陶瓷窑炉NOx来源分析与减排技术探讨

雷本喜，尹海滨，蔺海艳

（江苏科行环保科技有限公司，江苏 盐城 224051）

0　引言

2017年6月环保部出台新的《陶瓷工业污染物排放标准》修改单征求意见稿（GB25464-2010），要求窑炉氮氧化物限值为150 mg/m3。目前，一部分陶瓷窑炉NOx的排放浓度值为120 mg/m3，另一部分的排放浓度值高达280 mg/m3。NOx排放浓度差异是由燃料所含组分不同引起的。但不同燃料成份是如何影响NOx的排放浓度，之前的研究工作未有解释。笔者对一条20 000 m2/d全抛釉陶瓷窑炉生产线产生NOx的排放问题进行研究找出关键所在。

1　NOx来源分析

1.1　窑炉出口NOx排放情况

现场连续8 d检测，得出窑炉出口排放的NOx平均浓度值为232.80 mg/Nm3，最高值为280.10 mg/Nm3，最低值为191.74 mg/Nm3。检测数据如表1所示。

表1　窑炉出口烟气参数

1.2　燃料成分分析

该窑炉生产线的燃料为焦炉煤气，其色谱检测分析结果如图1所示，根据检测结果可知，煤气中除氢气外，其他主要成分为碳氢化合物，其中甲烷：23.37%，乙烯：1.78%，乙烷：0.63%。

不同时段，焦炉煤气成分存在一定差异，抽取不同时段的煤气进行成分检测，成分对比如表2所示。

图1　煤气气相色谱分析结果

1.3　NOx来源分析与讨论

燃烧生成的NOx主要有三种：热力NOx、燃料NOx及快速NOx。在陶瓷行业中，由于原料的特殊性，还可能产生物料NOx。当陶瓷窑炉烧成温度＞1 300℃时，会大量生成热力型NOx，而当烧成温度＜1 200℃时，则产生的热力型NOx较少；该窑炉生产线使用的燃料为焦炉煤气，其成分中N2的比例为：4%～11%，不含其它有机氮化物，不会生成燃料型 NOx；焦炉煤气中含 CH4（22%～27%）、C2H4（1%～4%）等碳氢化合物，且煤气中氢含量高达52%～57%，燃烧速度快，火焰较短，容易引起高温富燃，在此条件下碳氢化合物与N2会反应生成快速型NOx，结合表1和表2的数据，发现煤气中的N2含量越高，烟气中NOx浓度越高，NOx排放浓度随焦炉煤气含N量变化曲线如图2所示。

表2　焦炉煤气组分参数对比

图2　NOx排放浓度随焦炉煤气含N量变化曲线

此外物料中釉面中含氮化合物在加热过程中也会产生NOx，但釉料成分复杂，其污染物排放量受其成分含量及热稳定性影响，目前还有待考究。

结合以上分析，可判定该生产线窑炉中NOx主要以快速型为主，热力型、物料型次之，燃料型几乎没有，快速型NOx浓度高低跟焦炉煤气中含N量成正比例关系，煤气中N2越高，烟气中NOx浓度越高，反之也成立。

2　NOx减排技术探讨

NOx减排技术包括燃烧控制技术的前、中、后三个阶段。燃烧前控制技术指改善燃料、选择低氮燃烧器、指定合理煅烧工艺制度；燃烧中控制技术即低氮燃烧控制技术，一般通过烟气再循环、低氮燃烧器改造、燃烧工艺调整等手段，来调整窑炉内温度、压力和空气过剩系数等来减低NOx的生成；燃烧后控制是指对生成的含NOx的尾气进行减排处理，需要新增脱硝设备来实现。

对于新建窑炉生产线可考虑通过燃烧前和燃烧中控制来实现NOx减排。但对于已建窑炉生产线，燃料及燃烧工艺一旦定好就很难改变，因此也很难采用燃烧前控制和低氮燃烧控制的手段来进行NOx减排，需要采用燃烧后脱硝技术才能达标排放。

常见的脱硝技术有SNCR、SCR、臭氧氧化法、陶瓷滤料协同除尘脱硝等，以20 000 m2/d全抛釉陶瓷窑炉生产线为例，常用的脱硝技术应用情况对比如表3所示。

表3　脱硝技术应用情况对比

以上4种常用技术中，SNCR技术应用在陶瓷喷雾干燥塔是非常成熟的，但应用到陶瓷窑炉中，不一定合适，氨水从窑炉内喷入，存在影响陶瓷产品质量的风险；臭氧氧化法脱硝存在副产物难以处理的难题，部分地区已明令禁止使用，难以应用到陶瓷窑炉上来；陶瓷滤料协同除尘脱硝投资费用高，建设周期长，企业短期难以接受；综合比较，考虑长期高效稳定运行，推荐选择中低温SCR脱硝技术，该技术具有投资适中、脱硝效率高、氨逃逸率低、运行稳定等优点，是未来陶瓷窑炉NOx深度减排治理的方向。

3　结语

阐述的NOx产生来源只针对某20 000 m2/d全抛釉陶瓷窑炉生产线，各生产线燃烧工艺及燃料类型不同，NOx产生来源也会存在差异。

随着陶瓷行业大气污染物排放标准不断收严，陶瓷窑炉的NOx减排技术也不断被重视，相信中低温SCR脱硝技术在不远的将来会在陶瓷行业得到广泛应用。