日本水泥制造行业清洁生产经验_水泥行业清洁生产
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日本水泥制造行业清洁生产经验
一、日本水泥制造行业的历史
我国最早输入水泥是在元治、庆应年间，德川幕府用于建设横须贺制铁所，而依据大藏省关税局的公式统计资料，从1875年输入8t水泥开始，主要从英国和法国输入。
1870年成立工部省，工部省技术官员宇都宫三郎于1873年6月建立深川撮绵笃制造所，1875年5月19日成功地制造出水泥，这是阿斯普金发明水泥后的51年，美国开始制造后的4年。
1876年作为金禄公债的交换，实行武士阶层的家禄奉还制度，从政府申请资金贷款、变卖金禄公债或有担保后便可成立企业，在水泥制造方面，出现了山口藩士笠井顺八建立的水泥制造会社(1881年)，板垣退助的川南水泥工厂(1882年)和爱知县令国贞廉平的东洋组(同年)等。
不久，扶产兴业政策和金禄公债的发行使物价飞腾，于是官营工厂开始变卖给民间，就这样，1884年深川工作分局被浅野总一郎买下，成为浅野工厂。而水泥工业的形成又是当时近代工业产生的典型。
生产方式是采用立窑(德久利窑)方式，而当时的粉碎技术尚不发达，原料是消石灰、河泥中的黏土，燃料是焦炭和无烟煤等。因此，当时的水泥工厂都建在河流沿岸，原料和燃料交替重叠码放点火，4～7天后停火取出熟料，用类似于研磨罐的东西进行粉碎。虽然己开始使用蒸汽汽罐机为动力，但基本上是手工操作。立窑的高度为14．5rn，直径3．7m，1次的产量为13t。浅野工厂拥有8套立窑，月生产能力为145t，水泥制造工厂拥有4套，月生产能力为71t左右。
1883～1891年是成长期，大约在1891年确立了自给体制，在当时的工业制品中是为数不多的输出商品之一。而1891年的浓尾大地震证明了水泥建筑物的坚固，又逢日中战争供不应求，水泥工业得到了第一次飞跃性发展。
1898～1914年是立窑方式的成熟期，并得到进一步长足发展，但在此期间，1903年浅野水泥东京工厂引进了成为近代水泥工业的鼻祖的回转窑，1913年小野田水泥第2工厂建成，建设了该装置的雏形。
水泥被作为混凝土块、石村或砖瓦的粘接剂使用，1903年在京都建成最早的钢筋混凝土桥梁，1905年在神户出现钢筋混凝土建筑，也就是说，在?900年己形成近代化的雏形，而其确立是进入1910年以后的事了。
第一次世界大战(1914～1918年)期间，日本经济迅猛发展，水泥行业迎来了1914～1921年的第二个发展期，由此，以前便己逐渐萌芽的近代化一举成功，也宣告了立窑时代的结束。
回转窑可以作到连续运行，而且各个工艺由输送机械连接成套，生产能力大踏步前进，1916～1917年，引进了熟料冷却机，废气的循环再利用使能源得到节约，成本得以降低。1920年，小野田水泥率先实施余热发电，使电力自给一般化。
1929年、浅野公司建成我国最早的湿式水泥工厂一西多摩工厂，1934年三河公司田原工厂引进最早的旋转炉等新型生产式样，此外，早强、低热、混合水泥等许多品种相继问世，煅烧窑规模也从目前为止的3～5000t发展到1万吨级的大规模，1914～1921年间，技术革命使水泥产业进一步腾飞。
在太平洋战争(第二次世界大战)期间，矿业生产指数在1941年的峰值以后逐年下降，而水泥是在1939年(619万吨)，熟料在1937年(597万吨)的峰值以后急速滑坡，军需生产的倾斜政策使水泥产业早早地萎缩，对这方面进行补偿的混合水泥。
终战时水泥生产设备所受到的损失比较小，但也有许多因无法修复而被荒弃，在几乎可以自由开采煤的1949年的产量不超过327万吨，朝鲜战争爆发(1950年6月)，以此为契机日本水泥产业进入复兴期(1950～1954)。由于朝鲜战争的特需、输出增大，以及从战时就己开始的国土荒芜、台风巨损的连续、煤产量增加并向电力开发倾斜和建筑浪潮等原因，水泥成为“三白景气”，此时复兴己结束。生产能力恢复到战前水平，1951年的熟料产量为680万吨。随后，水泥产业又迎来了第四个发展期(1954～1965年)。
长炉、旋转炉、改良烧成法、立窑相继登场，电力形式好转使余热发电结束，并实施了从煤向重油的能源结构的转换，规模从1万吨增加到5万吨，搅拌混凝土得到普及，与此同时，散装水泥的输送也发展起来。
1965年10月为摴葦，1970年为摲鍞的历时55个月的战后时间最长的“平稳景气”，以及“列岛改造景气(1971年12月'谷‟～1973年11月„峰‟)敚?973年日本的水泥产量7729万吨，超过美国，仅次于苏联，成为排名世界第2位的水泥生产国。
1971年12月，三菱矿业水泥一三菱重工从在三菱矿业水泥东谷工厂设置NSP炉开始，与大型水泥成套设备厂家技术合作，相继进行了NSP炉的技术开发，这也意味着自明治时代以来，从国外引进先进技术并进行技术改造，使之成为最初的国产技术。另外，1971年1月小野田水泥藤原工厂在世界上率先实行计算机对生产过程进行控制。其生产规模也从每套月产量5万吨上升到10万吨，在日本的水泥制造行业，无论是量还是质都达到了一个顶峰。
二、大气污染控制?
