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烧结砖行业烟气治理的技术路线

北极星大气网  来源:砖瓦  作者:姬广庆  2019/11/18 14:32:38  我要投稿  

北极星大气网讯:摘要:结合《砖瓦工业大气污染物排放标准》(GB 29620-2013)和目前的烧结砖生产工艺,烧结砖行业烟气治理的技术路线,建议按重要程度分四步走:第一步首先要改造烧成、干燥工艺,降低即烟气含氧量;第二步是通过选择原料、燃料来减少产生SO2、NOx、氟化物等的物质进入制砖工艺中;第三步通过各种技术手段改变燃烧条件抑制SO2、NOx生成;第四步才是对烟气采取脱硫、除尘等治理措施即末端治理,实现达标排放。根据目前国家排放标准和行业实际情况,第四步末端治理是最被动、最不经济、也是效果最差的一步,烟气治理的重点应是第一、二、三步工作,最后完善末端治理,促进达标排放。

《砖瓦工业大气污染物排放标准》(GB29620-2013)的实施,企业虽然都通过环评和环保验收,也取很多其他行业成熟的烟气治理技术,由于砖瓦生产工艺特点和行业排放标准的问题,大多数生产线的正常工况实际检测不达标,仅仅依靠脱硫、除尘等末端治理很难达标,应改变行业的烟气治理的技术路线。

下面我们结合烧结砖行业工艺和排放标准,分析砖瓦烟气治理技术路线的重点和促进达标排放的措施。

1 烧结砖行业环保形势严峻

1.1 目前国家为什么对环保要严格要求

1.1.1 内因

经过改革开放后四十多年的发展,中国在发展成为世界第二大经济体的同时也付出了沉重的环境代价,一些城市的空气污染已严重影响到的健康,生存环境受到严重的威胁。“绿水青山就是金山银山”是面对经济发展和环境保护的原则问题。国家的供给侧改革更多的指向生产环节,生产环节是环境污染的源头,源头治理是必然的。烧结砖行业首当其冲,环保欠账最多。另外,中央提出振兴实体经济,可是振兴实体经济并不代表就是支持高污染高排放的企业,实体经济只有在一个规范的架构内才能健康发展,那么淘汰落后产能就是必然的,烧结砖行业如果环保不达标,只能死路一条。

1.1.2 外因

中国是联合国《巴黎协定》的签约国,减少污染物排放是签约国的责任和义务,2006年中国超越美国成为是世界上第一大二氧化碳排放国,节能减排任务很重。另外一个因素是,美国已经提出制造业回归本土,一定会设置种种贸易的壁垒,比如反倾销调查、国家认证、国际法律法规等提高中国企业的出口成本,从而达到保护本国企业利益的目的,虽然烧结砖行业出口方面相对其他行业很少,但大环境影响很大,对烧结砖行业严格要求环保达标也是必然。

1.2 环保达标对砖瓦企业会带来什么样的影响

毋庸置疑,环保达标会增加企业进入的门槛,生产成本也会大幅提升。以前的砖瓦生产烟气不经过任何处理或只经过简单处理就可以排放,现在必须要达标才能排放,烟气处理的资金和设备的投入必定要带动生产成本的攀升。倒逼轮窑、简易隧道窑的转型,而生产的投入加大也必定会提高准入者的门槛,促进烧结砖行业的产品结构和产业自动化的升级;另一方面,生产成本的增加导致烧结砖价格的提升,烧结砖涨价是必然的,行业要有清醒的认识,烧结砖的价格不是越高越好,目前相对加气混凝土砌块、水泥砌块等每立方二百元左右市场价,烧结砖的价格在墙体材料中已算“奢侈品”,烧结砖企业的竞争已不是同行的竞争,而是与同类墙体材料竞争市场份额,烧结砖行业生产市场需要的产品、扩大应用市场是当务之急。如果烧结砖企业不开拓市场,同行自相残杀,在与同类墙材产品竞争中优势不足,失去市场,将是同归于尽,造成行业重大损失。

1.3 烧结砖行业必须重视环保治理

烧结砖行业的企业家,必须要有正确的认识,环保是长期、造福子孙后代的大事,不要因为眼前经济效益差,忽视环保治理,企业在取得经济效益的同时,不能以牺牲环境为代价,破坏自己生存环境,让无辜的老百姓承担环境污染造成的危害。

