阳泉耐火砖窑炉NOx生成机理及其排放量核算与控制

徐东耀,韩东银,尹辰贤,刘 伟,孙智君,杨巧文

(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京 100083)

阳泉耐火砖窑炉NOx生成机理及其排放量核算与控制

徐东耀,韩东银,尹辰贤,刘 伟,孙智君,杨巧文

(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京 100083)

为系统研究耐火砖窑炉NOx的生成机理及其排放量核算与控制,对阳泉耐火工业基地进行研究。通过分析不同耐火砖砖型、炉型及燃料类型,结合NOx一般生成机理发现:发生炉煤气耐火砖窑炉NOx主要是燃料型,其次是热力型;天然气耐火砖窑炉NOx主要是热力型,其次是快速型,富氧燃烧时只有热力型NOx。采用监测数据法和排污系数法分别核算不同砖型、炉型、燃料类型下NOx的排放速率和排放浓度,并用数据法对系数法进行检验,结果表明:后者的煤气窑核算值均小于前者,一般偏差较小(2%～3%);后者的天然气窑核算值均大于前者,一般偏差较大(＞25%);两者比较检验也验证了两种燃料的耐火砖窑炉的NOx生成机理;排污系数法配合一定的监测数据法的校正来核算NOx排放量,结果可靠,方法便捷。NOx污染的单项质量评价显示:煤气窑NOx排放浓度监测值超标1.05～1.66倍,黏土砖监测值低于硅砖和高铝砖,间歇型窑炉低于连续型窑炉;天然气窑NOx排放正常,高铝砖、硅砖、黏土砖NOx排放浓度监测值依次降低,间歇型窑炉高于连续型窑炉;相同砖型和窑型天然气窑NOx排放浓度均低于煤气窑;提出了NOx控制措施。

耐火砖窑炉;氮氧化物生成;排放量;控制措施

2007年中国开始实行NOx总量控制,目前针对陶瓷、玻璃窑炉NOx排放已有了一定的研究,但控制耐火砖窑炉NOx排放的相关研究尚较为鲜见,而在耐火砖制作过程中窑炉会产生数量可观的NOx,不可忽视。山西阳泉是以耐火砖为主的中国耐火工业基地,众多的耐火窑炉产生大量的NOx,而阳泉的山区地貌不利于NOx扩散,极易引起光化学烟雾和“雾霾”天气。

本文以阳泉耐火基地为基础,简析当前常见的耐火砖、窑炉及燃料类型,并以此为基础研究了耐火砖窑炉NOx生成机理、排放量核算及污染评价,提出了相应的可行性防治措施,以期对耐火砖窑炉NOx排放及控制的系统研究提供参考。

1 耐火砖、耐火砖窑炉及燃料类型

1.1 耐火砖类型

耐火砖主要分硅砖、黏土砖及高铝砖3种类型。硅砖[1]是以硅石(SiO2含量≥94%)为原料,加入矿化剂(如铁鳞)和结合剂(如糖蜜),经混合成型、干燥烧成等工序制得,烧成温度一般在1 400℃左右。黏土砖[2]是软质黏土和硬质黏土熟料按一定粒度要求配料,经成型、干燥烧成等工序制得,烧成温度一般在1 300℃左右。中国的高铝砖[3]主要以天然高铝矾土为原料,加入适当塑性结合黏土,混合成型后在1 500℃以上烧成制得。

1.2 耐火砖窑炉类型

耐火砖烧成窑是成型砖坯烧成生产的核心设施,也是NOx生成的最主要部分,分为连续式和间歇式两大类[4-5],常用的有3种类型:

(1)连续式隧道窑。

连续式隧道窑主要分为预热带、烧成带和冷却带[6-7]等3部分。预热带:整装窑车与烧成带排出烟气相迎,利用其余温预热砖坯,脱除吸附水及结晶水,并使有机物分解,预热带温度段包括50～100,500～1 000℃等;烧成带:燃料直接燃烧加热窑车至规定温度并恒温,常采用微正压操作,烧成带温度段包括1 100～1 350,1 350～1 650℃等;冷却带:窑出口处吹入冷空气冷却烧成制品,形成的热空气供烧成带燃烧,冷却带温度段包括1 000～500,800～400,400～100℃等。