?一)烟尘控制法的建立牋战后，在朝鲜战争的同时日本经济进入复兴阶段，1955年前后形成了史上空前的快速经济增长，与此同时，京滨地区、阪神地区、北九州等地区的因s()^引起的呼吸器官疾病的发病率也逐年增加，即使是在政府内也指出，为了使工业向健全方向发展，作为必要的措施应高度重视公众卫生及公害等问题。1949年东京都、1950年大坂府、1951年神奈川县、1955年福冈县纷纷制定公害防止条例，而针对大规模工业公害问题，地方政府却无法解决，从此正式开始寻求国家行政的真正介入。
1962年3月，总结制订了撚泄匮坛九欧殴嬷频任侍獾姆ò浮保?月经一牪糠中拚蠼⒘巳毡咀钤绲拇笃廴竟嬷屏⒎ǎ?2月1日开始赋予实施。此法指定了大气污染的地区，如果从排烟设施排出的烟尘浓度超过该设施种类所定的排放标准，将被命令采取改善的措施。另外，采取在建设排烟设施前提出申请的方式，以便在一旦有大量烟尘排出时，得以迅速采取紧急措施。
基于此法，从1963年9月开始，东京、川崎、大坂、北九州等4座主要工业城市被指定为第一批烟尘控制地区。当时，针对此法的一些局限性有如下批评的呼声：
(1)排出控制值采取的是相对的浓度方式；
(2)未采取许可制，而是申请制；
(3)控制的权限在通产省，而不在地方政府。
另外，还有一种批评是，从结果来看此法的控制力较弱，排出标准较宽，与反映了至今为止的经济成长的国家政策相同，很大程度上企图谋求公害控制与经济政策之间的调和。
但是，此法的成立的背景是：
(1)当时日本的以高硫原油为中心的能源结构；
(2)重油脱硫、排烟脱硫等脱硫技术尚未确立；
(3)考虑到在针对多数烟源密集存在时的污染的倍增效果缺乏知识和认识的状况下，政府的大气污染防止行政已是前进了一大步。
(二)大气污染防止法制定的原委
如前所述，1962年制定了撚泄匮坛九欧趴刂频任侍獾姆ò浮保?0年代以后，四日市甚至出现窒息现象，在各地大气污染问题日趋严重的情况下被制定的，而当时只考虑到对固定污染源的控制，未将汽车尾气列入被控对象，而且规制也仅限于指定地区，因此引起民众的不满。
所以，参考1967年制定的公害对策基本法，将汽车尾气包括入控制对象，强化排放标准后，1968年6月最新制定了“大气污染防止法”。
?970年在公害国会对该法进行部分修改，消除了与经济相调和的有关条款，将指定地区扩大到全国范围，又增加了有关粉尘控制的条款，扩大了限制对象，内容得到了充实。其后，该法：
(1)1972年导入事业者的无过失责任制；
(2)1974年导入总量控制制度；
(3)1997年追加有害大气污染物。
经此3次重大修改后直到今日。
针对SO。，与烟尘规制法的浓度规制不同，变更为被称作K值控制的规制方法，其详细内容在3．4．1中已有叙述，是一种与排气的有效烟囱高度相应的定值方法。这个K值规制也曾在1968年2月～1976年9月进行了阶段性强化。
三、大气污染对策的原委
牋(一)烟尘、粉尘对策牋因为水泥工厂排出的烟尘或粉尘(以下称作撗坛緮)被回收后可以再利用，因此各工厂早就针对烟尘的特性设置了集尘设备，这样即解决了大气污染的社会问题，又给工厂带来了利益。所以从制造工艺的角度出发也使集尘装置较早地得到普及，1917年设置了最早的静电集尘机(也有以发明者考特雷尔的名字命名的)。
但由于当初的除尘能力不够，对策不充分，烟尘飞散到周围的农家和农田，树木和房檐变成了白色。在工厂内，粉碎机和输送机械的周围的集尘措施也不是很充分，悬浮着的烟尘，可以看到烟尘固结在厂房上层状堆积的情景。特别是在运行不稳定和机器发生故障时，有突发的烟尘飞散的情况发生。
针对这种状况，采取了强化公害防止意识，改进运行技术，设置公害监视仪器，加强集尘装置等有效措施。尤其是根据1962年制定的烟尘规制法，主要工业城市均被划入指定区域，在该地区确立排烟设施的申请制度和浓度规制，与此相应，工厂方面加强集尘机对策，降落粉尘量明显得到控制。
1．设备和运行方法的改善
(1)静电集尘机(EP)。
