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陶瓷窑炉烟气处理技术

来源: 作者: 发布时间:2008-03-25  

随着国民经济的不断发展,我国陶瓷工业也得到了迅猛发展。2005年我国陶瓷产量:日用陶瓷175亿件,建筑陶瓷35 m2,卫生陶瓷约9 000万件,产量均居世界第一,约占世界的2/3,形势一片大好。但其带来的负面影响——窑炉烟气污染也越来越突出。

我国大气中90%SOx85%CO280%ROx(粉尘)50%NOx污染均来自陶瓷窑炉、蒸汽锅炉以及其他各种工业窑炉[1]。据资料统计,目前仅在日用陶瓷、建筑陶瓷生产领域中就有3 000余座燃煤窑炉,达到窑炉总数的70%,因此处理陶瓷窑炉烟气污染就成为了目前应该研究的方向。

笔者结合陶瓷窑炉烟气的污染物形成机制,对目前窑炉烟气的处理技术和发展方向进行了综述。

1  陶瓷窑炉烟气污染产生的机制

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,另一类是固相的烟尘,都是造成大气污染的主要物质。

1.1  气相化学物质的产生

燃煤产生的气相化学物质主要有SOXNOX

1 SOX是由煤、粘土中的硫化物杂质在800 左右被氧化所致。

在陶瓷生产中不仅燃烧的燃料中含有硫化物杂质,而且原料也有一些含硫的杂质,如:黄铁矿(FeS2)Fe2(SO4)3CaSO4Na2SO4等。这些杂质存在于陶瓷坯体中,在烧成的过程中,要进行一系列氧化还原反应。

2 NOX的产生类型有3种:

a、热力型NOX,燃烧时的空气中带进来的氮在高温下与氧发生反应生成NOX被称为热力型NOXTNOX)。

b、燃料型NOX,因为煤中含有许多氮的有机化合物如芳香杂环氮化物、吡咯及衍生物,在高温作用下易产生NH3HCN氧化生成NOX

c、快速型NOX,指在燃烧过程中,燃料中的碳氢化合物发生分解,其分解的中间产物和N2反应生成的氮氧化物。快速型NOX生成量很少,可不予考虑。

1.2  固相烟尘的产生

煤被加热350600 ℃时,大量释放出以碳氢化合物为主的挥发分,进入炉膛空间。但是在低温缺氧条件下,挥发分不可能正常燃烧,发生裂化、脱氢、叠合、环化而生成含碳量多的苯环物质——碳黑;不完全燃烧生成环烃物质——烟炱;还可能因还原反应而分解出游离的碳粒;由烟气带出的飞灰和未燃尽的煤炭颗粒微尘;这些物质总称烟尘。全世界每年约有1亿t烟尘排放到空气中,如不及时处理,不仅会污染环境,而且会损害人类的健康。

2  烟气脱硫(FGD

陶瓷窑炉烟气中SO2的浓度在0.5%~1.0%,属于低浓度SO2烟气。因此采用传统的接触制酸法,经济和技术上难度很大。目前对于低浓度SO2烟气脱硫技术多种多样,按脱硫工艺可以分为干法、湿法和半干法;按生成物处置方法可以分为抛弃法、回收法和半回收法;按吸收剂的使用情况分为再生法和非再生法;以所采用的吸收剂又分为钙法、钠法、镁法、氨法、双碱法和水法等。以上分类方法各有自己的科学性和不足,本文以干法、湿法和半干法3大分类结合具体的方法加以说明。

2.1  湿法脱硫工艺

湿法烟气脱硫技术是烟气脱硫技术中最为成熟的一种技术,湿法脱硫的优点是硫氧化物的吸收反应速度;缺点是由于排烟温度降到60 °C左右,排烟的扩散效果差,需要大量的水。

2.1.1  石灰/石灰石——石膏法

这种方法在湿法中占有最主要的份额,是目前世界上最成熟、运行状况最稳定的脱硫工艺。利用石灰或石灰石作吸收剂,吸收净化烟气中的SO2,反应生成亚硫酸钙(CaSO3),再将这一产物氧化成石膏(CaSO4·2H2O)

该工艺流程较复杂,需要专门的吸收剂制备车间、体积庞大的吸收塔氧化槽,投资较大,且有二次污染问题,但脱硫效率可达90%以上。

2.1.2  海水脱硫工艺

海水脱硫是近年来发展起来的一项新技术。该工艺利用天然的纯海水作为烟气中SO2的吸收剂,无需其它任何添加剂,也不产生任何废弃物,具有工艺简单、系统运行可靠、脱硫效率高等特点。