(2)间歇式倒焰窑。

燃料在倒焰窑外火箱内燃烧,生成火焰经挡火墙作用升至窑顶后下降,烟气经待烧砖坯达窑底孔汇集于烟道排放到大气中,工作环境与隧道窑基本相同,但煅烧硅砖时采用弱还原火焰,废气中将含有部分CO[8-9]。

(3)间歇式梭式窑。

梭式窑是一种介于隧道窑和倒焰窑之间的间歇式窑炉,加热方式与隧道窑相同,采用直燃型加热,煅烧温度段包括1 100～1 400,1 400～1 600℃等,煅烧条件、工作环境与隧道窑基本相同[10-11]。

1.3 燃料类型

目前,耐火砖窑炉大多以热煤气为燃料,主要是热煤气隧道窑和热煤气间歇梭式窑。随着天然气技术的发展,出现了许多天然气耐火砖窑炉,主要有天然气隧道窑和间歇梭式窑组。

(1)煤气发生炉煤气。

耐火砖窑炉最常用的气化煤种为弱黏结性烟煤和无烟煤。热煤气按一定压力及流量经除尘器和沉降室直接进入耐火砖窑炉。热煤气由可燃性气体(CO,H2,CH4)、气态烷烃(CmHn)、H2S、非可燃气体(CO2,N2+NOx+NH3,O2)、焦油蒸汽、粉尘固体微粒(为入炉煤重量的4%～6%,煤尘中也含有杂环氮化物)及水蒸汽组成[12-13]。

(2)天然气。

天然气为多组分混合气体,主要成分是烷烃,其中甲烷占绝大多数,另有少量乙烷、丙烷和丁烷,一般还含有少量H2S、CO2、N2、水气及微量惰性气体(氦和氩等)。

2 耐火砖窑炉中NOx的生成机理

如上分析,硅砖、黏土砖及高铝砖制作工序相同,烧成温差低于200℃,煅烧条件基本相同,因此砖型对NOx的生成影响不大;耐火砖窑炉以隧道窑和梭式窑为主,两者煅烧条件及工作环境基本相同,因此炉型对NOx生成的影响可忽略;只需针对不同燃料分析耐火砖窑炉NOx的生成机理。

2.1 发生炉煤气耐火砖窑炉NOx生成机理

2.1.1 煤气发生炉内NOx生成机理

煤气产生过程是煤炭在缺氧条件下的氧化过程,其NOx生成机理与煤炭燃烧时NOx的生成机理基本相同。

煤炭燃烧生成NOx分为燃料型、热力型和快速型,以燃料型NOx为主。研究表明:当燃料氮含量≥0.1%时,燃料型NOx在NOx总生成量中占主要部分,当燃料氮含量≥0.5%时,占NOx总生成量的60%以上[14]。全国煤中氮含量平均值为0.98%,燃料型NOx一般占生成NOx总量的60%～80%。燃料型NOx的形成包括挥发分氮氧化和焦炭氮氧化两部分,挥发分氮氧化一般占燃料型NOx总量的57%～61%,其余来自焦炭氮。还原性气氛(富燃料状态)中NOx还会被还原。因此,燃料型NOx的最终生成与燃料中挥发分氮含量及过量空气系数、温度等燃烧条件有关。

燃料型NOx转化率CR为燃烧产生的燃料型NOx浓度与燃料氮全部转化成NOx的浓度之比,用来衡量燃料型NOx的生成情况。有研究得出了常用煤种CR与煤中氮含量w(Nad)、挥发分Vad、过剩空气系数α、燃烧最高温度Tmax及O2体积分数φ(O2)之间的经验公式[15]为

其中,w(Nad)取全国平均值0.98%;煤气发生炉内最高温度为1 200～1 250℃,取Tmax=1 200℃;实际工况下煤气发生炉内α=0.7～0.9;Vad取普遍最高值40%;O2体积分数为空气中O2体积分数。由此计算CR≥0.911 4,可见煤气发生炉内燃料氮几乎都将转化为NOx。

