陶瓷窑炉烟气处理技术

陶瓷窑炉烟气处理技术

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SOX和NOX。

（1）SOX是由煤、粘土中的硫化物杂质在800℃左右被氧化所致。

（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NOX（T－NOX）。

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NH3或HCN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350～600℃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。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、Wellman－Lord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N2、O2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OH、O、HO2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HO－H及O－O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SO2及NOX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SO2、NOX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CaSO3和CaSO4，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。