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        建筑陶瓷煙氣治理現(xiàn)狀及超低排放方案探討

        2015-03-19 01:46:34羅小根崔宜祥尹海濱許珊珊周偉安田思源
        佛山陶瓷 2015年9期
        關(guān)鍵詞:陶瓷工業(yè)熱風(fēng)爐窯爐

        羅小根,崔宜祥,尹海濱,許珊珊,周偉安,田思源

        (江蘇科行環(huán)??萍加邢薰荆}城 224000)

        1 前言

        建筑陶瓷工業(yè)是一個(gè)高污染、高能耗的產(chǎn)業(yè)。目前,全國(guó)共有建筑陶瓷生產(chǎn)線2000多條,產(chǎn)量將近達(dá)到100億m2[1]?,F(xiàn)有的建筑陶瓷工業(yè)煙氣排放口多而散,無(wú)組織排放現(xiàn)象嚴(yán)重,治理難度較大,行業(yè)不僅要面臨激烈的競(jìng)爭(zhēng),還要面對(duì)節(jié)能減排的重任[2]。

        《陶瓷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25464-2010)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(8.6%O2)[3]對(duì)粉塵、SO2及NOx排放要求十分嚴(yán)格,我國(guó)建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)能夠達(dá)標(biāo)的企業(yè)不超過(guò)2%。由于當(dāng)時(shí)環(huán)保技術(shù)還難以支撐此標(biāo)準(zhǔn),在2014年建筑陶瓷工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(2014年修改單)將基準(zhǔn)氧調(diào)整為18%,暫時(shí)放寬了排放標(biāo)準(zhǔn),但這只是一個(gè)過(guò)渡性的標(biāo)準(zhǔn),2016年將會(huì)出臺(tái)新的排放標(biāo)準(zhǔn),而當(dāng)新的環(huán)保治理技術(shù)可以支撐更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí),新標(biāo)準(zhǔn)必定會(huì)更加嚴(yán)格。因此,為了應(yīng)對(duì)未來(lái)更嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),探討并開發(fā)出適用于建筑陶瓷工業(yè)的超低排放治理方案尤為迫切。

        2 建筑陶瓷工業(yè)煙氣排放現(xiàn)狀及治理技術(shù)

        2.1 當(dāng)前排放現(xiàn)狀及治理技術(shù)

        建筑陶瓷工業(yè)煙氣來(lái)源于窯爐 (一般使用水煤氣作燃料)燒成及噴霧干燥塔前的熱風(fēng)爐(一般使用水煤漿作燃料)。當(dāng)前建筑陶瓷工業(yè)煙氣治理技術(shù)落后,設(shè)備陳舊,有些偏遠(yuǎn)地區(qū)甚至沒有進(jìn)行任何的環(huán)保治理,直接將陶瓷生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣排放到大氣中,這些煙氣中含有大量的粉塵、SO2、NOx及重金屬等,造成巨大的環(huán)境污染。受工藝的影響,噴霧干燥塔排放的煙氣中的粉塵及NOx濃度含量較高,粉塵初始排放濃度實(shí)測(cè)值為2200~5600 mg/Nm3,NOx初始排放濃度實(shí)測(cè)值為100~250 mg/ Nm3;而窯爐出口煙氣SO2濃度較高,實(shí)測(cè)值為120~600 mg/Nm3。具體情況如表1、表2所示。

        2.2 當(dāng)前煙氣治理存在的問題

        建筑陶瓷工業(yè)環(huán)保技術(shù)水平落后,環(huán)保設(shè)備陳舊,治理效率低,主要表現(xiàn)在以下幾方面:

        表1 噴霧干燥塔煙氣排放現(xiàn)狀及治理技術(shù)

        表2 窯爐煙氣排放現(xiàn)狀及治理技術(shù)

        1)熱風(fēng)爐使用的SNCR技術(shù)簡(jiǎn)易、自動(dòng)化控制水平低,導(dǎo)致控制效果差、無(wú)法自動(dòng)調(diào)節(jié)噴槍的噴射量,脫硝還原劑耗量增加,會(huì)導(dǎo)致脫硝成本高;

        2)當(dāng)前窯爐煙氣未進(jìn)行任何脫硝治理;

        3)大部分陶瓷廠窯爐系統(tǒng)已配置濕法脫硫裝置,但未配置除塵設(shè)備,造成濕法脫硫出口粉塵濃度超標(biāo);

        4)噴霧干燥塔袋除塵器入口煙氣含濕量偏大,濾袋易發(fā)生糊袋現(xiàn)象,除塵器運(yùn)行阻力大;

        5)濕法脫硫后煙囪出口煙氣中的水霧、霧滴,尤其是脫硫生成物(如硫酸鈉)含量過(guò)多,從而形成藍(lán)色或黃色煙羽;