2.1.3  其它湿法工艺

除前述的传统方法外,还有MgO法、亚硫酸铵法、WellmanLord法、柠檬酸钠——磷酸钠法和千代田法、液相湿式生物还原法等。另外还有我国自主研发的技术,如:西安交通大学的液幕床式湿法脱硫技术、清华大学的液柱喷射式烟气脱硫系统、南京电力环境科学研究所的强化湿式石灰石烟气脱硫技术等,但都未得到完整的应用。

2.2  干法脱硫工艺

干法脱硫工艺的特点是,反应在无液相介入的完全干燥状态下进行,反应产物为干粉状。其主要优点是能处理大量的排烟,排出烟气的温度下降比较小,对烟囱周围地区来说,由于烟雾而引起的二次污染较少,用水量少。缺点是由于硫氧化物的吸收反应速度慢,因而排烟设备体积大,建设费用高。

2.2.1  荷电干式喷射脱硫法

该法的作用原理是,吸收剂以高速通过高压静电电晕充电区后,在其表面上形成静电荷,由于同种电荷相互排斥,使吸收剂颗粒很快在烟气中扩散,形成均匀的悬浮状态,从而增加与SO2反应的机会。此外由于离子的电晕,可增强其活性,缩短反应所需滞留时间,从而有效提高脱硫率。该法的优点是,脱硫工艺简单有效,占地面积小,投资和运行成本低,因为是干法没有废水和腐蚀等问题;缺点是,脱硫率低,吸收剂利用率不足,维护较复杂。

2.2.2  电子束烟气脱硫技术

电子束烟气脱硫技术的基本原理是:燃煤烟气中的N2O2和水蒸汽等,经过电子束照射后,吸收了大部分电子束能量,生成大量的反应活性极强的各种自由基如OHOHO2等。这些自由基可以氧化烟气中的SO2使之生成硫酸,再与事先注入的氨进行中和反应生成硫铵。

该工艺流程简单、运行维护方便,烟气负荷负载能力强,一次投资和运行费用低,无二次污染物产生,同时脱硫脱硝,脱硫率可达90%以上,系统简单、操作方便,对不同含硫量的烟气有较好的适应性。副产物硫酸铵和硝酸铵是可利用的氮肥实现了硫氮资源的综合利用。电子束烟气脱硫是靠电子束加速器产生高能电子的,因而需要大功率的电子枪,还需要防辐射屏蔽,且运行、维护技术要求高。

2.2.3  脉冲电晕放电烟气脱硫技术

脉冲电晕放电烟气脱硫技术是从电子束烟气脱硫技术发展而来的,其机制是依靠脉冲高压电源在普通反应器中形成等离子体,该法是利用等离子体产生的高能电子将HOHOO键打开,使之成为自由基或活化粒子,这些自由基或活化粒子可与SO2NOX反应。由于这些等离子体在常温下只提高电子的温度,而不提高离子的温度,故该法的能量效率比电子束法至少高2倍。此法可同时脱除烟气中的SO2NOX及重金属,既具有电子束辐照法的全部优点,而且又大大降低了一次性投资。目前是具有良好应用前景和国内外广泛关注的技术。

2.3  半干法工艺

半干法烟气脱硫技术是把石灰乳雾滴喷入吸收塔,使其与烟气中的SO2反应生成CaSO3CaSO4,由于烟气的加热作用,石灰乳中的水分很快蒸发,最终得到干燥状态的副产品。半干法脱硫工艺的特点是,反应在气、固、液三相中进行,利用烟气显热蒸发吸收液中的水分,使最终产物为干粉状,脱硫废渣一般抛弃处理。并且工艺流程简单、运行稳定可靠,投资较少,运行费用较低,电力消耗仅为湿法的25%50%,脱硫效率可达80%90%。但是,由于石灰作吸收剂,具有强烈的刺激性,在消化过程中会产生大量热量和蒸汽,会给人体和环境造成不良影响。

旋转喷雾干燥法就是一种半干法工艺,其原理是将30%的石灰浆(<100目)在高速旋转(12 000 r/min)的离心喷雾机作用下雾化成极细的雾滴,在吸收塔内与烟气中SO2反应生成CaSO3CaSO4,同时雾滴被烟气显热干燥形成固体粉末,被除尘器收集。

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