純氧助燃在玻璃爐窯中除氮脫硝作用研究

蔡海軍，鄭 偉

(河南省濟源市環(huán)境監(jiān)測站，河南濟源454650)

我國氮氧化物排放總量逐年遞增，污染形勢十分嚴峻，氮氧化物成為導(dǎo)致我國一系列大氣環(huán)境問題的重要根源?！笆濉逼陂g，為支撐主要污染物總量控制，國家環(huán)保部把氮氧化物列為污染物總量控制指標之一，氮氧化物成為廢氣監(jiān)測的必要污染物。

目前，玻璃爐窯大都采用煤氣或天然氣，用空氣配風進行燃燒，因其溫度高、熱力型氮氧化物排放濃度很高，《工業(yè)爐窯污染物排放標準》中又沒有氮氧化物執(zhí)行標準，在項目竣工驗收和監(jiān)督監(jiān)測評價中往往參照《大氣污染物綜合排放標準》，而氮氧化物標準限值較低，結(jié)果造成項目難以驗收或驗收結(jié)束就面臨限期治理的問題，給企業(yè)正常生產(chǎn)帶來諸多不便。本文借鑒純氧在冶金生產(chǎn)中的成功經(jīng)驗，討論將純氧技術(shù)應(yīng)用到玻璃爐窯行業(yè)中，以此減少空氣中氮源，從而降低氮氧化物的產(chǎn)生量，為企業(yè)提高市場競爭力尋找出路。

1 氮氧化物的性質(zhì)及危害

氮氧化物有NO2、NO、N2O3、N2O4等，用NOX表示，作為空氣污染物的氮氧化物常指NO和NO2。

NO為無色、無味的不活潑氣體，在大氣中可被緩慢氧化為NO2，液態(tài)和固態(tài)NO呈綠色，微溶于水，在稀硝酸中溶解度增大，NO與氧化劑反應(yīng)生成NO2，與還原劑反應(yīng)生成N2。NO與人血液中血紅蛋白親和力較強，可降低血液輸送氧的功能，導(dǎo)致中樞神經(jīng)受損，引起痙攣和麻痹，迅速導(dǎo)致肺部充血和水腫，甚至窒息死亡。

NO2為紅棕色窒息性嗅味氣體，大氣中含量為1 mg/m3時人就能感覺到它的存在。液態(tài)為黃色，固態(tài)為白色，嚴重刺激呼吸系統(tǒng)，使血液中的血紅蛋白消化，對人的心肝腎及造血組織有影響。NO2中毒的慢性表現(xiàn)為支氣管和肺部組織呼吸障礙、腸胃病、牙痛。能與碳氫化合物在太陽照射下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成光化學(xué)煙霧和酸雨，對人體的呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生刺激作用，使農(nóng)作物減產(chǎn)、樹木枯死、金屬損壞。

2 氮氧化物的生成途徑

人為排放的氮氧化物90%來源于各種燃料的燃燒過程，燃燒過程生成的氮氧化物有三種方式:

(1)熱力型:它是空氣中的氮氣在高溫下氧化而生成的氮氧化物。影響因素為溫度，氮氣、氧氣濃度和停留時間。

(2)燃料型:它是燃料中含有的氮化合物在燃燒過程中熱分解接著又被氧化而生成的氮氧化物。影響因素有燃料含氮量、過?？諝庀禂?shù)、燃燒溫度。

(3)快速型:燃料燃燒時產(chǎn)生的碳自由基(CHi)等撞擊燃燒空氣中N2分子而生成氰、氰化氫，然后再被氧化成NO。類似熱力型氮氧化物，但其反應(yīng)機理和熱力型氮氧化物不同。

3 氮氧化物污染及控制現(xiàn)狀

3.1 NOX污染現(xiàn)狀

2000年至2005年，我國氮氧化物排放量年增長率高達10%，2005年全國氮氧化物排放總量超過1900萬t，2008年全國氮氧化物排放總量達到2000萬t，若不采取有效的控制措施，2020年氮氧化物將達到3000萬t。

3.2 NOX控制現(xiàn)狀

固定源NOX控制:一是在燃料燃燒前用加氫脫氮方法，與加氫脫硫和脫金屬一起進行;二是改進燃燒方式降低NOX排放;三是燃燒后煙氣通過處理降低NOX的含量。目前NOX控制的主要方法是廢氣脫氮，分為干法和濕法。干法有催化還原法、電子束照射法、吸附法等。濕法應(yīng)用較廣，可用水、堿溶液、稀硝酸、濃硝酸吸收NOX。

我國對NOX處理多用氨選擇性催化還原法和堿吸收法，氨法可把NOX排放濃度降低到較低水平，但氨耗量較大，經(jīng)濟上不合理。堿吸收法制取亞硝酸鹽經(jīng)濟效益好，但NOX不能達到排放標準。