快速型NOx的生成机理与燃料型NOx类似,中间产物均以HCN为主,所以煤中较高的氮含量极大地抑制了快速型NOx产生,煤气发生炉内不易生成快速型NOx,生成量极小可忽略。表1为N2与O2反应生成NO的平衡常数Kp。当T＜1 500 K(1 227℃)时,Kp极小,生成的NO分压(浓度)很小,表明热力型NOx在T＞1 500 K时才予以考虑,并随着温度的升高而增多,但只有当T＞1 673 K(1 400℃)时才可被明显观测到。煤气发生炉内最高温度为1 200～ 1 250℃,且为富燃料状态,因此热力型NOx完全可以忽略。

表1 N2与O2生成NO的平衡常数KpTable 1 The equilibrium constant Kpof NO generated with N2and O2

综上可知,煤气发生炉内形成的NOx几乎都是燃料型NOx。研究也证实,煤粉炉烟气中绝大部分NOx(90%以上)来自燃料中氮化物转化[16]。

2.1.2 煤气燃烧窑炉内NOx生成机理

煤气中掺杂的超细煤粉及焦油蒸汽均含有有机氮化物,煤气中还混有微量的NH3等,因此耐火砖窑炉所使用的热煤气不属于无氮碳氢燃料,燃烧时仍会生成很少量的燃料型NOx。燃料氮对快速型NOx的抑制被极大削弱,但煤气中含有的NOx弥补了抑制作用,且耐火砖窑炉内煤气混合燃烧大多采用低压套筒式烧嘴,低压燃烧也不利于快速型NOx的产生。耐火砖煤气煅烧窑温度可达1 600℃,结合表1可以看出,此时生成的热力型NOx不可忽视,对各窑炉低、高煅烧温度下NOx含量的粗测发现,高温段较低温段略高。因此煤气燃烧窑炉内生成的NOx主要是煤气二次点火燃烧产生的热力型NOx。

综上所述,发生炉煤气耐火砖窑炉NOx主要是燃料型,其次是热力型。

2.2 天然气耐火砖窑炉NOx生成机理

天然气主要成分为甲烷,是无氮碳氢燃料,燃烧较完全。研究表明,火焰区属于高温区,火焰温度对NO的生成影响很大,温度越高,NO生成量越大生成时间越短[16]。天然气着火温度为923～1 023 K (650～750℃),火焰温度约为2 000 K(1 727℃),多采用中、高压的高负荷烧嘴,窑炉温度可达1 600℃,结合表1可知,天然气耐火砖窑炉内热力型NOx的生成条件极佳,特别是火焰区内会生成大量的热力型NOx。着火区内存在富燃料条件,容易生成快速型NOx,主要是在火焰面上形成,但生成量很小,一般在5%以下。燃烧室中排出的NO质量浓度为201～1 340 mg/m3(标准状态下)。因此天然气耐火砖窑炉NOx主要是热力型,其次是快速型,窑内多为富氧燃烧,此时只有热力型NOx,而烧成温度低于1 600℃时,热力NOx生成量总体也不大。

3 耐火砖窑炉NOx排放量的核算及污染评价

3.1 耐火砖窑炉NOx排放量核算

大气污染物排放量主要有3种核算方法:监测数据法、物料衡算法、排污系数法。本文采用排污系数法和监测数据法进行核算。

3.1.1 煤气耐火砖窑炉(简称煤气窑)NOx排放量

阳泉耐火基地耐火砖窑炉煤气主要以无烟煤为原煤,不同情况下原煤含氮量为:Nar,0.913 9%;Nad, 0.962%;Ndaf,1.3%。发生炉煤气各组分及其含量为:N2+NOx,53.81%;CO,24.16%;H2,14.62%; CH4,1.25%;O2,0.3%;CO2,5.82%。

分析可知,无烟煤中氮含量超出0.5%,煤气发生炉内生成的NOx以燃料型为主,在缺氧环境下会有部分NOx被还原成N2,因此实测煤气中N2质量应比原空气中多,发生炉内NOx由此可获得一定的自脱除,可以通过调节发生炉内燃烧环境一定程度控制NOx生成。

