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建筑陶瓷烟气治理现状及超低排放方案探讨

点击次数:1381 发布时间:2016-03-31

1 前言

建筑陶瓷工业是一个高污染、高能耗的产业。目前,全国共有建筑陶瓷生产线2000多条,产量将近达到100亿m2 [1]。现有的建筑陶瓷工业烟气排放口多而散,无组织排放现象严重,治理难度较大,行业不仅要面临激烈的竞争,还要面对节能减排的重任[2]。

《陶瓷工业污染物排放标准》(GB25464-2010)大气污染物排放标准(8.6%O2)[3]对粉尘、SO2及NOx排放要求十分严格,我国建筑卫生陶瓷企业能够达标的企业不超过2%。由于当时环保技术还难以支撑此标准,在2014年建筑陶瓷工业大气污染物排放标准(2014年修改单)将基准氧调整为18%,暂时放宽了排放标准,但这只是一个过渡性的标准,2016年将会出台新的排放标准,而当新的环保治理技术可以支撑更严格的排放标准时,新标准必定会更加严格。因此,为了应对未来更严格的环保标准,探讨并开发出适用于建筑陶瓷工业的超低排放治理方案尤为迫切。

2 建筑陶瓷工业烟气排放现状及治理技术

2.1 当前排放现状及治理技术

建筑陶瓷工业烟气来源于窑炉(一般使用水煤气作燃料)烧成及喷雾干燥塔前的热风炉(一般使用水煤浆作燃料)。当前建筑陶瓷工业烟气治理技术落后,设备陈旧,有些偏远地区甚至没有进行任何的环保治理,直接将陶瓷生产过程中产生的烟气排放到大气中,这些烟气中含有大量的粉尘、SO2、NOx及重金属等,造成巨大的环境污染。受工艺的影响,喷雾干燥塔排放的烟气中的粉尘及NOx浓度含量较高,粉尘初始排放浓度实测值为2200~5600 mg/Nm3,NOx初始排放浓度实测值为100~250 mg/Nm3;而窑炉出口烟气SO2浓度较高,实测值为120~600 mg/Nm3。具体情况如表1、表2所示。

2.2 当前烟气治理存在的问题

建筑陶瓷工业环保技术水平落后,环保设备陈旧,治理效率低,主要表现在以下几方面:

1)热风炉使用的SNCR技术简易、自动化控制水平低,导致控制效果差、无法自动调节喷枪的喷射量,脱硝还原剂耗量增加,会导致脱硝成本高;2)当前窑炉烟气未进行任何脱硝治理;

3)大部分陶瓷厂窑炉系统已配置湿法脱硫装置,但未配置除尘设备,造成湿法脱硫出口粉尘浓度超标;4)喷雾干燥塔袋除尘器入口烟气含湿量偏大,滤袋易发生糊袋现象,除尘器运行阻力大;5)湿法脱硫后烟囱出口烟气中的水雾、雾滴,尤其是脱硫生成物(如硫酸钠)含量过多,从而形成蓝色或黄色烟羽;6)烟气中的重金属,如:铅(Pb)、镉(Cd)、镍(Ni),以及氟化物、氯化物没有脱除设施,未得到有效脱除。

3 建筑陶瓷工业烟气粉尘特性

通过采集陶瓷喷雾干燥塔及窑炉烟气中的粉尘,并对粉尘进行了激光粒度分析,分析结果如图1、图2所示。

从图1、图2中可以看出,喷雾干燥塔烟气中粉尘粒径大部分分布在1~10 μm范围内,而窑炉烟气粉尘颗粒主要分布在10~100 μm范围内,有少部分在1~10 μm之内。同时,对窑炉烟气中的粉尘进行了X射线荧光光谱(XRF)分析,如表3所示。

结果表明:粉尘的成份中主要含有S、Ca、Mg、F等元素,其中S和Ca含量高,折算成SO3及CaO所占质量比分别为57%及25%。

4 建筑陶瓷工业烟气超低排放技术方案

4.1 超低排放治理目标

为了避免多次环保治理改造,陶瓷工业节能减排新导向,我们设定了超低排放治理目标,并且与陶瓷工业2010年、2014年修改单大气污染物排放标准进行了对比,具体数据如表4所示。

从表4中可以看出,超低排放目标的基准氧为18%,若折算成8.6%氧基准,对应的粉尘、SO2及NOx排放值分别是20.7 mg/Nm3、82.7 mg/Nm3、206.7 mg/Nm3,这个排放目标比陶瓷工业GB25464-2010的排放标准还要严格。因此,超低排放目标可以满足陶瓷行业严格的排放标准。

4.2 超低排放工艺方案介绍

超低排放治理技术主要是针对喷雾干燥塔及陶瓷窑排放的烟气进行脱硫、脱硝及除尘治理。对于建筑陶瓷工业烟气超低排放治理技术方案的设计,主要设计依据如下:

