潮州市陶瓷窑炉氮氧化物排放的分析与研究

3.3燃料型NOX

燃料型NOX是指燃料中的含氮化合物，在燃烧过程中氧化生成的NOX。其很大在范围内几乎与温度无关，与燃料中的氮含量有明显的依赖性。这是因为热力型和快速型的反应中，N2都来自空气中，N2热解需要更高的温度。而当燃料中有含氮化合物时，燃料中的N以原子状态存在，其热分解温度在600℃左右时便能与其他元素结合[4]。

3.4物料型NOX

物料型NOX是指物料中的含氮化合物，在对物料的加热过程中分解出来的氮物化物。与燃料型NOX不同的是含氮化合物是来自物料自身，而不是来自燃料。而在陶瓷行业在，较多出现在一些釉烧工序中。而本次对比分析所选取的样本均是陶瓷素烧工序，故其生成机理有待进一步分析研究。

4数据比对分析及结论

4.1样本选取情况

潮州市陶瓷生产企业现较多以天然气为燃料使用隧道窑烧制。现选取其中规模较大，数据较有代表性的企业42家的排放情况进行汇总分析。在选取42家陶瓷生产企业中：

（1）以天然气为燃料使用隧道窑烧制的企业：16家；（2）以液化石油气为燃料使用隧道窑烧制的企业：6家；（3）以天然气为燃料使用梭式窑烧制的企业：10家；（4）以液化石油气为燃料使用梭式窑烧制的企业：10家；本次样本的获取均按HJ693-2014《固定污染源废气氮氧化物的测定定电位电解法》的技术要求，并在窑炉排放口进行采样。由于梭式窑是间歇性燃烧，而氮氧化物是在燃烧过程中大量产生，故梭式窑监测数据均是在窑炉燃烧加热周期内获取。

4.2比对分析及结论

本次研究的对象是窑炉生产过程中对外排放的NOX，监测断面均设置在窑炉对外排放的烟道中，其中包含了窑炉燃烧产生的废气和燃烧后过剩空气的混合气，每个窑炉的过剩空气情况都不相同，若要使数据具有可比性，就必需换算到同一基准氧的情况下。

本文参照GB25464-2010中的要求，将NOX（以NO2计）换算成基准氧18%的浓度，再对相同窑炉类型相同燃料的窑炉数据进行平均，以代表该炉型使用不同燃料的NOX排放浓度。结果见下表1所示。

从上表1数据可以看出：

（1）以NOX生成类型分析。本次样本中使用的燃料均是不含N的碳氢系燃料，所以废气中的NOX不可能是燃料型NOX。而物料型NOX都是出现在特殊陶瓷烧制和釉烧工序中出现，而本次样本选取均是素烧工序，所以本次样本中的NOX可以认为都是热力型NOX和快速型NOX。

由于我市陶瓷烧成温度大多数在1200℃以下，而热力型NOX大量生成需在大于1400℃环境下，虽在窑炉内由于气流受物料阻碍，易形成局部高温，但达到1400℃的时间和区域比较少，热力型NOX生成量较小。快速型NOX是在碳氢系燃料燃烧过程中，碳氢离子团和空气中的N2快速生成的NOX，其生成受温度影响小。笔者认为，样本中的NOX是以快速型NOX为主导，并伴有少量热力型NOX的生成。下面以窑炉类型和燃料类型进行分析也佐证了这一观点。

（2）以窑炉类型进行分析。从表中废气的实测含氧量可以看出，隧道窑排放废气中NOX比梭式窑更高。这是因为虽然隧道窑外排烟气均是通过排风机外排，窑内烟气流通相比自吸式梭式窑更加通畅，温度分布更加均匀。在烧成温度相差不大的情况下，比梭式窑出现局部高温的时间和区域更少，生成的热力型NOX也就更少。

但是从数据上看，同样以天然气为燃料，隧道窑的NOX的平均排放浓度为64.6mg/m3，梭式窑的NOX的平均排放浓度为33.3mg/m3；同样以石油气为燃料，隧道窑的NOX的平均排放浓度为59.2mg/m3，梭式窑的NOX的平均排放浓度为31.5mg/m3；梭式窑在两种燃料中的平均排放浓度分别低于隧道窑48.4%和46.8%。

这就佐证了样本中的NOX与窑内局部高温的关系不大，是以快速型NOX为主导，热力型NOX的生成比较少。且隧道窑比梭式窑的燃烧段更长，窑内烟气流通快的同时，温度流失也较快，在烧成温度相同时，燃料的使用也更多，就致使了更多的快速型NOX的生成。

（3）以燃料类型进行分析。燃气，尤其是天然气在燃烧过程中所产生的自由基在火焰中超过化学平衡所需的量时，会促使NO的排放量增加。快速NO的生成在很大程度上受自由基的超化学平衡水平的控制。

从数据上看，同样使用隧道窑烧制，以天然气为燃料的窑炉NOX的平均排放浓度为64.6mg/m3，以石油气为燃料的窑炉NOX的平均排放浓度为59.2mg/m3；同样使用梭式窑时，以天然气为燃料的窑炉NOX的平均排放浓度为33.3mg/m3，以石油气为燃料的窑炉NOX的平均排放浓度为31.5mg/m3；在两种窑炉类型中，以石油气为燃料均比以天然气为燃料排放的NOX低，分别低8.4%和5.4%。

据研究表明，石油气的低热值为108MJ#Nm-3，天然气的低热值36MJ#Nm-3，石油气的低热值约为天然气的3倍。那么，在同样的窑炉类型中，若在烧成温度相同的情况下，燃烧的天然气量也会比石油气量更多，那么就会产生更多的自由基，从而促使NOX的生成量比燃烧石油气更多。

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