陶瓷窯爐煙氣治理及低氮燃燒技術(shù)的推廣

鄒國柱

摘 要：陶瓷行業(yè)的環(huán)保治理對于促進(jìn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，本文主要探討了陶瓷窯爐煙氣的幾種治理方法，并重點(diǎn)對低氮燃燒技術(shù)進(jìn)行推廣。

關(guān)健詞：陶瓷行業(yè)；節(jié)能環(huán)保；低氮燃燒

1 引言

目前，中國已成為世界最大的建筑陶瓷生產(chǎn)國，2016年陶瓷磚產(chǎn)量完成110.76億平米，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。近日，佛山市環(huán)境保護(hù)委員會發(fā)布了《佛山市2017年陶瓷行業(yè)大氣污染深化整治方案》，方案提出在今年10月1日前，佛山全市陶瓷行業(yè)大氣污染物氮氧化物排放限值收嚴(yán)為100 mg/m3。本次方案中除了氮氧化物排放濃度收嚴(yán)為100 mg/m3外，還提出按月對氮氧化物、二氧化硫、煙塵3項(xiàng)污染物指標(biāo)進(jìn)行實(shí)際排放總量核定，實(shí)行排放濃度和排放總量雙達(dá)標(biāo)控制。新環(huán)保政策下這些嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)也促使陶企以及上游的陶機(jī)設(shè)備供應(yīng)商需盡快提升陶瓷行業(yè)自身的污染治理水平。

日前，中國科學(xué)院工程熱物理研究所代表蒞臨佛山市陶瓷行業(yè)協(xié)會，針對目前陶瓷行業(yè)節(jié)能減排、減少氮氧化合物排放的研究進(jìn)行了成果分享，包括摩德娜在內(nèi)的數(shù)家陶機(jī)企業(yè)與中科院專家一起共同探討“陶瓷窯爐低氮燃燒技術(shù)”。 氮氧化物的排放量與燃料燃燒時(shí)的溫度有關(guān)，不同瓷磚品類其窯爐燒成溫度不同，氮氧化物的排放量也不同，因此排放標(biāo)準(zhǔn)的制定不應(yīng)一刀切。本文探討一種低氮燃燒技術(shù)，其核心是采用低氮燃燒技術(shù)在窯爐抑制NOx的產(chǎn)生，可以成為降低煙氣凈化成本的新途徑。這一新技術(shù)的成果陣列預(yù)混噴嘴已經(jīng)廣泛應(yīng)用在了燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，并取得了很好的效果。借鑒燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室分級燃燒的控制方法，并移植到陶瓷行業(yè)當(dāng)中，因?yàn)槿剂鲜撬簼{的噴霧塔是產(chǎn)生氮氧化合物較多的地方，在此部分尤其易于推行低氮燃燒技術(shù)，這是陶瓷行業(yè)低氮燃燒推行的初步方案。預(yù)計(jì)陶瓷行業(yè)運(yùn)用此技術(shù)氮氧化物NOx的排放量可以降低到30 mg/m3左右。

2 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）。[1]

（1）SO2：①使用未經(jīng)凈化脫硫的燃料（如水煤氣）等；②制粉工段的煤粉及水煤漿中含硫； ③坯體中的含硫礦物高溫?zé)蓵r(shí)溢出。

（2）顆粒物：坯體微塵、煤氣夾帶、工況吸入。

（3）NOx：主要是燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生，空氣中的氮?dú)猓∟2）在高溫下與氧（O2）發(fā)生反應(yīng)生成NOx。

（4）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。

（5）重金屬：坯體釉料中含有的Pb、Cd等重金屬。

3 建陶環(huán)保治理的總體思路

建筑陶瓷生產(chǎn)中，80%的窯爐采用自制的水煤氣，而制粉工段基本都采用煤粉或水煤漿。因此，考慮我國以煤炭消耗為主的能源狀況以及燃料成本的因素，針對建陶生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)及現(xiàn)狀，在煙氣治理方面要想完全實(shí)現(xiàn)排放達(dá)標(biāo)，單純改用清潔能源并不現(xiàn)實(shí)，需要從整個(gè)陶瓷生產(chǎn)工藝上去控制和采取科學(xué)的治理方法。

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，鑒于建筑陶瓷生產(chǎn)特點(diǎn)及污染物（多途徑）的產(chǎn)生機(jī)理，需要結(jié)合這三種模式治理的方法，即對污染物進(jìn)行環(huán)保處理。

4 窯爐煙氣硫化物治理

窯爐煙氣主要污染物為SO2及顆粒物，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。建陶行業(yè)中煙氣脫硫主要采取的方法有以下兩種。

（1）雙堿法

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?！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，消耗量大，導(dǎo)致企業(yè)長期運(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，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等有害氣體也會隨之溢出。

（2）石灰石—石膏法

基于‘石灰石—石膏法的煙氣一體化治理技術(shù)，此技術(shù)工藝路線成熟合理，采用石灰做脫硫劑，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，最終產(chǎn)物為硫酸鈣，濾除方便且無二次污染。此方法在建陶行業(yè)中已較為成熟并得到廣泛應(yīng)用。

5 窯爐煙氣氮氧化物治理

我國2016年建筑陶瓷生產(chǎn)總量110億平米，通過估算我國每年NOx排放量約110萬噸，脫硝是個(gè)迫在眉睫的重大任務(wù)。

最新的陶瓷行業(yè)的NOx限值為100 mg/m3。工業(yè)煙氣脫硝技術(shù)目前一共有三種：選擇性催化還原（SCR）（適用于NOx濃度>300 mg/m3 ）、低氮燃燒（適用于新建窯爐）、選擇性非催化還原（SNCR）（適用于NOx濃度<300 mg/m3）。

選擇性催化還原法（SCR），因具有效率高、技術(shù)成熟可靠、無脫硝副產(chǎn)物處理成為當(dāng)今世界治理NOx的主要方法。自70年代起就在歐美及日本等發(fā)達(dá)國家得到廣泛應(yīng)用。也成為十二五的重點(diǎn)推廣脫硝方法。但其仍存在技術(shù)由國外壟斷，運(yùn)行中消耗氨水、催化劑使用一定時(shí)期需要更換增加了運(yùn)行成本，廢催化劑屬危廢并威脅環(huán)境安全等問題。

南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室則研發(fā)了一項(xiàng)新型的脫硝技術(shù)——稀土基脫硝催化劑技術(shù)。經(jīng)過多年的研究實(shí)踐，該技術(shù)存在著高效、無二次污染、活性溫度窗口寬，失效催化劑無需危廢處理等優(yōu)點(diǎn)。該催化劑是脫硝的新利器，該項(xiàng)新技術(shù)對于陶瓷行業(yè)來說將是促進(jìn)環(huán)保生產(chǎn)轉(zhuǎn)型的新動(dòng)力。

低氮燃燒新技術(shù)比SCR更具應(yīng)用前景；如果低氮燃燒技術(shù)能在陶瓷行業(yè)大面積工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)話的話，對陶瓷建材和行業(yè)節(jié)能減排降耗將可以起到積極的作用。

6 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，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)，陶瓷行業(yè)的環(huán)保治理對于促進(jìn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，為實(shí)現(xiàn)建筑陶瓷的清潔生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳志田，彭博.環(huán)保|建陶生產(chǎn)中的窯爐煙氣治理.陶瓷信息.2015.6