陶瓷窑炉氮氧化物排放控制技术可行性探讨

NOx还是形成酸雨的主要物质。美国测定的酸雨成分中，硫酸占60%，硝酸占32%，盐酸占6%，其余是碳酸和少量有机酸。其潜在的危害主要表现在四个方面：

①对水生系统的危害，会影响鱼类和其他生物群落，改变营养物和有毒物的循环，使有毒金属溶解到水中，并进入食物链，使物种减少和生产力下降。

②对陆地生态系统的危害，重点表现在土壤和植物。对土壤的影响包括抑制有机物的分解和氮的固定，淋洗钙、镁、钾等营养元素，使土壤贫瘠化。对植物，酸雨损害新生的叶芽，影响其生长发育，导致森林生态系统退化。

③对人体的影响。一是通过食物链使汞、铅等重金属进入人体，诱发癌症和老年痴呆；二是酸雾侵入肺部，诱发肺水肿或导致死亡；三是长期生活在含酸沉降物的环境中，诱使产生过多的氧化脂，导致动脉硬化、心肌梗塞等疾病概率增加。

④对建筑物、机械和市政设施的腐蚀。

1.2氮氧化物生成分类

我国煤炭资源丰富，石油、天然气资源较贫乏，决定一次能源消费结构中煤炭比重很高，并且近期内以煤炭为主的能源结构不会有根本性变化。

煤燃烧产生的NOx主要有NO和NO2，另外还有少量的N2O。燃烧过程中生成的氮氧化物有三种途径：①热力(Thermol)NOx。它是空气中的氮气在高温下氧化而产生的NOx；②燃料(Fuel)NOx。它是燃料中含氮化合物，如杂环氮化物在燃烧过程中氧化而生成的NOx；③快速(Prompt)NOx。

它是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团(CH)等反应而生成NOx。在这三种途径中，当燃烧温度低于1400℃时，热力NOx生成速度较慢；而当温度高于1400℃时，反应速度明显加快，NOx生成速度呈指数增加。陶瓷在窑炉中的烧成温度一般为1200℃，这就决定了燃料燃烧产生的局部高温要高于1400℃。因此，煤燃料燃烧产生NOx是很难避免的。

1.3陶瓷窑炉NOx现状

陶瓷窑炉烟气中有害物质可分为两类：一类是气相化学物质，如SO2、NOx等；另一类是固相的粉尘，这些都是造成大气污染和人身伤害的主要污染物质。其中SO2气体不仅污染环境、破坏生态，而且直接影响产品的生产质量，腐蚀生产设备；燃料燃烧所引起对大气环境的污染中，危害最大且又最难处理的是氮氧化物(NOx)，已成为评价环境污染程度的主要指标之一。

陶瓷粉尘对其作业人员身体健康有很大的危害性，尤其是对呼吸系统较为明显，若长期接触超标粉尘，会导致作业人员患上尘肺病，佛山市某陶瓷企业因粉尘问题，已检出几十人患上严重的职业病。˙

目前，对于陶瓷窑炉的脱硫和除尘已经有了比较可行的治理技术，而对于陶瓷窑炉烧成中生成的NOx仍然没有找到一条经济可行的治理办法，氮氧化物的排放量仍持续快速增长。据统计，我国大气中90%的SOx、80%的ROx(粉尘)和50%的NOx污染均来自工业窑炉。

我国是陶瓷生产大国，日用陶瓷和建筑卫生陶瓷均居世界第一，陶瓷窑炉在生产过程中会产生对大气环境和人体危害极大的气体和粉尘，严重污染了环境。据调查统计，燃煤、重油、柴油等陶瓷窑炉SO2排放浓度约为800-5000mg/m3，NOx排放浓度约为200-800mg/m3，粉尘浓度为200-800mg/m3，目前大部分企业的窑炉都未进行有效的烟气处理，其对环境的污染可想而知。因此，陶瓷窑炉烟气问题不容忽视，控制陶瓷窑炉有害气体和物质的排放必须提上紧要议程。

陶瓷窑炉跟一般的工业炉(如炼钢炉、锅炉等)不同，由于陶瓷坯体在陶瓷窑炉内要进行复杂的物理化学反应，故陶瓷坯体在烧制成陶瓷的过程中，因烧成的产品类型、窑炉类型、原料、升温制度、气氛以及烧成过程中的温度段等的不同，坯体或釉料中都有不同的挥发份挥发出来，如水蒸气、硫化物、氟化物、硼化物、碱性蒸气、铅化物、三氯化铁等。

这些挥发物以及体表面形成的活性氧化物在不同的气氛和不同的烧成制度下，都将影响NOx的生成与破坏反应过程，它们是起催化作用还是参与其中反应？影响程度如何？如何抑制其产生？这些都是值得研究的。这些涉及到化学反应动力学、无机材料物化反应、热能动力工程、环境工程等多门学科，是多门学科交叉性的前沿性研究课题。

在2010年实施的国家标准《陶瓷工业污染物排放标准》中，对污染气体的排放做出了严格的限定，如表1所示。这充分体现了我国对氮氧化物排放控制的重视，随着污染气体控制技术水平的普及率的提高，我国陶瓷工业的污染气体排放标准会逐步与国际接轨。

2可行性分析

2.1选择性非催化还原法(SNCR法)对陶瓷窑炉废气脱NOx工艺探讨

选择性非催化还原法(SNCR)亦称喷氨法，是在无催化剂存在的条件下向炉内喷入还原剂氨或尿素，该技术是把含有NHx基的还原剂，将NOx还原为N2和H2O。SNCR法还原剂喷入锅炉(900-1100℃)，该还原剂迅速热分解成NH，并与烟气中的NOx进行SNCR反应生成N2。在NH3/NOx摩尔比为2-3的情况下，脱硝效率在30-50%。在950℃左右温度范围内，反应式为：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

当温度过高时，会发生如下的副反应，又会生成NO。

4NH3+5O2→4NO+6H2O

当温度过低时，又会减慢反应速度，所以，温度的控制是至关重要的。该工艺不需催化剂，但脱硝效率低，高温喷射对锅炉受热而安全有一定影响。存在的问题是由于温度随窑炉负荷和运行周期而变化及窑炉中NOx浓度的不规则性，使该工艺应用时变得较复杂。在同等脱硝率的情况下，该工艺的NH3耗量要高于SCR工艺，从而使NH3的逃逸量增加。

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