目前，中國已成為世界最大的建筑陶瓷生產(chǎn)國，年產(chǎn)能近120億平方米。受環(huán)保意識及技術(shù)的制約，建陶行業(yè)對環(huán)境的影響和危害日益顯現(xiàn)，環(huán)保治理迫在眉睫。
一、過量空氣系數(shù)與含氧量
過量空氣系數(shù)是指設(shè)備運(yùn)行時(shí)的實(shí)際空氣供給量與理論空氣需求量的比值。建陶實(shí)際生產(chǎn)中加入的過量空氣，一方面可使燃料更加充分燃燒，另一方面也滿足了產(chǎn)品降溫的需要，但實(shí)際上卻對污染物產(chǎn)生了“稀釋”。因此，為了防止人為“稀釋”達(dá)標(biāo)，須統(tǒng)一換算標(biāo)準(zhǔn)，故規(guī)定了“過量空氣系數(shù)”。
陶瓷實(shí)際生產(chǎn)中，含氧量一般在16-19%。為了確保排放標(biāo)準(zhǔn)的合理性及可操作性，環(huán)保部發(fā)布83號公告（修改單），將基礎(chǔ)含氧量由原來的8.6%（過量空氣系數(shù)為1.7）調(diào)整為18%（過量空氣系數(shù)為7）。
過量空氣系數(shù)與含氧量的換算：c=c’×（ α'/α） α'=21/21-n
c—折算后排放濃度 c’—實(shí)測排放濃度 α'—實(shí)測過量空氣系數(shù) α—基準(zhǔn)過量空氣系數(shù)n—實(shí)測含氧量
可見，含氧量n越大，α'越大，折算后的濃度c越大，越容易超過國家標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)測的排放濃度，應(yīng)折算為基準(zhǔn)含氧量條件下的排放濃度，并以此判定是否達(dá)標(biāo)。
二、污染物及來源
建陶窯爐煙氣中的污染物有SO2、顆粒物、NOx、氟化物、氯化物及重金屬（Pb、Cd）。
*SO2：①窯爐使用未經(jīng)凈化脫硫的燃料（如水煤氣等）；②噴干塔熱風(fēng)爐使用煤粉或水煤漿造成硫夾帶于粉料中；③坯體原料中的含硫礦物；
*顆粒物：坯體微塵、燃料夾帶、工況吸入；
*NOx：主要來源是熱力型NOx，即燃料燃燒時(shí)空氣中的氮?dú)猓∟2）在高溫下與氧（O2）發(fā)生反應(yīng)生成NOx；
*氟化物：坯料及釉料中的含氟礦物，在高溫?zé)蓵r(shí)分解，以SiF4、HF的形式溢出；
*重金屬：坯體釉料中含有的Pb、Cd等重金屬；
結(jié)論：僅窯爐使用清潔燃料，并不能完全實(shí)現(xiàn)排放達(dá)標(biāo)。
三、窯爐燃料成本比較
（按每平米地磚能耗計(jì)算）
能耗：26×500=13000大卡（磚重26Kg/㎡，500大卡/ kg，）
A、天然氣（8500大卡/m3，4元/m3）
成本：13000÷8500=1.53m3，1.53×4 = 6.1元
B、清潔煤氣（1350大卡/m3，0.33元/m3）
成本：13000÷1350 =9.63m3，9.63×0.33 = 3.2元
C、發(fā)生爐煤氣（煤6000大卡/ kg，轉(zhuǎn)化率65%，650元/噸）
成本：13000÷（6000×65%）=3.33kg，3.33×0.65 = 2.2元
結(jié)論：窯爐采用天然氣或清潔煤氣，與自制發(fā)生爐煤氣比較，以一條10000㎡/天的地磚生產(chǎn)線為例，每年（300天/年）成本分別增加1170萬元、300萬元。
四、建陶環(huán)保治理的總體思路
目前，建筑陶瓷生產(chǎn)線中80%的窯爐都采用自制水煤氣，而制粉工段基本都采用煤粉或水煤漿。我國將長期堅(jiān)持以煤炭為主的能源戰(zhàn)略，針對建陶生產(chǎn)特點(diǎn)及現(xiàn)狀，在煙氣治理方面，單純改用清潔能源并不現(xiàn)實(shí)。