(1)排污系数法核算。

根据《工业污染源产排污系数手册》第7,10分册[17],煤炭气化工艺煤制气未显示NOx排污系数,仅可按耐火产品制造行业产排污系数核算,不同砖型、炉型的NOx排放量核算值见表2。

表2 煤气窑排污系数法核算的NOx排放量Table 2 The calculated values of NOxem issions for producer gas-fueled firebrick kilns by themethod of discharge coefficient of pollutant

(2)监测数据法核算。

实验监测的煤气窑排气筒高度均为30 m;NOx排放的折算浓度采用《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB 9078—1996)规定的过量空气系数1.7;NOx小时排放量按排污设施正常运行期间通过阳泉市环境监测站有效性审核的NOx监测小时均值浓度与对应的废气小时均值流量的乘积核算所得。实测NOx排放量及核算结果见表3。

表3 煤气窑实测NOx排放量及核算结果Tab le 3 Themeasured values of NOxem issions for p roducer gas-fueled firebrick kilns

3.1.2 天然气耐火砖窑炉(简称天然气窑)NOx排放量

(1)排污系数法核算。

根据中国环境科学研究院《工业污染源产排污系数手册》第7分册[17],不同砖型、炉型的NOx排放量核算值见表4。

(2)监测数据法核算。

实测的天然气窑阳泉龙鑫耐火公司及阳泉王垅耐火厂排气筒高度均为30 m,阳泉盂县西小坪耐火公司排气筒高度为20 m;NOx折算排放浓度采用《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB 9078—1996)规定的过量空气系数1.7;NOx小时排放量按排污设施正常运行期间通过阳泉市环境监测站有效性审核的NOx监测小时均值浓度与对应的废气小时均值流量的乘积核算所得。实测的NOx排放量及核算结果见表5。

表4 天然气窑排污系数法核算的NOx排放量Table 4 The calculated values of NOxem issions for natural gas-fueled firebrick kilns by the method of discharge coefficien t of pollu tant

表5 天然气窑实测NOx排放量及核算结果Table5 Themeasured values of NOxem issions for natural gas-fueled firebrick kilns

3.2 耐火砖窑炉NOx排放量核算评价

按照煤气窑与天然气窑,分别对3个企业NOx排放量进行了核算,均包括高铝砖、黏土砖、硅砖3种砖型及隧道窑、梭式窑2种窑型,因此本核算具有典型代表性。

监测数据法监测时间:阳泉海峰耐火公司、上白泉耐火厂、丰泽耐火公司、龙鑫耐火公司、王垅耐火厂按2次/a,每次连续24 h采样,阳泉盂县西小坪耐火公司按连续96 h采样,NOx小时排放量实测值核算结果较为可靠逼真。

排污系数法是按一般情况进行核算,核算结果较粗,但方法便捷,可普遍长期使用。图1为监测数据法对排污系数法的检验结果。

由排污系数法获得的煤气窑NOx排放量的核算值均小于监测数据法获得的实测值,阳泉海峰耐火公司、上白泉耐火厂偏差很小,均＜3%,而阳泉丰泽耐火公司偏差则达到45%。在相同废气流量下,对比排污系数法算得的NOx排放量与实际情况中NOx排放量可知:排污系数法获得的核算值没有低估NOx排放量,核算值偏低主要是未充分考虑煤气发生炉产生的煤气中所自带的NOx。由此也验证了煤气窑NOx主要是煤气发生炉燃料型的生成机理。

图1 煤气窑和天然气窑排污系数法偏差检验Fig.1 The deviation inspection about discharge coefficient method of producer gas-fueled firebrick kilns

