陶瓷窯爐煙氣治理及低氮燃燒技術的推廣

鄒國柱

摘 要：陶瓷行業的環保治理對于促進行業的可持續發展具有重要意義，本文主要探討了陶瓷窯爐煙氣的幾種治理方法，并重點對低氮燃燒技術進行推廣。

關健詞：陶瓷行業；節能環保；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國，2016年陶瓷磚產量完成110.76億平米，受環保意識及技術的制約，建陶行業對環境的影響和危害日益顯現，環保治理迫在眉睫。近日，佛山市環境保護委員會發布了《佛山市2017年陶瓷行業大氣污染深化整治方案》，方案提出在今年10月1日前，佛山全市陶瓷行業大氣污染物氮氧化物排放限值收嚴為100 mg/m3。本次方案中除了氮氧化物排放濃度收嚴為100 mg/m3外，還提出按月對氮氧化物、二氧化硫、煙塵3項污染物指標進行實際排放總量核定，實行排放濃度和排放總量雙達標控制。新環保政策下這些嚴格排放標準也促使陶企以及上游的陶機設備供應商需盡快提升陶瓷行業自身的污染治理水平。

日前，中國科學院工程熱物理研究所代表蒞臨佛山市陶瓷行業協會，針對目前陶瓷行業節能減排、減少氮氧化合物排放的研究進行了成果分享，包括摩德娜在內的數家陶機企業與中科院專家一起共同探討“陶瓷窯爐低氮燃燒技術”。 氮氧化物的排放量與燃料燃燒時的溫度有關，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，因此排放標準的制定不應一刀切。本文探討一種低氮燃燒技術，其核心是采用低氮燃燒技術在窯爐抑制NOx的產生，可以成為降低煙氣凈化成本的新途徑。這一新技術的成果陣列預混噴嘴已經廣泛應用在了燃氣輪機燃燒室，并取得了很好的效果。借鑒燃氣輪機燃燒室分級燃燒的控制方法，并移植到陶瓷行業當中，因為燃料是水煤漿的噴霧塔是產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，這是陶瓷行業低氮燃燒推行的初步方案。預計陶瓷行業運用此技術氮氧化物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燒成時溢出。

（2）顆粒物：坯體微塵、煤氣夾帶、工況吸入。

（3）NOx：主要是燃料燃燒時產生，空氣中的氮氣（N2）在高溫下與氧（O2）發生反應生成NOx。

（4）氟化物：坯料及釉料中的含氟礦物，在高溫燒成時分解，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 建陶環保治理的總體思路

建筑陶瓷生產中，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，針對建陶生產的工藝特點及現狀，在煙氣治理方面要想完全實現排放達標，單純改用清潔能源并不現實，需要從整個陶瓷生產工藝上去控制和采取科學的治理方法。

工業窯爐的環保模式分為燃燒前（如洗選煤等）、燃燒中（爐內噴鈣等）、燃燒后（煙氣治理）三種模式，鑒于建筑陶瓷生產特點及污染物（多途徑）的產生機理，需要結合這三種模式治理的方法，即對污染物進行環保處理。

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，根據實際檢測和調研，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。建陶行業中煙氣脫硫主要采取的方法有以下兩種。

（1）雙堿法

目前業內的窯爐煙氣環保裝備，脫硫大多采用的是‘雙堿法，具有很大的技術局限性。其采用NaOH做啟動吸收劑來吸收SO2，然后再通過Ca（OH）2將Na2SO3或Na2SO4置換回NaOH。‘雙堿法既做不到長期穩定達標排放，又因鈉堿價格較貴，消耗量大，導致企業長期運行成本居高不下，這是目前所有采用‘雙堿法的陶瓷企業普遍遇到的困境。

另外，‘雙堿法需配有相當規模的沉淀池。占地面積大，池子外露，還造成大量水分被蒸發，同時部分未被脫除的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，此技術工藝路線成熟合理，采用石灰做脫硫劑，經濟實用，最終產物為硫酸鈣，濾除方便且無二次污染。此方法在建陶行業中已較為成熟并得到廣泛應用。

5 窯爐煙氣氮氧化物治理

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

最新的陶瓷行業的NOx限值為100 mg/m3。工業煙氣脫硝技術目前一共有三種：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、技術成熟可靠、無脫硝副產物處理成為當今世界治理NOx的主要方法。自70年代起就在歐美及日本等發達國家得到廣泛應用。也成為十二五的重點推廣脫硝方法。但其仍存在技術由國外壟斷，運行中消耗氨水、催化劑使用一定時期需要更換增加了運行成本，廢催化劑屬危廢并威脅環境安全等問題。

南京工業大學材料化學國家重點實驗室則研發了一項新型的脫硝技術——稀土基脫硝催化劑技術。經過多年的研究實踐，該技術存在著高效、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點。該催化劑是脫硝的新利器，該項新技術對于陶瓷行業來說將是促進環保生產轉型的新動力。

低氮燃燒新技術比SCR更具應用前景；如果低氮燃燒技術能在陶瓷行業大面積工業化和產業話的話，對陶瓷建材和行業節能減排降耗將可以起到積極的作用。

6 結論

根據建陶生產的工藝過程、排放狀況并兼顧生產成本及能源現狀，科學選擇經濟合理的環保技術，窯爐煙氣完全可以排放達標，陶瓷行業的環保治理對于促進行業的可持續發展具有重要意義，為實現建筑陶瓷的清潔生產打下堅實基礎。

參考文獻

[1] 陳志田，彭博.環保|建陶生產中的窯爐煙氣治理.陶瓷信息.2015.6