標準過低，一般都在每公斤二氧化硫0.20元以內(nèi)，遠遠低于每公斤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)標準制定取得很大進展，但有法不依，執(zhí)法不嚴，違法不究的現(xiàn)象仍然十分嚴重。一些地方政府干預環(huán)保部門執(zhí)法，批準建設短期經(jīng)濟效益好，但能源資源消耗量大，對大氣污染嚴重的小型水泥廠在建設中不執(zhí)行國家“先評價，后建設”的規(guī)定，出現(xiàn)了一些新的不合理布局和污染超標現(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)測機構受到經(jīng)費的限制，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)保設施操作管理比較差，實際運行率低。許多項目盡管開工驗收時可達標，但在實際運行中卻超標排放。

目前，我國的大氣污染已嚴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)濟損失，制約了經(jīng)濟的發(fā)展。僅酸雨造成的經(jīng)濟損失就達到1200億元以上，約占當年國民生產(chǎn)總值2%。大氣污染嚴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重的城市之一，這將對我國的社會主義現(xiàn)代化建設以及國際交往帶來不利影響。

環(huán)境保護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)濟建設的可持續(xù)發(fā)展和資源的有效利用，到2020年實現(xiàn)黨的十六大會議報告中提出的小康社會目標以及人門對生活環(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)技術現(xiàn)狀對比

對比項世界先進水平中國水平

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

設備運轉(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標準煤/t175kg標準煤/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準的限制對比

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依據(jù):

1、國家環(huán)保產(chǎn)業(yè)“十五”計劃和2010年遠景規(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)境保護法》;

4、《水泥廠大氣污染物排放標準》GB4915-1996;

正在修訂：取消地區(qū)類別、熱力設備：<100Mg/Nm3、通風設備：<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規(guī)程》GB5984-86;

7、《保護農(nóng)作物的大氣污染物最高允許濃度》GB9137-88;

8、《國務院關于環(huán)境保護若干問題的規(guī)定》;

9、相關的環(huán)保技術政策和水泥工業(yè)先進成熟的技術及裝備。

10、《大氣污染物綜合排放標準》GB16297-1996;SO2、顆粒物、

11、《鍋爐大氣污染物排放標準》GB13271-1996;粉塵、SO2、

12、《工業(yè)爐大氣污染物排放標準》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)在多家水泥廠實驗。

水泥工業(yè)大氣污染治理的原則

口號：實現(xiàn)水泥工業(yè)現(xiàn)代化和藍天、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)。

預防為主、減少排污

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

選用高效治污設備、降低排放量

近二十年，現(xiàn)代技術的發(fā)展和進步給環(huán)境保護帶來了很大的變化。如一級除塵的入口濃度可以達到1600g/m3以上;這就簡化了除塵工藝流程，便于維護和管理，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)格的治污設備，減少備品備件，便于維護和管理。

加強治污設備的管理和維護，“三分設備，七分管理”，要把治污設備和主機設備等同管理。

結合工藝選用治污設備，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。

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

合理的治污工藝設計，風機選型、非標工藝設計等。

采用新技術對老的治污設備進行改造

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械力產(chǎn)生的，能夠懸浮于空氣中的固體細小微粒。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粉塵、無機粉塵、混合粉塵。有機粉塵包括植物粉塵、動物粉塵、加工有機物的粉塵;無機粉塵包括礦塵、金屬塵、加工無機物產(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，相當于一般篩分的最小粒徑;細粉塵，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按物理化學特性分類：由粉塵的濕潤性、粘性、燃燒爆炸性、導電性、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，一次揚塵和二次揚塵。

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的由懸浮特性、擴散特性、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擴散特性是指微細粉塵隨氣流攜帶而擴散。

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速度超過其散熱能力，最終轉(zhuǎn)化為燃燒，稱為粉塵自燃。當容易爆炸的粉塵濃度達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數(shù)。含水率與附著力又很大關系，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。

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，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。在工程應用中大多采用國際百分溫標，即t(℃)。在氣體熱力學中則采用絕對溫標，T(K)。兩種溫標的關系式為：

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，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))的定義是切應力與切應變的變化率之比，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)。當濕氣體中水蒸汽的含量達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數(shù)。

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

6、氣體的露點

露點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到飽和狀態(tài)時的溫度。因此，露點是一種氣體濕度的表示法。

當相對濕度達到100%，即濕體已達飽和狀態(tài)時，氣體中水蒸氣分子的含量已達到容許的最大值，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“結露”，或叫“冷凝”。

氣體的結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在濾袋上，造成清灰困難;還能腐蝕除塵設備，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腐蝕劑腐蝕除塵設備，因此，在除塵作業(yè)中必須防止結露現(xiàn)象發(fā)生。

氣體的露點除與濕度相關外，還與氣體的成分有關。尤其是氣體中含有三氧化硫時，即使是少量的，也可以使氣體露點溫度達到100℃以上，這一點應充分注意。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：

窯型煙氣溫度相對濕度%露點℃

帶預熱鍋爐的干法窯190740

帶懸浮預熱器干法窯300～350預熱利用后1033～38

機立窯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，稱為導熱系數(shù)，亦稱熱導率。

10、熱擴散率

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