建筑陶瓷煙氣治理現(xiàn)狀及低排放方案探討

1 前言

建筑陶瓷工業(yè)是一個高污染、高能耗的產(chǎn)業(yè)。目前，共有建筑陶瓷生產(chǎn)線2000多條，產(chǎn)量將近達到100億m2 [1]?，F(xiàn)有的建筑陶瓷工業(yè)煙氣排放口多而散，無組織排放現(xiàn)象嚴重，治理難度較大，行業(yè)不僅要面臨激烈的競爭，還要面對節(jié)能減排的重任[2]。

《陶瓷工業(yè)污染物排放標準》（GB25464-2010）大氣污染物排放標準（8.6%O2）[3]對粉塵、SO2及NOx排放要求十分嚴格，我國建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)能夠達標的企業(yè)不過2%。由于當(dāng)時環(huán)保技術(shù)還難以支撐此標準，在2014年建筑陶瓷工業(yè)大氣污染物排放標準（2014年修改單）將基準氧調(diào)整為18%，暫時放寬了排放標準，但這只是一個過渡性的標準，2016年將會出臺新的排放標準，而當(dāng)新的環(huán)保治理技術(shù)可以支撐更嚴格的排放標準時，新標準必定會更加嚴格。因此，為了應(yīng)對未來更嚴格的環(huán)保標準，探討并開發(fā)出適用于建筑陶瓷工業(yè)的低排放治理方案尤為迫切。

2 建筑陶瓷工業(yè)煙氣排放現(xiàn)狀及治理技術(shù)

2.1 當(dāng)前排放現(xiàn)狀及治理技術(shù)

建筑陶瓷工業(yè)煙氣來源于窯爐（一般使用水煤氣作燃料）燒成及噴霧干燥塔前的熱風(fēng)爐（一般使用水煤漿作燃料）。當(dāng)前建筑陶瓷工業(yè)煙氣治理技術(shù)落后，設(shè)備陳舊，有些偏遠地區(qū)甚至沒有進行任何的環(huán)保治理，直接將陶瓷生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣排放到大氣中，這些煙氣中含有的粉塵、SO2、NOx及重金屬等，造成巨大的環(huán)境污染。受工藝的影響，噴霧干燥塔排放的煙氣中的粉塵及NOx濃度含量較高，粉塵初始排放濃度實測值為2200～5600 mg/Nm3，NOx初始排放濃度實測值為100～250 mg/Nm3；而窯爐出口煙氣SO2濃度較高，實測值為120～600 mg/Nm3。具體情況如表1、表2所示。

2.2 當(dāng)前煙氣治理存在的問題

建筑陶瓷工業(yè)環(huán)保技術(shù)水平落后，環(huán)保設(shè)備陳舊，治理效率低，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1）熱風(fēng)爐使用的SNCR技術(shù)簡易、自動化控制水平低，導(dǎo)致控制效果差、無法自動調(diào)節(jié)噴槍的噴射量，脫硝還原劑耗量增加，會導(dǎo)致脫硝成本高；2）當(dāng)前窯爐煙氣未進行任何脫硝治理；

3）大部分陶瓷廠窯爐系統(tǒng)已配置濕法脫硫裝置，但未配置除塵設(shè)備，造成濕法脫硫出口粉塵濃度標；4）噴霧干燥塔袋除塵器入口煙氣含濕量偏大，濾袋易發(fā)生糊袋現(xiàn)象，除塵器運行阻力大；5）濕法脫硫后煙囪出口煙氣中的水霧、霧滴，尤其是脫硫生成物（如硫酸鈉）含量過多，從而形成藍色或黃色煙羽；6）煙氣中的重金屬，如：鉛（Pb）、鎘（Cd）、鎳（Ni），以及氟化物、氯化物沒有脫除設(shè)施，未得到有效脫除。

3 建筑陶瓷工業(yè)煙氣粉塵特性

通過采集陶瓷噴霧干燥塔及窯爐煙氣中的粉塵，并對粉塵進行了激光粒度分析，分析結(jié)果如圖1、圖2所示。

從圖1、圖2中可以看出，噴霧干燥塔煙氣中粉塵粒徑大部分分布在1～10 μm范圍內(nèi)，而窯爐煙氣粉塵顆粒主要分布在10～100 μm范圍內(nèi)，有少部分在1～10 μm之內(nèi)。同時，對窯爐煙氣中的粉塵進行了X射線熒光光譜（XRF）分析，如表3所示。

結(jié)果表明：粉塵的成份中主要含有S、Ca、Mg、F等元素，其中S和Ca含量高，折算成SO3及CaO所占質(zhì)量比分別為57%及25%。

4 建筑陶瓷工業(yè)煙氣低排放技術(shù)方案

4.1 低排放治理目標

為了避免多次環(huán)保治理改造，陶瓷工業(yè)節(jié)能減排新導(dǎo)向，我們設(shè)定了低排放治理目標，并且與陶瓷工業(yè)2010年、2014年修改單大氣污染物排放標準進行了對比，具體數(shù)據(jù)如表4所示。

從表4中可以看出，低排放目標的基準氧為18%，若折算成8.6%氧基準，對應(yīng)的粉塵、SO2及NOx排放值分別是20.7 mg/Nm3、82.7 mg/Nm3、206.7 mg/Nm3，這個排放目標比陶瓷工業(yè)GB25464-2010的排放標準還要嚴格。因此，低排放目標可以滿足陶瓷行業(yè)嚴格的排放標準。

4.2 低排放工藝方案介紹

低排放治理技術(shù)主要是針對噴霧干燥塔及陶瓷窯排放的煙氣進行脫硫、脫硝及除塵治理。對于建筑陶瓷工業(yè)煙氣低排放治理技術(shù)方案的設(shè)計，主要設(shè)計依據(jù)如下：