4 玻璃爐窯中氮氧化物的排污狀況

為了說明玻璃爐窯中氮氧化物的排放狀況，選取濟源市玻璃行業(yè)兩座玻璃爐窯進行比較，它們使用同一焦化廠的焦爐煤氣為燃料。企業(yè)基本情況及排污情況見表1。

表1 玻璃爐窯的基本情況及氮氧化物排放情況

由表1看出，玻璃爐窯中氮氧化物排放濃度非常高，且與溫度密切關(guān)聯(lián)，分別超出《大氣污染物綜合排放標準》(氮氧化物標準為240 mg/m3)14倍和8.5倍。從煤氣的氨含量可看出，燃料型氮氧化物貢獻非常小(濃度范圍約在30 mg/m3左右)，氮氧化物主要來自熱力型氮氧化物，熱力型氮氧化物貢獻在98%以上，且溫度越高熱力型氮氧化物貢獻也越大。

4 純氧在冶金工業(yè)中的應(yīng)用

4.1 鋼鐵冶煉中的應(yīng)用

4.1.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼

LD法煉鋼采用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼，這種煉鋼方法由于可以大幅度縮短煉鋼時間(縮短了1/7)，提高鋼產(chǎn)量，而且減少了脫氧劑錳鋁合金的消耗，而被世界各國普遍采用，我國于2000年實現(xiàn)以LD法完全取代平爐煉鋼。

4.1.2 電弧煉鋼

電爐吹氧可以加速爐料的熔化，縮短冶煉時間，提高產(chǎn)量、節(jié)電煉鋼吹氧1 m3節(jié)電5～10度，并能使雜質(zhì)氧化，提高鋼的質(zhì)量。

4.1.3 煉鐵

高爐富氧煉鐵和煤粉富氧噴吹能夠顯著的降低焦比，提高產(chǎn)量。

4.2 有色冶煉

在有色金屬冶煉過程中吹氧可以顯著地強化生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)量，降低能耗，同時增加煙氣中二氧化硫的濃度以便回收制取硫酸，并減少對大氣的污染。

5 純氧在玻璃爐窯中應(yīng)用的優(yōu)點

在玻璃爐窯尾氣排放的氮氧化物中，熱力型氮氧化物占據(jù)絕對主導(dǎo)地位，消除了熱力型氮氧化物的產(chǎn)生，基本上解決了玻璃爐窯氮氧化物脫除難的問題。從熱力型氮氧化物產(chǎn)生的影響因素看，除去玻璃爐窯熔化時空氣中的氮源也是阻止或降低熱力型氮氧化物生成的有效辦法。

在玻璃爐窯中，采用純氧代替空氣進行助燃，不需改變生產(chǎn)工藝，只需改變?nèi)紵挤绞?，即可達到降低NOX的排放濃度，從源頭上解決了NOX污染。在玻璃爐窯中純氧取代空氣助燃有以下優(yōu)點:

(1)減少氮氧化物的排放量。消除煤氣在玻璃爐窯中燃燒時的氮源，有效解決了熱力型氮氧化物的產(chǎn)生，降低了98%的氮氧化物排放濃度。

(2)節(jié)能降耗，有效使用資源。氧氣代替空氣后，一方面減少了廢氣排放時帶走的大量熱量，提高了爐溫，另一方面煤氣在氧氣助燃下燃燒更充分，減少了焦爐煤氣的用量。同時由于廢氣量的大量減少，還會降低風機的負荷，減少了用電量，起到了節(jié)能的作用。

(3)提高產(chǎn)量、增加經(jīng)濟效益。使用氧氣后，爐溫保溫效果好，升溫時間縮短了，玻璃熔化量增大了，相應(yīng)增大了玻璃拉管制品的產(chǎn)量，增加了經(jīng)濟效益。

(4)減少了末端治理環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。在我國目前脫硝技術(shù)不成熟的情況下，從生產(chǎn)環(huán)節(jié)有效阻止氮氧化物的產(chǎn)生，避免進行末端治理及其帶來的二次污染，同時有效保證了氮氧化物的穩(wěn)定達標排放。

6 結(jié)束語

在充分論證可行的情況下，用純氧替代空氣進行助燃，有效避免了在玻璃爐窯中高溫作用下熱力型氮氧化物的產(chǎn)生，減少了末端治理環(huán)節(jié)，保證了氮氧化物的穩(wěn)定達標排放，為熱力型氮氧化物的治理提供新的途徑。

［1］吳曉青.我國大氣氮氧化物污染控制現(xiàn)狀存在的問題與對策建議［J］.中國科技產(chǎn)業(yè)，2009(8):13－16.

［2］高洪武.“三廢”處理及綜合利用［M］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2005.