建筑陶瓷煙氣治理現(xiàn)狀及超低排放方案探討

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?，鹽城 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(wèn)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(wèn)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(wèn)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].