工業(yè)窯爐的環(huán)保模式分為燃燒前（如洗選煤等）、燃燒中（爐內(nèi)噴鈣等）、燃燒后（煙氣治理）三種模式，鑒于建筑陶瓷污染物多途徑產(chǎn)生的機(jī)理，最適宜的就是采用終端治理模式，即對燃燒后的煙氣中的污染物進(jìn)行環(huán)保處理。
對于主要污染物硫的脫除，按照脫硫劑形態(tài)，分為濕法（90%）、干法、半干法。濕法又分石灰法、鈉堿法、雙堿法、氨法等等?！笆沂?石膏法”俗稱“鈣法”，是世界上應(yīng)用最廣泛的一種脫硫技術(shù)，日本、德國、美國的火力發(fā)電廠采用的煙氣脫硫裝置約90%采用此工藝。因此，建陶行業(yè)中采取成熟并得到廣泛應(yīng)用的‘石灰石—石膏法’為佳。
五、窯爐的煙氣治理
窯爐煙氣主要污染物為SO2及顆粒物，其它污染物占比相對較小，可通過濕法協(xié)同去除。根據(jù)實(shí)際檢測和調(diào)研，窯爐煙氣中SO2濃度基本在150-600 mg/m3，顆粒物的濃度基本在80-200 mg/m3。
1、“雙堿法”的局限性
目前業(yè)內(nèi)的窯爐煙氣環(huán)保裝備，脫硫大多采用的是“雙堿法”，具有很大的技術(shù)局限性。其采用NaOH做啟動(dòng)吸收劑來吸收SO2，然后再通過Ca（OH）2將Na2SO3或Na2SO4置換回NaOH。主要反應(yīng)如下：
①吸收反應(yīng)
2NaOH + SO2→ Na2SO3 + H2O
2Na2SO3+ O2→2Na2SO4
②再生置換反應(yīng)
Na2SO3 + Ca（OH）2→ 2NaOH + CaSO3
Na2SO4 + Ca（OH）2→ 2NaOH + CaSO4
事實(shí)上，由于石灰及NaOH的量很難精準(zhǔn)控制以及Na2SO4的化學(xué)穩(wěn)定性，其中大部分Na2SO4并未參與置換反應(yīng)，使得Na2SO4含量持續(xù)累積，造成脫硫效率不斷下降，致使NaOH的加入量越來越多，pH值也越來越高，最終使雙堿溶液飽和而失去脫硫效果。在此情況下，只有通過換液才能暫時(shí)解決問題，因而不能實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行。另外，因?yàn)橐鼡Q的混合液里含有NaOH、Ca（OH）2等多種化學(xué)物質(zhì)，不僅造成了資源浪費(fèi)，還會(huì)形成污染的二次轉(zhuǎn)移，不符合外排標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保原則?！半p堿法”既做不到長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，又因鈉堿價(jià)格較貴，大量消耗，導(dǎo)致長期的運(yùn)行成本居高不下，這是目前所有采用“雙堿法”的陶瓷企業(yè)普遍遇到的困境。
另外，“雙堿法”需配有相當(dāng)規(guī)模的沉淀池。占地面積大，因池子外露，還造成大量水分被蒸發(fā)，同時(shí)部分未被脫除的SO2、HCl等有害氣體也會(huì)隨之溢出。
2、基于“石灰石-石膏法”的煙氣一體化治理技術(shù)
①脫硫反應(yīng)原理如下
吸收：Ca（OH）2 + SO2→ CaSO3 + H2O
氧化：2CaSO3+ O2→ 2CaSO4
②設(shè)備組成及功能：煙氣一體化技術(shù)采用模塊化設(shè)計(jì)，在未來環(huán)保升級時(shí)能改進(jìn)并對接，主要由預(yù)洗滌系統(tǒng)、SO2吸收及除霧系統(tǒng)、漿液制備系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成。