        6)煙氣中的重金屬,如:鉛(Pb)、鎘(Cd)、鎳(Ni),以及氟化物、氯化物沒有脫除設(shè)施,未得到有效脫除。

        3 建筑陶瓷工業(yè)煙氣粉塵特性

        通過(guò)采集陶瓷噴霧干燥塔及窯爐煙氣中的粉塵,并對(duì)粉塵進(jìn)行了激光粒度分析,分析結(jié)果如圖1、圖2所示。

        從圖1、圖2中可以看出,噴霧干燥塔煙氣中粉塵粒徑大部分分布在1~10 μm范圍內(nèi),而窯爐煙氣粉塵顆粒主要分布在10~100 μm范圍內(nèi),有少部分在1~10 μm之內(nèi)。同時(shí),對(duì)窯爐煙氣中的粉塵進(jìn)行了X射線熒光光譜(XRF)分析,如表3所示。

        表3 窯爐煙氣粉塵主要成份

        圖1 噴霧干燥塔粉塵粒徑分析

        圖2 窯爐粉塵粒徑分析

        結(jié)果表明:粉塵的成份中主要含有S、Ca、Mg、F等元素,其中S和Ca含量最高,折算成SO3及CaO所占質(zhì)量比分別為57%及25%。

        4 建筑陶瓷工業(yè)煙氣超低排放技術(shù)方案

        4.1 超低排放治理目標(biāo)

        為了避免多次環(huán)保治理改造,引領(lǐng)陶瓷工業(yè)節(jié)能減排新導(dǎo)向,我們?cè)O(shè)定了超低排放治理目標(biāo),并且與陶瓷工業(yè)2010年、2014年修改單大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比,具體數(shù)據(jù)如表4所示。

        從表4中可以看出,超低排放目標(biāo)的基準(zhǔn)氧為18%,若折算成8.6%氧基準(zhǔn),對(duì)應(yīng)的粉塵、SO2及NOx排放值分別是20.7 mg/Nm3、82.7 mg/Nm3、206.7 mg/Nm3,這個(gè)排放目標(biāo)比陶瓷工業(yè)GB25464-2010的排放標(biāo)準(zhǔn)還要嚴(yán)格。因此,超低排放目標(biāo)可以滿足陶瓷行業(yè)最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。

        表4 大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

        4.2 超低排放工藝方案介紹

        超低排放治理技術(shù)主要是針對(duì)噴霧干燥塔及陶瓷窯排放的煙氣進(jìn)行脫硫、脫硝及除塵治理。對(duì)于建筑陶瓷工業(yè)煙氣超低排放治理技術(shù)方案的設(shè)計(jì),主要設(shè)計(jì)依據(jù)如下:

        (1)熱風(fēng)爐SNCR脫硝技術(shù)

        由于干燥塔前端的熱風(fēng)爐煙氣溫度較高,一般在760~1000℃,符合SNCR脫硝溫度范圍,且SNCR投資成本低,運(yùn)行可靠。因此,在噴霧干燥塔前端的熱風(fēng)爐進(jìn)行SNCR法脫硝治理,保證50%以上的脫硝效率。

        (2)窯爐低溫SCR脫硝技術(shù)或臭氧氧化法脫硝技術(shù)

        由于陶瓷窯排放煙氣溫度較低,排煙溫度約為180℃,這個(gè)溫度正好符合低溫SCR脫硝及臭氧氧化的溫度范圍。

        (3)石灰石-石膏濕法技術(shù)進(jìn)行脫硫

        陶瓷窯排放煙氣中SO2含量較高,石灰石-石膏濕法具有較好的脫硫效果,且同時(shí)可吸收臭氧氧化產(chǎn)生的高價(jià)NOx。因此,選用石灰石-石膏濕法脫硫?qū)ΩG爐煙氣進(jìn)行脫硫。

        (4)噴霧干燥塔及窯爐半干法脫硫后采用布袋除塵

        由于布袋除塵對(duì)于高濃度粉塵條件的煙氣具有很好的除塵效果,噴霧干燥塔及半干法脫硫后煙氣含塵濃度均很高,采用布袋除塵技術(shù)能解決這個(gè)問題。

        (5)濕式除污器技術(shù)

        將噴霧干燥塔及窯爐的煙氣最后一并匯總引入到濕式除污器中,進(jìn)一步對(duì)粉塵、SO2、氟化物、重金屬等物質(zhì)進(jìn)行脫除,從而達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

        工藝方案主要有以下兩種:

