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3.2测试数据计算
参考《燃气燃烧与应用》,可根据实际烟气中的含氧量,通过公式3-1计算出该辊道窑的过剩空气系数;参考GB25464-2010《陶瓷工业污染物排放标准》最新修改条文,将烟气中的NOx浓度按陶瓷窑烟气18%的基准含氧量来折算,可折算出规定基准含氧量下的氮氧化物排放浓度[NOx]。
式中:α——过剩空气系数;
O2——烟气中氧的百分含量(%)。
陶瓷行业中,氮氧化物排放物是NO和NO2的混合物,本文以NO2计算质量浓度,更为合理,计算结果见表2。
3.3计算结果分析
经过调查,佛山市天然气辊道窑的烧成温度约1200℃。对表2中A厂与B厂计算结果进行分析,可了解到即使炉型与烧制工艺一样,燃料的选择对NOx的排放影响甚大,天然气是不含氮、硫的洁净燃料,使用天然气作为燃料可有效减少燃料型NOx的产生,较低的烧成温度也不利于热力型NOx生成,由此推断快速型NOx占主要。根据华南理工大学徐婷同志的研究分析,辊道窑烧制过程中,以天然气为燃料时炉内NOx生成以快速型NOx为主导,采用不同燃料时出口处NOx生成速度有不同变化;与本文的分析结果相吻合。
另一方面,比较分析表2中A厂与C厂的计算结果,同样燃用天然气的辊道窑,两者的NOx却相差了将近四倍。两者的过剩系数α相差不大,主要差别在于烧制的产品。可推断其生成的快速型NOx应差异较少,猜测C窑中NOx的增长是由物料中釉面成分产生的。这说明天然气窑炉虽能有效减少燃料型与热力型的产生,但无法避免或者减少由于烧制物料带来的NOx排放。为证实上述推断,对C窑的烟气样品进行其他成分分析,发现其中存在大量的SO2,天然气是不含硫的洁净燃料,该SO2应源于釉料。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。
4治理措施
治理NOx排放简单来说可从生产过程中的燃烧前、燃烧中、燃烧后进行控制及治理。
4.1燃烧前控制
4.1.1燃料的改善
化石燃料中大多存在硫、氮、铅等元素,其燃烧不可避免会产生SO2、NOx等大气污染物,通过燃烧前除氮、燃料气化、乳化、掺混等方式可有所减少,如煤转气经过严格的净化过程后燃烧,净化后气体燃料不含氮成本,燃烧不会产生燃料型氮氧化物,但其燃烧成本相对增大,设备维修费用增高;目前厂区的煤转气设备都比较粗犷,不利于减少氮氧化物。天然气作为国家大力支持的清洁能源,可从根本上解决燃料型NOx的产生。
4.1.2选用合适的燃烧器
可采用低NOx燃烧器降低NOx排放。针对其他燃料改造为燃用天然气,选用合适的燃烧器,合理布置烧嘴位置,只要设备调试得当,能有效降低NOx的排放水平。另外,采用全预混燃烧器也能有效降低NOx排放。
对于新建设窑炉,建议首选燃烧天然气,避免日后改造为燃用天然气或其他燃料后调试不当,改造成本较高,无法达到节能减排的最佳工况。
4.2燃烧中控制
燃烧中控制可通过燃烧气氛的控制来达到节能减排目的,可通过调整温度、压力及空气过剩系数三大因素,保证炉内正压、温度均匀、富氧燃烧,再结合烟气循环、低NOx燃烧等方式,可有效抑制NOx的生成。
4.3燃烧后控制
燃烧后控制主要从尾气处理入手,可采用烟气循环装置,增加烟气与空气的循环对流,即可换热利用,又可降低烟气温度从而减少NOx的生成量;
针对物料型NOx,可在燃料或物料中加入还原剂以抑制NOx的产生,但是加入的量若控制不好易导致附加排放物的增加,因此进行尾气脱硝是最保险的治理方法。
5结语
享有“陶都”盛名的佛山,陶瓷制造历史悠久,曾经历多轮淘汰、转型、升级,根据《全国窑炉(陶瓷砖)能耗调查及节能减排技术汇编》的数据,佛山市陶瓷行业的能耗水平在国内已位较先进行列,其行业节能减排技术及企业环保意识较高。本文选用佛山市的数据客观实际,具有先进性。从分析结果来看,生产同产品的辊道窑燃用天然气较燃用其他燃料生成的NOx低,选用天然气作为燃料有利于降低NOx排放。典型案例中NOx排放量虽然符合陶瓷行业现有国家标准的要求,但仍具有降低的空间,有待各界学者及行业工作者共同努力。
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