(1)热风炉SNCR脱硝技术

由于干燥塔前端的热风炉烟气温度较高,一般在760~1000 ℃,符合SNCR脱硝温度范围,且SNCR投资成本低,运行可靠。因此,在喷雾干燥塔前端的热风炉进行SNCR法脱硝治理,保证50%以上的脱硝效率。

(2)窑炉低温SCR脱硝技术或臭氧氧化法脱硝技术由于陶瓷窑排放烟气温度较低,排烟温度约为180 ℃,这个温度正好符合低温SCR脱硝及臭氧氧化的温度范围。

(3)石灰石-石膏湿法技术进行脱硫

陶瓷窑排放烟气中SO2含量较高,石灰石-石膏湿法具有较好的脱硫效果,且同时可吸收臭氧氧化产生的高价NOx。因此,选用石灰石-石膏湿法脱硫对窑炉烟气进行脱硫。

(4)喷雾干燥塔及窑炉半干法脱硫后采用布袋除尘由于布袋除尘对于高浓度粉尘条件的烟气具有很好的除尘效果,喷雾干燥塔及半干法脱硫后烟气含尘浓度均很高,采用布袋除尘技术能解决这个问题。

(5)湿式除污器技术

将喷雾干燥塔及窑炉的烟气后一并汇总引入到湿式除污器中,进一步对粉尘、SO2、氟化物、重金属等物质进行脱除,从而达到超低排放标准。

工艺方案主要有以下两种:

(1)方案一

热风炉SNCR脱硝+窑炉臭氧氧化法脱硝;旋风收尘+布袋除尘+湿式除污器;干燥塔湿法脱硫+窑炉半干法脱硫。具体流程描述如图3所示。

此方案的优点:臭氧氧化法同湿法脱硫有很好的结合,烟气中的NO通过臭氧氧化成高价易溶于水的NOx,高价的NOx再进入湿法脱硫塔中被碱液吸收,从而达到脱硫脱硝一体化的效果。

缺点:臭氧氧化法在陶瓷行业中还未应用过,副产物较难处理。

(2)方案二

热风炉SNCR脱硝+窑炉低温SCR脱硝;旋风收尘+布袋除尘+湿式除污器;干燥塔湿法脱硫+窑炉半干法脱硫。具体流程描述如图4所示。

在热风炉内喷入还原剂进行SNCR脱硝,经喷雾干燥塔后烟气含尘量很大,进入旋风收尘,除去大部分的粉尘,收集的粉尘可回收加入到原料中,经旋风收尘后再进入布袋除尘器,再通过引风机将烟气引入到湿法脱硫塔;窑炉烟气经过低温SCR脱硝后经引风机引入到半干法脱硫塔脱硫,再进入布袋除尘器中除尘,后与经处理过的热风炉烟气汇总进入湿式除污器中进行除去粉尘、酸性物质、水雾及重金属等物质,后排放到烟囱。

根据当前建筑陶瓷工业烟气排放情况、脱硫脱硝除尘设备的效率,可推算NOx、SO2及粉尘经过本方案的脱硝、脱硫及除尘后的排放浓度。假设热风炉与窑炉烟气量相同,其中热风炉NOx、SO2及粉尘浓度分别为160 mg/Nm3(18%O2,干基)、80 mg/Nm3及5000 mg/Nm3(旋风除尘后);窑炉NOx、SO2及粉尘浓度分别为100 mg/Nm3(18%O2,干基)、400 mg/Nm3及50 mg/Nm3,则经过脱硝、脱硫、除尘后的终排放值示意图分别如图5、图6和图7所示。

从图5、图6及图7可以看出,采用方案一进行脱硫脱硝除尘后,NOx、SO2及粉尘终排放指标能达到47 mg/Nm3、19.8 mg/Nm3及4 mg/Nm3,可以达到设定的超低排放目标(分别为50 mg/Nm3、20 mg/Nm3及5 mg/Nm3)。

此方案的优点:可对烟气深度净化,经治理后能达到超低排放目标;半干法脱硫不会造成水污染,投资及运行成本较低。

缺点:低温SCR技术工程应用还不够成熟,催化剂成本较高。

5 结语

建筑陶瓷工业烟气排放口多而散,无组织排放现象严重,治理难度较大,烟气污染物排放问题还未得到有效地解决,通过上述两种方案可对多种污染物(NOx、SO2、粉尘、氟化物、重金属等)进行脱除,可达到设定的超低排放目标,但这两种方案在陶瓷行业中还未得到实际的应用。因此,急需在陶瓷行业建立一个超低排放治理示范工程,以便适应陶瓷工业大气污染物排放标准的修订,改善陶瓷工业大气污染物排放现状,真正实现建筑陶瓷行业的超低排放。

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