陶瓷窑炉烟气治理及低氮燃烧技术的推广

邹国柱

摘 要：陶瓷行业的环保治理对于促进行业的可持续发展具有重要意义，本文主要探讨了陶瓷窑炉烟气的几种治理方法，并重点对低氮燃烧技术进行推广。

关健词：陶瓷行业；节能环保；低氮燃烧

1 引言

目前，中国已成为世界最大的建筑陶瓷生产国，2016年陶瓷砖产量完成110.76亿平米，受环保意识及技术的制约，建陶行业对环境的影响和危害日益显现，环保治理迫在眉睫。近日，佛山市环境保护委员会发布了《佛山市2017年陶瓷行业大气污染深化整治方案》，方案提出在今年10月1日前，佛山全市陶瓷行业大气污染物氮氧化物排放限值收严为100 mg/m3。本次方案中除了氮氧化物排放浓度收严为100 mg/m3外，还提出按月对氮氧化物、二氧化硫、烟尘3项污染物指标进行实际排放总量核定，实行排放浓度和排放总量双达标控制。新环保政策下这些严格排放标准也促使陶企以及上游的陶机设备供应商需尽快提升陶瓷行业自身的污染治理水平。

日前，中国科学院工程热物理研究所代表莅临佛山市陶瓷行业协会，针对目前陶瓷行业节能减排、减少氮氧化合物排放的研究进行了成果分享，包括摩德娜在内的数家陶机企业与中科院专家一起共同探讨“陶瓷窑炉低氮燃烧技术”。 氮氧化物的排放量与燃料燃烧时的温度有关，不同瓷砖品类其窑炉烧成温度不同，氮氧化物的排放量也不同，因此排放标准的制定不应一刀切。本文探讨一种低氮燃烧技术，其核心是采用低氮燃烧技术在窑炉抑制NOx的产生，可以成为降低烟气净化成本的新途径。这一新技术的成果阵列预混喷嘴已经广泛應用在了燃气轮机燃烧室，并取得了很好的效果。借鉴燃气轮机燃烧室分级燃烧的控制方法，并移植到陶瓷行业当中，因为燃料是水煤浆的喷雾塔是产生氮氧化合物较多的地方，在此部分尤其易于推行低氮燃烧技术，这是陶瓷行业低氮燃烧推行的初步方案。预计陶瓷行业运用此技术氮氧化物NOx的排放量可以降低到30 mg/m3左右。

2 污染物及来源

建陶窑炉烟气中的污染物有SO2、颗粒物、NOx、氟化物、氯化物及重金属（Pb、Cd）。[1]

（1）SO2：①使用未经净化脱硫的燃料（如水煤气）等；②制粉工段的煤粉及水煤浆中含硫； ③坯体中的含硫矿物高温烧成时溢出。

（2）颗粒物：坯体微尘、煤气夹带、工况吸入。

（3）NOx：主要是燃料燃烧时产生，空气中的氮气（N2）在高温下与氧（O2）发生反应生成NOx。

（4）氟化物：坯料及釉料中的含氟矿物，在高温烧成时分解，以SiF4、HF的形式溢出。

（5）重金属：坯体釉料中含有的Pb、Cd等重金属。

3 建陶环保治理的总体思路

建筑陶瓷生产中，80%的窑炉采用自制的水煤气，而制粉工段基本都采用煤粉或水煤浆。因此，考虑我国以煤炭消耗为主的能源状况以及燃料成本的因素，针对建陶生产的工艺特点及现状，在烟气治理方面要想完全实现排放达标，单纯改用清洁能源并不现实，需要从整个陶瓷生产工艺上去控制和采取科学的治理方法。

工业窑炉的环保模式分为燃烧前（如洗选煤等）、燃烧中（炉内喷钙等）、燃烧后（烟气治理）三种模式，鉴于建筑陶瓷生产特点及污染物（多途径）的产生机理，需要结合这三种模式治理的方法，即对污染物进行环保处理。

4 窑炉烟气硫化物治理

窑炉烟气主要污染物为SO2及颗粒物，根据实际检测和调研，窑炉烟气中SO2浓度基本在150 ～ 600 mg/m3，颗粒物的浓度基本在80 ～ 200 mg/m3。建陶行业中烟气脱硫主要采取的方法有以下两种。

（1）双碱法

目前业内的窑炉烟气环保装备，脱硫大多采用的是‘双碱法，具有很大的技术局限性。其采用NaOH做启动吸收剂来吸收SO2，然后再通过Ca（OH）2将Na2SO3或Na2SO4置换回NaOH。‘双碱法既做不到长期稳定达标排放，又因钠碱价格较贵，消耗量大，导致企业长期运行成本居高不下，这是目前所有采用‘双碱法的陶瓷企业普遍遇到的困境。

另外，‘双碱法需配有相当规模的沉淀池。占地面积大，池子外露，还造成大量水分被蒸发，同时部分未被脱除的SO2、HCl等有害气体也会随之溢出。

（2）石灰石—石膏法

基于‘石灰石—石膏法的烟气一体化治理技术，此技术工艺路线成熟合理，采用石灰做脱硫剂，经济实用，最终产物为硫酸钙，滤除方便且无二次污染。此方法在建陶行业中已较为成熟并得到广泛应用。

5 窑炉烟气氮氧化物治理

我国2016年建筑陶瓷生产总量110亿平米，通过估算我国每年NOx排放量约110万吨，脱硝是个迫在眉睫的重大任务。

最新的陶瓷行业的NOx限值为100 mg/m3。工业烟气脱硝技术目前一共有三种：选择性催化还原（SCR）（适用于NOx浓度>300 mg/m3 ）、低氮燃烧（适用于新建窑炉）、选择性非催化还原（SNCR）（适用于NOx浓度<300 mg/m3）。

选择性催化还原法（SCR），因具有效率高、技术成熟可靠、无脱硝副产物处理成为当今世界治理NOx的主要方法。自70年代起就在欧美及日本等发达国家得到广泛应用。也成为十二五的重点推广脱硝方法。但其仍存在技术由国外垄断，运行中消耗氨水、催化剂使用一定时期需要更换增加了运行成本，废催化剂属危废并威胁环境安全等问题。

南京工业大学材料化学国家重点实验室则研发了一项新型的脱硝技术——稀土基脱硝催化剂技术。经过多年的研究实践，该技术存在着高效、无二次污染、活性温度窗口宽，失效催化剂无需危废处理等优点。该催化剂是脱硝的新利器，该项新技术对于陶瓷行业来说将是促进环保生产转型的新动力。

低氮燃烧新技术比SCR更具应用前景；如果低氮燃烧技术能在陶瓷行业大面积工业化和产业话的话，对陶瓷建材和行业节能减排降耗将可以起到积极的作用。

6 结论

根据建陶生产的工艺过程、排放状况并兼顾生产成本及能源现状，科学选择经济合理的环保技术，窑炉烟气完全可以排放达标，陶瓷行业的环保治理对于促进行业的可持续发展具有重要意义，为实现建筑陶瓷的清洁生产打下坚实基础。

参考文献

[1] 陈志田，彭博.环保|建陶生产中的窑炉烟气治理.陶瓷信息.2015.6