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我国玻璃、水泥炉窑脱硝技术及应用现状研究

北极星大气网  来源:环境工程  作者:李春雨  2017/2/23 15:49:00  我要投稿  
所属频道: 大气治理  关键词:烟气脱硝 SCR 玻璃窑炉脱硝

北极星大气网讯:摘要:玻璃和水泥行业是我国重要基础材料工业,产业规模均超过世界总量的一半以上。和先进水平相比,我国玻璃、水泥炉窑氮氧化物排放水平明显偏高,强化其炉窑氮氧化物减排对于提高我国环境质量具有重要意义。对我国玻璃、水泥炉窑氮氧化物排放情况、减排技术及应用现状进行了分析,为进一步降低工业炉窑污染物排放提供参考。

0引言

根据我国《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》要求,“十二五”期间对化学需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物4种主要污染物实施排放总量控制。氮氧化物是我国“十二五”期间新增的减排指标之一,目标为5年内降低10%。但根据环保部对2011年污染物排放核查数据,当年氮氧化物排放总量2404.3万t,比2010年上升了5.74%。此外,

近来一直被民众关注的PM2.5,约有10%为氮氧化物氧化为硝酸根所贡献。我国氮氧化物排放主要集中在火电、水泥行业和机动车。作为约束性指标之一的氮氧化物指标不降反升,显现出氮氧化物削减的难度。2011年是“十二五”开局之年,在国家大力推行节能减排政策的情况下,氮氧化物的排放量竟然不降反增,所以氮氧化物减排已经成为国家节能减排工作的重中之重。

1玻璃行业脱硝

1.1玻璃产业生产现状

平板玻璃工业属于基础的原材料工业,与国民经济发展有着极为密切的联系。平板玻璃及其加工制品广泛应用于建筑、交通运输、装饰装修、电子信息、太阳能利用及其他新兴工业,是国民经济发展和提高人民生活水平所不可或缺的重要材料工业。2011年我国平板玻璃的产量达7.38亿箱,占世界平板玻璃总产量的约一半,同比增长15.84%,已经连续20多年居世界首位。平板玻璃生产量前三位的省市是河北、山东和广东,三省合计占全国总产量的39.02%。截止2012年5月,全国共有278条生产线,日产能达到15.24万t。

平板玻璃包括普通平板玻璃和浮法玻璃,由于普通平板玻璃生产工艺较落后,随着产业升级和结构调整,目前越来越多的生产线采用浮法玻璃生产技术。截止2010年底,全国浮法玻璃比重上升到87%,其中优质浮法产能上升到35%。目前我国采用浮法工艺的平板玻璃生产线200多条,全部或主要采用中国浮法技术的生产线近170条。已建成的浮法生产线中,单线熔化能力<450t/d的占38.9%,≥600t/d的占30%,≥700t/d的占11.1%。随着结构升级,浮法玻璃生产正逐步向节能(富氧燃烧、喷氧、纯氧助燃)、环保(控制SO2、NOx)等方面研究和发展。

1.2玻璃产业氮氧化物污染现状

平板玻璃行业属于高耗能、高排放行业,是我国重点工业污染控制行业之一。玻璃炉窑烟气中主要污染物是烟尘、SO2、NOx、HCl以及HF及少量重金属等。我国平板玻璃行业年颗粒物排放总量约1.2万t,SO2约16万t,NOx约为14万t,HCl和HF分别为4000t和1200t。

平板玻璃烟尘来源主要包括在加料过程中少部分原料被带入烟气中;熔炉中易挥发物质(部分金属氧化物,如Na2O等)高温挥发后冷凝生成烟尘;化石燃料后生成的烟尘。由于我国90%以上的平板玻璃企业使用重油作为燃料,重油的含硫率在0.5%~3%,导致烟气中有大量SO2产生。此外,玻璃原料中芒硝(Na2SO4)分解,也会产生大量SO2。在采用重油为燃料,未对烟气脱硫情况下,玻璃炉窑的SO2排放浓度一般在1800mg/m3左右。

玻璃熔炉中氮氧化物是由空气燃烧和玻璃原料中少量硝酸盐分解产生的。由于平板玻璃熔炉火焰温度高达1650~2000℃,空气中氮气便会与氧气反应生成大量NOx。原料中所含的硝酸盐(KNO3)在高温下也会分解产生部分NOx。所以,平板玻璃烟气排放中含有大量的NOx,浓度可高达2000mg/m3以上。根据统计,我国以重油为燃料的日处理量600t以上的平板玻璃熔炉NOx产生量为4.37kg/t。SO2排放量为5.613kg/t。日熔化量400t以下的炉窑NOx和SO2的排放量分别为6.05,8.638kg/t。

