陶瓷生产中主要有两种设备会排放有害烟气——喷雾干燥塔和烧成窑炉。喷雾干燥塔的主要污染物是粉尘，烧成窑炉的则是二氧化硫。目前陶瓷生产企业的除尘和脱硝都较好处理，主要环保工作为脱硫，也是占整厂烟气治理中，投入成本和运行成本最高的部分。窑炉中的二氧化硫一部分来自自身含硫燃料，一部分来自坯体原料本身，还有一部分来自坯体粉料在喷雾塔中吸收热风炉燃烧时形成的硫氧化物。然而，过多的硫氧化物又会对设备造成腐蚀。
下表为现有陶瓷生产中一些环保处理设备和排放情况（科达煤气是指用科达清洁煤技术制取的煤气）：
由上表可知，单纯的将水煤气改为天然气，虽然能够有效降低二氧化硫的排放，但并不一定能够达到环保排放标准。使用传统燃料加末端湿法脱硫处理，虽可达标排放，但有关部门难于监督管理，且环保和生产设备负荷高，缩短了设备使用寿命。
现有设备的折旧周期一般为10年，但有部分窑炉在使用5年左右的时间后就出现了种种问题，其中很大程度是由于过度腐蚀造成的。此外，对于窑炉配套的湿法喷淋塔，无论是采用316L不锈钢材质抑或麻石材质的塔体，至今使用时间已超过5年的寥寥无几。面对快速折旧的设备和日渐收紧的环保排放标准，面对市场上多种燃料和末端处理设备的组合，陶企该如何选择呢？还是让我们用抽丝剥茧的方法进行研究。
中国未来陶瓷生产的主要燃料必将是清洁煤气
首先先研究主流燃料：
表1.各燃料热值标准化折算表
注：2015年11月20日起，国家发改委指导非居民用天然气门站售价每立方米下降0.7元，20日前售价约为4.0元/Nm3。
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表2.主流砖燃料成本折算表
图1.主流砖燃料成本
由上述图表可知，水煤浆+水煤气的燃料组合是最低的燃料成本。现今窑炉燃料的主流是使用二段式发生炉产生的水煤气，该工艺的较大弊端在于有酚水产生。酚水由酚类、硫化物、氰化物等组成，是对环境有严重影响的液体。现如今陶瓷生产企业对酚水的处理大概有三种：交费给危险废物处置公司处理，加入喷雾塔燃料中，加入球磨原料中；分别有费用高，焚烧不完全，酚水随烟气逃逸等缺点。
目前，一些较为成熟的陶瓷生产工业区，迫于产业转型升级的压力，当地环保局和经管办要求陶瓷生产企业原则上使用天然气替代水煤气作为燃料，虽然能够对改善当地环境起到一定作用，但其实是事倍功半的——既有可能依然达不到排放标准，又大大增加了陶企的生产成本。我国是天然气储量贫乏、煤储量丰富国家，现有的主要燃料也是煤，让所有高投入、高能耗、高污染企业都使用成本高昂的天然气，并不是明智之举。
而使用（富氧）科达煤气与传统燃料（水煤浆/水煤气）相比，燃料成本只增加了5%~20%，而清洁程度与天然气媲美。今年自由媒体人——柴静拍摄的“穹顶之下”，在讨论解决大气污染问题时，重申了“清洁用煤”是中国特色的大气污染治理道路。对于清洁用煤，最普遍、最有前景的便是使用科达清洁煤技术“制取清洁煤气”。科达洁能经过八年的研发与创新，自主研发的清洁燃煤气化系统已形成循环流化床系统和低压气流床气化系统两种核心装置，并获得授权专利30项。科达清洁燃煤气化系统是一种清洁环保的煤制气装置，成本远低于天然气，H2S含量和粉尘含量与天然气持平，是替代高昂的天然气的首选清洁燃气。
然而，即使是使用天然气/科达煤气，也有可能由于胚体粉料在高温煅烧过程中释放的二氧化硫而导致硫排放超标。故为满足社会日益对企业更严格的环保要求，末端脱硫也是必须的。
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烟气末端脱硫治理，浓度低选双碱法，浓度高选石灰-石膏法
再来研究烟气中污染物的末端处理：目前国内主流的末端脱硫设备类型是湿法喷淋，其核心设备是喷淋塔，尺寸主要根据烟气量确定；根据药剂方法，又主要有双碱法和石灰-石膏法，二者脱硫效果和综合造价相近，但各有优缺点。
石灰-石膏法又称钙法，是采用石灰石或者石灰浆液脱出烟气中的SO2的方法。该方法开发较早，工艺成熟，吸收剂廉价易得，适用处理中高浓度SO2烟气，但存在能耗较高、管道易堵塞和排放颗粒物浓度略高的问题。由于火力发电行业具有二氧化硫排放量大、浓度高（数千ppm）、能耗价格低的特点，该方法被广泛应用到直接燃煤行业。然而陶瓷生产企业的二氧化硫排放量相对小，浓度较低（数百ppm），能耗成本高，需按实际情况讨论。