由排污系数法获得的天然气窑NOx排放量的核算值均明显大于监测数据法获得的实测值,阳泉龙鑫耐火公司、盂县西小坪耐火公司偏差高达47%～58%,阳泉王垅耐火厂偏差相对较小,但也达25%。在相同废气流量下,对比排污系数法计算的NOx排放量与实际情况中NOx排放量可知:排污系数法获得的核算值明显高估了NOx排放量,实测值偏低主要是窑内天然气多为富氧燃烧,且烧成温度均小于1 600℃(1 873 K),导致NOx实际生成量很小。由此也验证了天然气窑NOx主要是热力型,且与温度变化密切相关的生成机理。

总之,监测数据法核算的NOx排放量较为准确可靠,但耐火基地内耐火砖窑炉众多,难以普遍长期使用;监测数据法对排污系数法核算NOx排放量的验证表明:排污系数法仅适用于NOx排放量平均化的粗核算,但通过监测数据法验证后乘以适当的校正系数,可对实测值进行反估,可以普遍长期使用。排污系数法配合一定的监测数据法核算NOx排放量,可实现核算的既可靠又便捷。此外,2种方法核算的比较也验证了煤气窑和天然气窑的NOx生成机理。

3.3 耐火砖窑炉NOx污染评价

3.3.1 NOx污染评价方法

上述研究表明,耐火砖窑炉NOx污染评价应以监测数据法为主,排污系数法可作一定的参考。

采用单项质量指数法进行评价,计算公式为

式中,i为污染物;Pi为污染物i的质量指数;Ci为污染物i的排放值;C0i为污染物i的评价质量标准限值。

3.3.2 评价执行标准

《工业窑炉大气污染物排放标准》对NOx未作出要求,可参照《大气污染物综合排放标准》(GB 16297—1996)中新建的二级标准对NOx的排放要求执行。

3.3.3 NOx污染评价结果

(1)煤气窑评价结果。

由表6可知,煤气窑NOx排放浓度均超标,超标倍数1.05～1.66;NOx排放速率1.08～2.54 kg/h,均达标。结合表2,3进一步分析,虽然砖型和窑型对NOx排放影响不大,但也存在一定的差异。黏土砖NOx排放浓度实测值比硅砖和高铝砖低,与表3显示的黏土砖烧成温度(1 320℃)比硅砖和高铝砖(1 400～1 500℃)低,而热力型NOx相应减少有关,表2也表明烧成温度降低,煤炭消费量也相应降低,燃料型NOx也相应减少;由于连续型窑炉需要煤气发生炉连续不断供气,而间歇性窑炉可以使用储存在煤气柜中的煤气而无需煤气发生炉连续工作,所以连续型窑炉燃料型NOx浓度实测值较间歇型窑炉大,如高铝砖烧成温度在1 500℃以上,明显高于硅砖烧成温度的1 400℃,热力型NOx含量相应增加,但高铝砖梭式窑NOx实测值(323～330 mg/m3)比硅砖隧道窑NOx实测值(354～399 mg/m3)低7%～19%,但表2也表明连续型窑炉比间歇型窑炉产品的产量要高。

(2)天然气窑评价结果。

由表7可知,天然气窑NOx排放浓度及NOx排放速率均可达标。结合表4,5进一步分析,与煤气窑相似,虽然砖型和窑型对NOx排放影响不大,但也存在微小差异。高铝砖、硅砖、黏土砖的NOx排放浓度实测值依次减小,与表5中各窑烧成温度(1 500～1 550,1 400,1 350℃)依次降低、热力型NOx相应减少呈正相关。由于连续型窑炉比间歇性窑炉燃烧室中NO扩散空间大,而且间歇性窑炉点火频繁,燃烧室温度频繁升高,因而连续型窑炉的NOx浓度实测值比间歇型窑炉小,如硅砖隧道窑NOx实测值(110～123 mg/m3)比高铝砖梭式窑NOx实测值(125～129 mg/m3)低4%～12%,当然也与高铝砖烧成温度明显高于硅砖烧成温度有关。

表6 煤气窑NOx污染单项指数(监测数据法)Table 6 The calculation table of NOx-pollution single index for producer gas-fueled firebrick kilns(monitoring datamethod)

表7 天然气窑NOx污染单项指数(监测数据法)Table 7 The calculation table of NOx-pollution single index for natural gas-fueled firebrick kilns(moru toring data method)