1.3玻璃产业氮氧化物控制

近年来,为促进玻璃行业结构调整和可持续发展,国家把平板玻璃行业作为宏观调控的重点之一,制定和颁布了一系列政策、法规和标准。在生产企业的布局、玻璃行业的能源消耗、环境保护等方面做了严格的规定,通过不断提高玻璃行业的准入门槛,促进玻璃行业产业结构升级。为促进玻璃行业清洁生产,国家鼓励平板玻璃使用天然气作为燃料,严格限制发生炉煤气为燃料。现有生产线“熔窑大修”应结合《平板玻璃行业准入条件》,进行技术改造升级,淘汰煤气发生炉装置,采用其他清洁能源,优化和改善燃烧控制系统,采用节能新技术,确保合理燃烧,节能降耗,并推进玻璃熔窑低温余热发电技术等节能技术。新建或改(扩)建平板玻璃生产线应采用除尘、脱硫设施,还应预留脱硝污染治理设施场地。到2012年8月,工业和信息化部共公布了四批符合《平板玻璃行业准入条件》的生产线97条,日产能达到5.665万t。

根据国家环境保护部新发布的GB26453—2011《平板玻璃工业大气污染物排放标准》,2013年底前,现有平板玻璃企业SO2排放水平要控制在600mg/m3以下,新建企业需要将NOx控制在700mg/m3以下,2014年起,所有玻璃炉窑NOx排放需满足700mg/m3上限要求,SO2排放水平要控制在400mg/m3以下。在现有技术条件下,玻璃炉窑采用末端脱硝技术(SCR和湿法还原吸收),NOx排放控制效果都可达到700mg/m3左右。如果我国平板玻璃行业完全实施氮氧化物排放标准,每年至少可削减氮氧化物排放量10万t(削减率达到70%)。

我国《节能减排“十二五”规划》提出加强非电行业脱硫脱硝,浮法玻璃生产线要实施烟气脱硫或改用天然气,推广玻璃窑炉全氧燃烧和富氧燃烧等氮氧化物减排技术。我国首台采用SCR脱硝工艺的600t/d玻璃炉窑脱硝工程,于2012年1月投用,在烟气流量68000m3/h,脱硝系统进口NOx浓度1950~2200mg/m3的条件下,可保持系统脱硝效率稳定在70%左右,出口NOx浓度小于700mg/m3。首台900t/d玻璃生产线SCR烟气脱硝系统也于2012年4月实现运行,在进口氮氧化物浓度2300~2450mg/m3条件下,出口氮氧化物浓度稳定在700mg/m3以下,脱硝效率达到70%以上,该系统最高稳定脱硝效率高达85.7%,出口氮氧化物浓度可以稳定控制在350mg/m3以下。

2水泥行业脱硝

2.1水泥产业生产现状

水泥行业是重要的基础原材料工业,我国拥有水泥企业近5000家。近年来,全国每年新增水泥产量占世界新增产量80%以上,2011年水泥总产量达到20.85亿t,约占世界水泥产量的56%以上,已经连续近30年高居世界第一,其中,新型干法水泥比重约80%。截至2010年底,我国日产4000,5000t新型干法水泥生产线总计800多条。

2.2水泥产业氮氧化物污染现状

水泥工业作为基础材料为国民经济发展做出了重要贡献,但是发展过程中也面临着越来越严峻的环境保护问题,减少大气污染将是行业面临主要问题之一。根据统计,2006—2008年,我国水泥工业氮氧化物排放约为全国工业总排放量的5%。随着水泥产业的快速增长,我国水泥行业的氮氧化物排放量已经从2008年的76.46万t猛增到2010年的220万t以上,占比从工业排放的5%上升到10%。水泥行业已经成为电力、机动车之后的氮氧化物第三大排放行业。

根据2009年的调查数据,我国水泥窑氮氧化物排放总平均值约为700mg/m3,吨熟料氮氧化物排放为1.12~1.40kg。其中5000t/d以上规模的新型干法水泥窑氮氧化物排放平均为600mg/m3,2500t/d以上规模的新型干法水泥窑氮氧化物排放平均为1100mg/m3,1500t/d以上规模的新型干法水泥窑氮氧化物排放平均为1600mg/m3。

回转窑是新型干法水泥物料烧成的关键技术装备,也是水泥行业氮氧化物排放的主要来源。在回转窑产生的废气中,二氧化氮一般仅占氮氧化物总量的5%以下,一氧化氮占总量的95%以上。由于水泥行业氮氧化物长期未得到有效控制,直接对我国实现“十二五”污染减排指标造成压力。根据2010年对150多家水泥企业的调研,水泥厂的氮氧化物已成为主要废气污染源。以5000t/d的熟料新型干法水泥生产线为例,企业每年需缴纳排污费中,氮氧化物排污费约占85%,氮氧化物减排已经成为水泥行业未来发展的必经之路。

延伸阅读:

【技术】烧结烟气脱硫脱硝处理技术的比较分析

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