含尘排气在进入静电集尘机前，经各个设备(干燥机、原料碾碎机、喷雾塔等)调整排气温度和含水量，使其达到易于集尘、下落的抵抗比值。调整湿度时，对喷雾效果较好的喷雾喷嘴进行了改进。除此以外，还进行了如下的改进：
①为防止烟尘偏流造成的集尘效果下降，在入口处设置整流板；
0调整煅烧窑启动和停止时的电压；
④提前察知机器运行的故障，进行定期检查和荷电状况检查；
④导入自动控制方式并提高能力；
@发生故障时由于局部荷电停止的维修；
④作为腐蚀对策，采用不锈钢制集尘板，提高材料品质。
(2)布袋除尘机(BF)。2．工厂内工作环境的改善
工厂内产生的烟尘的飞散污染了周围的环境，减少这些污染不仅改善工作环境，而且对防止周围大气污染有重要意义。
以前设置大容量BF，通过许多集尘管进行集中集尘，但由于管道堵塞、风量不平衡等原因，维修和效率都不大理想。因此，最近开始在每个污染源设置局部集尘机，进行个别集尘处理。另外，附着在Bc(皮带输送机)上的烟尘则使用性能较好的吸尘器处理。牋(二)S0，对策牋针对s()^，通过1963年的煅烧窑SP化，1971年开始的NSP化，悬浮加热机本身具有脱硫装置的机能，因此从烟囱己基本上不再排出sn。也就是在煅烧窑和加热机产生的s()^被加热机加热被原料吸收，随着反应的进行成为原料的一部分，而未被加热机吸收的剩余部分在原料碾碎机、干燥机、静电除尘机被原料吸附，或被捕集后作为水泥原料使用。
因此，SP、NSP方式生产的熟料比其他方式生产的含sO。较多。
(三)N0。对策针对NO，1971年开始NSP化，通过设置初燃炉降低燃烧室的热负荷2．工厂内工作环境的改善
工厂内产生的烟尘的飞散污染了周围的环境，减少这些污染不仅改善工作环境，而且对防止周围大气污染有重要意义。
以前设置大容量BF，通过许多集尘管进行集中集尘，但由于管道堵塞、风量不平衡等原因，维修和效率都不大理想。因此，最近开始在每个污染源设置局部集尘机，进行个别集尘处理。另外，附着在Bc(皮带输送机)上的烟尘则使用性能较好的吸尘器处理。牋(二)S0，对策牋针对s()^，通过1963年的煅烧窑SP化，1971年开始的NSP化，悬浮加热机本身具有脱硫装置的机能，因此从烟囱己基本上不再排出sn。也就是在煅烧窑和加热机产生的s()^被加热机加热被原料吸收，随着反应的进行成为原料的一部分，而未被加热机吸收的剩余部分在原料碾碎机、干燥机、静电除尘机被原料吸附，或被捕集后作为水泥原料使用。
因此，SP、NSP方式生产的熟料比其他方式生产的含sO。较多。
(三)N0。对策针对NO，1971年开始NSP化，通过设置初燃炉降低燃烧室的热负荷使热风NO。下降。
各水泥公司相继开发研制了MFC、SF、RSP、KSV、DD等各种NSP方式，使之成为当今主流，进入煅烧窑的原料的分解率稳定提高，烧成带热负荷降低。由于运行的稳定，燃料原单位消耗下降，在降低NO。的同时，设备得以长期连续运行。
在其他方面，如低空气比运行、工业废弃物的使用、下水污泥的使用也收到减低NO。的效果。
四、大气污染对策的成果和教讨
如前所述，在水泥生产大气污染防止技术中除烟尘处理以外，可以说都是通过生产方式的改进来实现的。
从德久利窑、立窑、湿式炉到SP炉、NSP炉，在引进新技术的同时出现了一些减轻环境负荷的装置。归根结底，这些技术革新都是为提高效率，具体而言，伴随装置的大型化实现了集约生产，节能工艺减少了燃料的使用量。
因此，受2次撌臀；鷶的影响，进行了彻底的节能对策研究，1970年，燃料与电力合计水泥制造能耗1254kcal／kg，而1994年降到868kcal／kg以下，创造了世界节能之最。
另外，日本各水泥公司已有效利用大量的废弃物，最近，又被要求处理建筑垃圾、城市垃圾、下水污泥等。
水泥制造行业以前是公害排出行业，今后期待能成为环保型行业。
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