（1）熱風(fēng)爐SNCR脫硝技術(shù)

由于干燥塔前端的熱風(fēng)爐煙氣溫度較高，一般在760～1000 ℃，符合SNCR脫硝溫度范圍，且SNCR投資成本低，運行可靠。因此，在噴霧干燥塔前端的熱風(fēng)爐進行SNCR法脫硝治理，50%以上的脫硝效率。

（2）窯爐低溫SCR脫硝技術(shù)或臭氧氧化法脫硝技術(shù)由于陶瓷窯排放煙氣溫度較低，排煙溫度約為180 ℃，這個溫度正好符合低溫SCR脫硝及臭氧氧化的溫度范圍。

（3）石灰石-石膏濕法技術(shù)進行脫硫

陶瓷窯排放煙氣中SO2含量較高，石灰石-石膏濕法具有較好的脫硫效果，且同時可吸收臭氧氧化產(chǎn)生的高價NOx。因此，選用石灰石-石膏濕法脫硫?qū)ΩG爐煙氣進行脫硫。

（4）噴霧干燥塔及窯爐半干法脫硫后采用布袋除塵由于布袋除塵對于高濃度粉塵條件的煙氣具有很好的除塵效果，噴霧干燥塔及半干法脫硫后煙氣含塵濃度均很高，采用布袋除塵技術(shù)能解決這個問題。

（5）濕式除污器技術(shù)

將噴霧干燥塔及窯爐的煙氣后一并匯總引入到濕式除污器中，進一步對粉塵、SO2、氟化物、重金屬等物質(zhì)進行脫除，從而達到低排放標準。

工藝方案主要有以下兩種：

（1）方案一

熱風(fēng)爐SNCR脫硝+窯爐臭氧氧化法脫硝；旋風(fēng)收塵+布袋除塵+濕式除污器；干燥塔濕法脫硫+窯爐半干法脫硫。具體流程描述如圖3所示。

此方案的優(yōu)點：臭氧氧化法同濕法脫硫有很好的結(jié)合，煙氣中的NO通過臭氧氧化成高價易溶于水的NOx，高價的NOx再進入濕法脫硫塔中被堿液吸收，從而達到脫硫脫硝一體化的效果。

缺點：臭氧氧化法在陶瓷行業(yè)中還未應(yīng)用過，副產(chǎn)物較難處理。

（2）方案二

熱風(fēng)爐SNCR脫硝+窯爐低溫SCR脫硝；旋風(fēng)收塵+布袋除塵+濕式除污器；干燥塔濕法脫硫+窯爐半干法脫硫。具體流程描述如圖4所示。

在熱風(fēng)爐內(nèi)噴入還原劑進行SNCR脫硝，經(jīng)噴霧干燥塔后煙氣含塵量很大，進入旋風(fēng)收塵，除去大部分的粉塵，收集的粉塵可回收加入到原料中，經(jīng)旋風(fēng)收塵后再進入布袋除塵器，再通過引風(fēng)機將煙氣引入到濕法脫硫塔；窯爐煙氣經(jīng)過低溫SCR脫硝后經(jīng)引風(fēng)機引入到半干法脫硫塔脫硫，再進入布袋除塵器中除塵，后與經(jīng)處理過的熱風(fēng)爐煙氣匯總進入濕式除污器中進行除去粉塵、酸性物質(zhì)、水霧及重金屬等物質(zhì)，后排放到煙囪。

根據(jù)當(dāng)前建筑陶瓷工業(yè)煙氣排放情況、脫硫脫硝除塵設(shè)備的效率，可推算NOx、SO2及粉塵經(jīng)過本方案的脫硝、脫硫及除塵后的排放濃度。假設(shè)熱風(fēng)爐與窯爐煙氣量相同，其中熱風(fēng)爐NOx、SO2及粉塵濃度分別為160 mg/Nm3（18%O2，干基）、80 mg/Nm3及5000 mg/Nm3（旋風(fēng)除塵后）；窯爐NOx、SO2及粉塵濃度分別為100 mg/Nm3（18%O2，干基）、400 mg/Nm3及50 mg/Nm3，則經(jīng)過脫硝、脫硫、除塵后的終排放值示意圖分別如圖5、圖6和圖7所示。

從圖5、圖6及圖7可以看出，采用方案一進行脫硫脫硝除塵后，NOx、SO2及粉塵終排放指標能達到47 mg/Nm3、19.8 mg/Nm3及4 mg/Nm3，可以達到設(shè)定的低排放目標（分別為50 mg/Nm3、20 mg/Nm3及5 mg/Nm3）。

此方案的優(yōu)點：可對煙氣深度凈化，經(jīng)治理后能達到低排放目標；半干法脫硫不會造成水污染，投資及運行成本較低。

缺點：低溫SCR技術(shù)工程應(yīng)用還不夠成熟，催化劑成本較高。

5 結(jié)語

建筑陶瓷工業(yè)煙氣排放口多而散，無組織排放現(xiàn)象嚴重，治理難度較大，煙氣污染物排放問題還未得到有效地解決，通過上述兩種方案可對多種污染物（NOx、SO2、粉塵、氟化物、重金屬等）進行脫除，可達到設(shè)定的低排放目標，但這兩種方案在陶瓷行業(yè)中還未得到實際的應(yīng)用。因此，急需在陶瓷行業(yè)建立一個低排放治理示范工程，以便適應(yīng)陶瓷工業(yè)大氣污染物排放標準的修訂，改善陶瓷工業(yè)大氣污染物排放現(xiàn)狀，真正實現(xiàn)建筑陶瓷行業(yè)的低排放。