2 烧结砖行业的实际状况

《砖瓦工业大气污染物排放标准》(GB29620-2013)要达在基准空气过量系数1.7,达到表1的指标。

2.jpg

目前的实际情况是大多数企业环评、环保验收都能通过,正常生产都不能稳定达标,原因很多,但主要原因有三方面:一是GB29620-2013排放标准没有考虑砖瓦生产工艺的特点,空气过剩系数不符合行业生产工艺实际;二是砖瓦生产工艺的烟气处理技术,仅参考锅炉、火电等其他行业的烟气治理技术,缺乏与砖瓦工艺结合的治理技术;三是缺乏烧结砖行业烟气治理的基础研究和科学实验,仅仅靠一些企业在摸索、试验,对行业造成重大损失。

3 降低烟气含氧量能促进排放达标,比提高除尘脱硫净化效率更有效

理想的燃料燃烧产生的烟气中不应含有氧气,氧气在燃烧过程中被消耗掉了,实际上为了完全燃烧,供应的氧气都大于实际消耗的量,同时为了防止把空气掺入到烟气中去稀释排放,环保标准中规定了基准含氧量这个指标(砖瓦行业为8.65%,电力行业6%,锅炉9%,陶瓷18%),折算系数的计算公式为:

标准要求的污染物指标=实测的污染物含量×折算系数

其中:折算系数=(21%-基准含氧量)÷(21%-实测含氧量)

3.jpg

砖瓦正常生产时混合气体的实际含氧量在17.5%~20.5%之间,多数在18.5%~19.5%左右。以颗粒物为例:当隧道窑的烟气含氧量为19%时,折算系数大约为6.18倍,颗粒物实测值不得超过30÷6.18=4.85mg/m3,这个数值是一个相当小的数值,是一个十分难以稳定达到的数值,燃煤电厂的烟气,经过袋式收尘器、湿法脱硫塔及湿式电收尘器的多级处理下,可稳定达到8mg/m3以下,经过多级精细处理,塔内风速很低的情况下,才可稳定达到5mg/m3以下。砖瓦隧道窑的前置烟气处理设备一般都比较简陋,工况变化大,要想稳定地达到4.85mg/m3以下,是很难达到的。对于实际含氧量为大于19%的砖瓦隧道窑,因为折算系数的影响,即使安装了湿式电收尘器,也难以稳定达标。对于烟气中含氧量超过20%的隧道窑,要实测颗粒物小于30÷12.35=2.43mg/m3,更是一个不可能完成的任务,即使达到,为其付出的代价也是巨大的。这也是行业为什么坚持即使降低指标也要要修订基准氧含量为18%的原因。

因此,要达标排放首先要降低烟气中的含氧量,烟气中的含氧量对环保指标折算值是倍数关系,而提高脱硫、除尘效率等措施,仅仅降低几个百分点,而当效率达到一定程度后,降一个百分点都很困难,因此,在选择解决烟气达标问题的工艺措施时,优先采取降低烟气的含氧量是最合理、最有效的技术措施。

4 烧结砖行业烟气治理的技术路线

根据烧结砖工艺和(GB29620-2013)标准,建议烧结砖行业烟气治理的技术路线按重要程度的权重依次分四步走:

第一步首先要改造烧成、干燥工艺,降低烟气含氧量;第二步是通过选择原料、燃料减少产生SO2、NOx、氟化物等的物质进入烧结砖工艺中;第三步通过各种技术手段改变燃烧条件抑制SO2、NOx生成;第四步才是对烟气采取脱硫、除尘等治理措施即末端治理,实现达标排放。

根据目前烧结砖行业的实际情况,第四步末端治理是最被动、最不经济、也是效果最差的一步,烟气治理的重点应是第一、二、三步工作,完善末端治理,促进达标排放

5 降低烟气含氧量是促进排放达标的重要技术措施

下面我们重点介绍降低烟气含氧量的几个主要技术。

5.1 隧道窑烟热分离处理和利用,降低烟气含氧量

即将隧道窑混合气体中的预热段混合烟气、冷却段余热空气分离处理和利用。

预热段混合烟气重点脱硫、除尘处理,冷却段余热空气干燥砖坯后重点除尘,“烟热分离”后,降低了烟气的含氧量,解决隧道窑烟气排放因空气过剩系数高无法达标的问题,另一方面可使脱硫设施投资和烟气处理成本的降低。

5.2 降低入窑残余含水率可大量减少预热段混合烟气的量,降低烟气含氧量

入窑残余含水率由6%降低到2%,预热段需要带走水分的烟气量相对减少了一半。

5.3 提高排潮温度,减少干燥风量,降低烟气含氧量根据计算(湿坯2.9kg、热值300kcal/kg湿坯(折每块砖870kcal,烧失量近似按8% 、湿坯含水率按15%)。