        (1)方案一

        熱風(fēng)爐SNCR脫硝+窯爐臭氧氧化法脫硝;旋風(fēng)收塵+布袋除塵+濕式除污器;干燥塔濕法脫硫+窯爐半干法脫硫。具體流程描述如圖3所示。

        圖3 建筑陶瓷工業(yè)煙氣超低排放方案一

        此方案的優(yōu)點(diǎn):臭氧氧化法同濕法脫硫有很好的結(jié)合,煙氣中的NO通過(guò)臭氧氧化成高價(jià)易溶于水的NOx,高價(jià)的NOx再進(jìn)入濕法脫硫塔中被堿液吸收,從而達(dá)到脫硫脫硝一體化的效果。

        缺點(diǎn):臭氧氧化法在陶瓷行業(yè)中還未應(yīng)用過(guò),副產(chǎn)物較難處理。

        (2)方案二

        熱風(fēng)爐SNCR脫硝+窯爐低溫SCR脫硝;旋風(fēng)收塵+布袋除塵+濕式除污器;干燥塔濕法脫硫+窯爐半干法脫硫。具體流程描述如圖4所示。

        圖4 建筑陶瓷工業(yè)煙氣超低排放方案二

        在熱風(fēng)爐內(nèi)噴入還原劑進(jìn)行SNCR脫硝,經(jīng)噴霧干燥塔后煙氣含塵量很大,進(jìn)入旋風(fēng)收塵,除去大部分的粉塵,收集的粉塵可回收加入到原料中,經(jīng)旋風(fēng)收塵后再進(jìn)入布袋除塵器,再通過(guò)引風(fēng)機(jī)將煙氣引入到濕法脫硫塔;窯爐煙氣經(jīng)過(guò)低溫SCR脫硝后經(jīng)引風(fēng)機(jī)引入到半干法脫硫塔脫硫,再進(jìn)入布袋除塵器中除塵,最后與經(jīng)處理過(guò)的熱風(fēng)爐煙氣匯總進(jìn)入濕式除污器中進(jìn)行除去粉塵、酸性物質(zhì)、水霧及重金屬等物質(zhì),最后排放到煙囪。

        根據(jù)當(dāng)前建筑陶瓷工業(yè)煙氣排放情況、脫硫脫硝除塵設(shè)備的效率,可推算NOx、SO2及粉塵經(jīng)過(guò)本方案的脫硝、脫硫及除塵后的排放濃度。假設(shè)熱風(fēng)爐與窯爐煙氣量相同,其中熱風(fēng)爐NOx、SO2及粉塵濃度分別為160 mg/ Nm3(18%O2,干基)、80 mg/Nm3及5000 mg/Nm3(旋風(fēng)除塵后);窯爐NOx、SO2及粉塵濃度分別為100 mg/Nm3(18% O2,干基)、400 mg/Nm3及50 mg/Nm3,則經(jīng)過(guò)脫硝、脫硫、除塵后的最終排放值示意圖分別如圖5、圖6和圖7所示。

        圖7 粉塵減排過(guò)程

        從圖5、圖6及圖7可以看出,采用方案一進(jìn)行脫硫脫硝除塵后,NOx、SO2及粉塵最終排放指標(biāo)能達(dá)到47 mg/ Nm3、19.8 mg/Nm3及4 mg/Nm3,可以達(dá)到設(shè)定的超低排放目標(biāo)(分別為50 mg/Nm3、20 mg/Nm3及5 mg/Nm3)。

        此方案的優(yōu)點(diǎn):可對(duì)煙氣深度凈化,經(jīng)治理后能達(dá)到超低排放目標(biāo);半干法脫硫不會(huì)造成水污染,投資及運(yùn)行成本較低。

        缺點(diǎn):低溫SCR技術(shù)工程應(yīng)用還不夠成熟,催化劑成本較高。

        5 結(jié)語(yǔ)

        建筑陶瓷工業(yè)煙氣排放口多而散,無(wú)組織排放現(xiàn)象嚴(yán)重,治理難度較大,煙氣污染物排放問題還未得到有效地解決,通過(guò)上述兩種方案可對(duì)多種污染物(NOx、SO2、粉塵、氟化物、重金屬等)進(jìn)行脫除,可達(dá)到設(shè)定的超低排放目標(biāo),但這兩種方案在陶瓷行業(yè)中還未得到實(shí)際的應(yīng)用。因此,急需在陶瓷行業(yè)建立一個(gè)超低排放治理示范工程,以便適應(yīng)陶瓷工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的修訂,改善陶瓷工業(yè)大氣污染物排放現(xiàn)狀,真正實(shí)現(xiàn)建筑陶瓷行業(yè)的超低排放。

        [1]2013年中國(guó)建筑陶瓷行業(yè)分析及2014年走勢(shì)預(yù)測(cè)[Z].中國(guó)情報(bào)網(wǎng),2014,3.

        [2]張娜.我國(guó)建筑陶瓷工業(yè)環(huán)境污染與治理[J].陶瓷,2006(7):9-11.

        [3]GB25464-2010,陶瓷工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(修改單)[S].

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