(3)天然气窑与煤气窑NOx污染对比评价。

比较表6,7可见,天然气窑NOx污染程度明显比煤气窑低:前者NOx排放质量浓度(89～129 mg/m3)较后者(252～399 mg/m3)低64%～67%;前者NOx排放速率(0.71～1.26 kg/h)较后者(1.08～2.54 kg/h)低34%～50%。两者差别主要来自煤气发生炉的燃料型NOx。

砖型和窑型均相同时,天然气窑NOx排放浓度比煤气窑低,排放速率多数降低。但同是黏土砖隧道窑的王垅耐火厂天然气窑的NOx排放速率比上白泉耐火厂煤气窑高出约13%,这应与王垅耐火厂废气流量异常增大有关。从表2,4可见,相同砖型、窑型天然气窑的小时产品产量比煤气窑高出25%～37%。

4 耐火砖窑炉NOx污染防治措施

(1)由煤炭直接燃烧产生火焰的耐火砖窑炉NOx污染极为严重,应予以取缔;煤气窑较之在一定程度上减少了NOx污染,也便于烟气的集中控制和脱硝,但NOx污染仍高于天然气耐火砖窑炉。因此如有天然气气源条件,应替代煤气发生炉中的煤气,无须进行烟气脱硝即可实现NOx排放达标。在天然气不足时,可考虑煤气-天然气混合型燃料支持耐火砖窑炉生产,这样既可控制NOx污染,也可降低天然气资源和经济性限制。近几年页岩气开发的进步也增大了天然气在耐火砖窑炉生产中广泛应用的可能。

(2)根据对NOx污染生成机理分析,改进燃烧室或窑炉结构和形式,可减少窑炉中NOx的生成量,具体应根据环境经济等综合因素确定,不应仅片面考虑减少NOx污染,否则会使窑炉内其他工艺制度不符合要求。如连续式煤气隧道窑虽比间歇式梭式窑的NOx排放量大7%～19%,但产量较大、成本较低,连续隧道窑炉可采用先进的蓄热燃烧技术来预热空气,将空气预热温度提高到1 000℃左右,从而节约燃料。

(3)煤气发生炉内生成的燃料型NOx可通过增加煤气发生炉内缺氧环境实现部分NOx的自脱除,通过烧成窑炉低氧燃烧等措施也可加以补偿性控制。在不导致快速型NOx大量生成的前提下,应尽可能采用低氧燃烧,如燃料分级燃烧、空气分级燃烧及烟气再循环技术等。

(4)技术经济性能满足的前提下,应尽可能增大排气筒高度,以保障烟气NOx排放速率达标。

(5)在满足耐火砖火焰或燃烧室温度需要的条件下,应尽可能降低窑炉温度。燃料混合空气燃烧或燃烧室低氧气氛燃烧的含氧量较低,此时燃烧空间体积扩大,火焰亮度辐射减少,理论燃烧温度降低,氮的氧化反应进行非常缓慢,炉温均匀度增加,可大大降低NOx的生成和排放。

(6)鉴于煤气窑烟气实测值超标情况,脱硝效率只要达到40%以上就可达标,采用湿法氧化吸收法较为合适。具体项目需根据技术经济比较来合理确定具体脱硝方法。

5 结 论

(1)煤气窑产生的NOx主要是燃料型,其次是热力型,煤气发生炉和耐火窑炉内均缺乏快速型NOx的生成机理。天然气窑产生的NOx主要为热力型,其次是快速型,富氧燃烧时只有热力型NOx。硅砖、高铝砖、黏土砖因烧成温度均未超过1 600℃(1 873 K),热力型NOx生成量总体不大。

(2)监测数据法核算结果更为可靠准确,但难以普遍使用,排污系数法核算结果较粗,但方法便捷,可普遍使用。监测数据法对排污系数法的检验表明,煤气窑排污系数法核算的NOx排放量均小于监测数据法,一般偏差较小(2%～3%),少数偏差较大,达45%;天然气窑排污系数法核算的NOx排放量均大于监测数据法,偏差均较大。两者的比较也验证了结论(1)煤气窑和天然气窑的NOx生成机理。耐火砖窑炉NOx排放量的核算应以排污系数法配合一定的监测数据法进行校正,可实现核算的既可靠又便捷。