双碱法是石灰-石膏法的改良方法，是使用氢氧化钠吸收二氧化硫，再使用氢氧化钙再生氢氧化钠的方法。氢氧化钠吸收二氧化硫的速率很快，远高于氢氧化钙，故喷淋气液比更少；且产物溶解度高，不易结垢。双碱法克服了石灰-石膏法风阻力大，耗电量多，管道易结垢，排放颗粒物含量高等一系列问题。但双碱法自身也存在着再生条件较难控制，氢氧化钠置换再生失效，药剂费用上升的问题。实际调查使用双碱法脱硫的陶瓷生产企业，大多存在钙碱置换失效现象，同时迫于环保局排放浓度的在线监测的压力，倾向于向循环水投加更多的钠碱，使钠碱再生更加困难，导致脱硫方法近乎单钠碱法，此时双碱法脱硫成本会明显高于石灰-石膏法。
对于末端处理究竟是采用石灰-石膏法还是双碱法，企业还需根据具体情况做出选择。从成本方面考虑，要衡量该项目运行时究竟是药剂费用（主要根据入口硫含量决定）还是电耗费用（主要根据气液比决定）占比更多。从稳定运行方面考虑，要衡量是清理管道堵塞还是更换氢氧化钠再生失效的循环水的难度和成本更大。
下表以600x600规格20000m2/d的仿古砖生产线为例，简单罗列末端治理设备的固定投入和运行成本：
表3.600x600规格20000m2/d的仿古砖生产线——末端脱硫治理设备的固定投入和运行成本
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图2.双碱法与石灰-石膏法运行成本临界值对比
由上图表可知，在双碱再生条件控制较好的情况下，实际运行成本可能比石灰-石膏法低。但从图4中可明显看出，当全年约有1/2时间双碱法再生失效时，双碱法与石灰-石膏法成本接近；当全年约有1/2以上时间双碱法再生失效时，双碱法成本更高。
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由于不同陶瓷生产企业、不同环保公司的工艺流程和设备都有各自的特点，电耗和药剂消耗可能与上表中数据有所差异。尤其是在个别企业在湿法喷淋脱硫工艺后，加装湿法静电除尘器等用于深度净化烟气以达到超低排放浓度的企业，在湿法喷淋脱硫工艺中选择的气液比、药剂量等都可能有与本表数据有较大出入，在电耗较低的情况下，也可能得出石灰-石膏法的实际运行成本更低的结论。据模型估计，推荐在SO2排放浓度较高时（≥500mg/Nm3），考虑采用石灰-石膏法，在SO2排放浓度较低时采用（≤200mg/Nm3）双碱法，在SO2排放浓度中等时综合核算选择。建议各企业在选择脱硫方法时，可根据自身工艺、生产和排放情况，按照上述表格中的项目进行实际核算。
“使用清洁煤气生产”+“末端烟气治理”已迈出第一步
图3.燃料、脱硫、设备折旧综合成本
注：①本成本按《表2.主流砖燃料成本折算表》和《表3.600x600规格20000m2/d的仿古砖生产线——末端脱硫治理设备的固定投入和运行成本》计算；配套SD10000喷雾塔和20000m2/d干燥器及窑炉，造价分别估算为200万元和1800万元。配套脱硫设备为钙法/双碱法喷淋塔，造价估计为300~400万元。②由于燃料含硫量不一，设前两种燃料的设备折旧为5年，后三种燃料的设备折旧为10年。
由上图表可知，使用（富氧）科达煤气进行生产，将因二氧化硫量减少而降低的脱硫运行成本和减少折旧成本的价值综合核算，每年花费相比传统燃料并不高出多少。而使用天然气则远远高出传统燃料；且单独使用天然气作为燃料，不设末端脱硫处理，外排烟气中的二氧化硫和氟化物依然可能超标。根据前文对燃料和末端脱硫方法的论述可知，使用科达清洁煤气进行生产，末端采用双碱法治理，是当前中国比较经济有效的脱硫烟气治理方法。
从政府角度出发，使用清洁燃气，不仅避免了发生环境污染突发事件，还能够大幅完成污染物总量减排任务指标，故其很有可能进行推广清洁燃气取代传统水煤气。就在15年8、9月份，广东省的肇庆市工业园区和恩平市工业园区就以PPP模式推进了清洁煤气化产业的发展。面对中国日渐收窄的环保排放标准，陶瓷生产企业终将会逐渐被引导向“清洁生产+烟气治理”的方式持续发展。
（本文为佛山市建材行业协会通讯员提供）
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原标题：论陶瓷烟气脱硫治理的未来发展方向——“清洁生产+烟气治理”新模式