預(yù)噴淋系統(tǒng)由垂直煙道、噴嘴及工藝水罐等組成，除降低煙氣溫度，還可去除部分氯化物、粉塵等；SO2吸收及除霧系統(tǒng)包括吸收塔塔體、漿液循環(huán)泵、噴淋系統(tǒng)、除霧器等幾個(gè)部分，該系統(tǒng)可去除大部分SO2、氟化物、氯化物、重金屬、粉塵等，同時(shí)對煙氣進(jìn)行多級除霧，減少霧滴及其夾帶的顆粒物；漿液制備系統(tǒng)包括消石灰粉倉、漿液制備罐、漿液泵及連接各個(gè)設(shè)備的管道、閥門、清洗措施等，經(jīng)過攪拌均勻的石灰漿液由泵送到濕式吸收塔系統(tǒng)；工藝水系統(tǒng)用于補(bǔ)充蒸發(fā)、出口煙氣攜帶以及沖洗用水；脫水系統(tǒng)用于脫除CaSO4、CaSO3、CaF2等固體終產(chǎn)物，濾液返回循環(huán)使用；控制系統(tǒng)采用通用的PLC控制系統(tǒng)，配有人機(jī)界面，操作人員可監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，如液位、pH值、流量、壓力、溫度、差壓、密度等過程參數(shù)。
③優(yōu)點(diǎn)：煙氣一體化基于“石灰石—石膏法”原理，工藝路線成熟合理，采用石灰做脫硫劑，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，每平米地磚僅增加環(huán)保成本0.15元左右，最終產(chǎn)物為硫酸鈣，濾除方便且無二次污染；采用空心錐霧化噴嘴，氣液接觸充分，脫硫效率高；漿液在系統(tǒng)內(nèi)密閉循環(huán)，無異味揮發(fā)，且占地面積小；主塔無填料，系統(tǒng)阻力小，不易結(jié)垢。
④主要參數(shù)控制
漿液密度：當(dāng)漿液密度偏高時(shí)，則說明漿液中CaSO4、CaSO3等含量相對較高，會(huì)影響脫硫效率，也易造成管道結(jié)垢，密度大于1150kg/m3時(shí)需進(jìn)行脫固處理。
pH值：系統(tǒng)中的重要參數(shù)之一，一般控制在5-7之間。pH值太高，容易造成設(shè)備的堵塞和結(jié)垢，且造成Ca（OH）2的利用率下降。pH值太低，則會(huì)影響脫硫效率。
煙氣溫度：脫硫的最佳效率溫度在50°左右。因此，預(yù)噴淋系統(tǒng)對煙氣的降溫很有必要。
煙氣速度：主塔內(nèi)的煙氣流速越快，氣液接觸時(shí)間越短，則脫硫效率越低。同時(shí)，過快的流速還會(huì)導(dǎo)致排放煙氣夾帶的顆粒物增多。實(shí)踐證明，煙氣速度在3-3.5m/s為宜。
液氣比：是影響脫硫效率及衡量經(jīng)濟(jì)性的的重要指標(biāo)，考慮SO2濃度以及Ca（OH）2的含量，選擇合適的液氣比，在保證脫硫效率的前提下，降低運(yùn)行費(fèi)用，液氣比一般在8-10L/ m3為宜（與噴淋層多少有關(guān)）。
系統(tǒng)阻力：合理確定各分煙道的直徑并增設(shè)調(diào)節(jié)閘門，兼顧阻力及壓力均衡，總阻力一般控制在2000Pa以內(nèi)。
⑤特別措施
除霧：采用平板及旋流板組合進(jìn)行綜合除霧，減少霧滴并防止煙氣夾帶顆粒物。
防結(jié)垢：①選擇合適的運(yùn)行參數(shù)（pH值、漿液密度、液氣比）；②減少塔內(nèi)構(gòu)件，減少系統(tǒng)阻力；③加裝適宜的沖洗水裝置；④及時(shí)脫除沉淀物；⑤選用空心錐霧化噴嘴并選擇合理的漿液管道直徑。
六、結(jié)論
根據(jù)建陶生產(chǎn)的工藝過程、排放狀況并兼顧生產(chǎn)成本及能源現(xiàn)狀，采用末端治理的理念，科學(xué)選擇經(jīng)濟(jì)合理的環(huán)保技術(shù)，窯爐煙氣完全可以排放達(dá)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)建筑陶瓷的清潔生產(chǎn)。
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