排潮温度60℃,排潮最大能力为0.114kg/m3,每kg砖坯需要大于1.22m3的热气。

排潮温度45℃,排潮最大能力为0.049kg/m3,每kg砖坯需要大于3m3的热气。

排潮温度40℃,排潮最大能力为0.035kg/m3,每kg砖坯需要大于4m3的热气;排潮温度30℃,每kg砖坯需要10m3热气才能带走水蒸气;排潮温度25℃,每kg砖坯需要20m3热气才能带走水蒸气。

5.4 降低湿坯水分减少干燥风量,降低烟气含氧量

采取静停、窑外预干燥等技术措施,减少湿坯进入干燥窑的水分,能提高砖坯干燥质量和产量,降低烟气中空气过量系数。

以每小时1万块坯体(湿坯按3.3kg计算)的产量为例,含水率由15%降低到12%,相比每万块少带入990kg/h 水,可减少干燥气体量约1404+990×22=23184m3/h。

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5.5 烟气再循环(烟气复烧)、降低烟气含氧量

将部分低温烟气直接送入炉内,或与空气(一次风或二次风)混合送入炉内。因二次燃烧了烟气中的氧气、稀释了氧浓度,使含氧量、NOx减少。

利用烟气所具有的低氧以及温度较低的特点,将部分烟气再循环喷入炉膛合适位置,降低局部温度及形成局部还原性气氛,一方面降低烟气含氧量、同时抑制NOx的生成,有利于达标排放

6 减少产生SO2、NOx、氟化物等的物质进入烧结砖工艺和燃烧中,抑制SO2、NOx 生成

6.1 通过选择原料、燃料减少产生SO2、NOx、氟化物等的物质进入烧结砖工艺中,减少和抑制污染物的产生煤系燃料燃烧的脱硫技术很多,按照煤从被采选到使用燃烧完毕的三个阶段,可归纳分为三种,即燃烧前脱硫,燃烧中脱硫和燃烧后脱硫,应优先采用燃烧前脱硫,如采用低硫煤。选择含氮低的原料和燃料,减少燃料型NOx的产生。

6.2 采用燃烧中脱硫,即在制砖原料中添加固硫剂的技术达到脱硫效果

国内一些科研单位、大专院校进行了相关的研究,在锅炉、电力行业有应用,但烧结砖行业应用较少,行业内有关这方面的试验和研究也不多。虽然已有推广应用的实例,但缺少实际数据,总体还是没有形成系统、完善、成熟、可靠并适宜推广的专项技术,需要行业进行这方面的试验、研究和实际效果的测试总结。

6.3 通过技术措施控制燃烧条件抑制NOx 产生(即燃烧改良法)

燃烧改良法主要是控制燃烧条件以达到减少NOx产生目的,是一种经济的控制NOx排放的技术措施。燃烧改善技术有:低NOx 燃烧器(LNB)、空气分级燃

烧、烟气再循环(烟气复烧)、再燃技术等,在新建天然气窑炉应采用低NOx燃烧器。

7 在工艺上采取降低氧含量促进达标的措施

a“. 内燃烧砖法”应采用高内燃或全内燃,少投煤或不投煤。

b.应将干燥窑和焙烧窑的进车端门由单层改为双层。

c.焙烧窑应采用较小的边隙和顶隙。

d.无论是干燥窑还是焙烧窑,均应采用窑车上下压力平衡技术,以免负压段的车下吸入空气。

e.应重视窑体的保温、防漏,并制定先进、合理的热工制度。

f.不把外界粉尘带入窑内。

8 结语

a.烧结砖行业面临严峻的环保形势,行业必须重视烟气治理,降低烟气含氧量能促进排放达标,比提高除尘脱硫的净化效率更有效。

b.建议烧结砖行业烟气治理的技术路线按重要程度的权重依次分四步走:第一步首先要改造烧成、干燥工艺,降低烟气含氧量;第二步是通过选择原料、燃料减少产生SO2、NOx、氟化物等的物质进入烧结工艺中;第三步通过各种技术手段改变燃烧条件抑制SO2、NOx生成;第四步才是对烟气采取脱硫、除尘等治理措施即末端治理,实现达标排放。

c.降低烟气含氧量是促进烟气排放达标的重要技术措施主要有:隧道窑烟热分离处理和利用;降低入窑残余含水率、可大量减少预热段混合烟气的量;提高排潮温度,减少干燥风量;降低湿坯水分减少干燥风量;烟气再循环(烟气复烧);通过选择原料、燃料减少产生SO2、NOx、氟化物等的物质进入烧结砖工艺中。

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