(3)耐火砖窑炉NOx污染评价表明,煤气窑NOx排放质量浓度(252～399 mg/m3)超标1.05～1.66倍,NOx排放速率(1.08～2.54 kg/h)均达标;天然气窑NOx排放质量浓度(89～129 mg/m3)及排放速率(0.71～1.26 kg/h)均达标;天然气窑比煤气窑NOx污染程度低,前者NOx排放浓度比后者低64%～67%,NOx排放速率低34%～50%,两者差别主要来自煤气发生炉内燃料型NOx。

(4)砖型和窑型对NOx排放影响不大,但也存在一定差异。黏土砖NOx排放浓度实测值比硅砖和高铝砖低,与烧成温度有关。连续型煤气窑NOx浓度实测值比间歇型窑大,与煤气发生炉作业的连续与否有关。连续型天然气窑NOx浓度实测值比间歇型窑小,与前者燃烧室内NO扩散空间大,而后者又频繁点火、燃烧室温度频繁升高有关。

(5)煤炭直燃型耐火砖窑炉应全部用煤气窑替代,煤气窑烟气脱硝效率高于40%即可达标,采用湿法氧化吸收法较为合适。如有天然气气源条件,应全部或部分替代煤气发生炉中煤气的使用。

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Generation mechanism and em ission calculation and control of NOxin Yangquan firebrick kilns

XU Dong-yao,HAN Dong-yin,YIN Chen-xian,LIWei,SUN Zhi-jun,YANG Qiao-wen

(School ofChemical and Environmental Engineering,China University ofMining and Technology(Beijing),Beijing 100083,China)

This study researched formation mechanism and emission calculation and control of firebrick kiln NOxin Yangquan refractory industry base.On the basis of analyzing different types of firebricks,furnaces and fuels combined with the NOxformationmechanism,it is revealed that the formation types of NOxin the sequence followed by fuel-NOxand thermal-NOxwhen forming in the producer gas firebrick kiln,and ones followed by prompt-NOxand thermal-NOxin the natural gas firebrick kiln,while only thermal-NOxunder oxygen-enriched combustion.The NOxdischarge rate and concentration of different fuels,bricks and furnaceswere separatelymeasured and calculated by themethods of data monitoring and discharge coefficient,with the latter tested by the former.The results show that:all values of the latter are lower than the former in the producer gas and the deviations are very small(2%-3%),while the latter are all higher than the former in the natural gas and the deviations are very large(＞25%);the above-mentioned NOxformation mechanisms are also verified;it is reliable and convenient to calculate NOxemissions when using the dischargecoefficientmethod,which is adjusted by data monitoring method.The single quality evaluation of NOxis carried out: themonitored NOxemission concentration is 1.05 to 1.66 times as large as the standard in the producer gas and that of the clay brick is smaller than others,while the values of intermittent type kiln are smaller than the continuous furnace;they decrease in the sequence of high alumina brick,silica brick and clay brick when the NOxemission of gas kiln is normal.The feasible controlmeasureswere proposed,which would lay the foundation for total quantity control of NOxin China.

firebrick kiln;generation mechanism of NOx;emissions;controlmeasures

X511

A

0253-9993(2014)06-1164-08

徐东耀,韩东银,尹辰贤,等.阳泉耐火砖窑炉NOx生成机理及其排放量核算与控制[J].煤炭学报,2014,39(6):1164-1171.

10.13225/j.cnki.jccs.2013.1558

Xu Dongyao,Han Dongyin,Yin Chenxian,et al.Generation mechanism and emission calculation and control of NOxin Yangquan firebrick kilns[J].Journal of China Coal Society,2014,39(6):1164-1171.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2013.1558

2013-10-29 责任编辑:张晓宁

徐东耀(1962—),男,浙江兰溪人,教授,博士生导师,博士后。Tel:010-62331094,E-mail:xudongyao101@126.com