燃?xì)飧G爐燃燒系統(tǒng)中，當(dāng)燃?xì)夂涂諝庠诨鹧娓邷貐^(qū)相遇時(shí)，就會(huì)因氮?dú)夂脱鯕夥磻?yīng)而產(chǎn)生氮氧化物NOx(主要為NO，排放到大氣中就很快被氧化為NO2)。NOx屬有毒氣體，對(duì)人類和動(dòng)植物的危害很大，還會(huì)產(chǎn)生毒性很強(qiáng)的光化學(xué)煙霧和酸雨，同時(shí)破壞臭氧層、加劇溫室效應(yīng)。工業(yè)窯爐的NOx排放過(guò)高，是當(dāng)前環(huán)保工作中備受關(guān)注的問(wèn)題。目前，我國(guó)總體環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻，各地市、各行業(yè)都出臺(tái)了更嚴(yán)苛的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，例如:河北省2018年9月發(fā)布《京津冀及周邊地區(qū)2018—2019年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅(jiān)行動(dòng)方案》，從2018年10月1日開(kāi)始，2+26城市正式進(jìn)入秋冬季大氣污染治理攻堅(jiān)時(shí)期;鄭州市制定了“打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃”(2018—2020年)，對(duì)窯爐氮氧化物排放限值實(shí)行超低排放標(biāo)準(zhǔn)，高溫窯爐的氮氧化物排放濃度不超過(guò)100mg·m-?，低溫窯爐的不超過(guò)50mg·m-?。
燃?xì)庠谌紵^(guò)程中形成的氮氧化物主要分為溫度型(或熱力型)NOx、快速型(或瞬時(shí)型)NOx和燃料型NOx三種類型。溫度型NOx通常是由于助燃空氣中的N?與燃?xì)庖蚧旌喜痪鶆蚨诰植扛邷貐^(qū)氧化生成的，其形成主要受溫度、含氧量以及煙氣在高溫區(qū)停留時(shí)間的影響。快速型NOx是當(dāng)碳?xì)淙剂先紵胰剂蠞舛冗^(guò)大時(shí)在反應(yīng)區(qū)快速生成的，燃料揮發(fā)物中碳?xì)浠衔锔邷胤纸馍傻腃H自由基可以和空氣中的氮?dú)夥磻?yīng)生成HCN和N，再進(jìn)一步與氧氣反應(yīng)，以極快的速度生成，其形成時(shí)間只需要60ms，與溫度的關(guān)系不大。燃料型NOx主要是燃料中含氮化合物在燃燒中氧化生成的NOx，而一般燃?xì)庵泻糠浅５?，燃料型NOx可不作考慮。對(duì)于燃?xì)飧G爐來(lái)說(shuō)，通常以溫度型NOx為主，因燃燒不均勻而產(chǎn)生局部高溫區(qū)，特別是在1400℃以上高溫時(shí)，很容易形成大量溫度型氮氧化物。
目前控制NOx排放的措施主要分為兩類:一類是低氮氧燃燒技術(shù)，即通過(guò)運(yùn)行方式對(duì)改進(jìn)或?qū)θ紵^(guò)程進(jìn)行特殊控制來(lái)抑制燃燒時(shí)NOx的生成;另一類是煙氣凈化技術(shù)，也稱煙氣脫硝技術(shù)，包括物理化學(xué)吸附法(如SDG，即干法催化吸附)、催化還原法(如SCR、SNCR)，將已生成的NOx通過(guò)還原劑、催化劑后被還原成N?，從而脫除煙氣中的NOx。相較于煙氣脫硝技術(shù)，低氮氧燃燒技術(shù)只需一次性的較小投入，具有無(wú)額外運(yùn)行費(fèi)用，改造占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。
氮氧化物減排技術(shù)在火電廠、水泥廠、工業(yè)鍋爐等領(lǐng)域相對(duì)較成熟，而耐火材料燃?xì)飧G爐的氮氧化物控制與減排目前尚沒(méi)有很成熟的適宜方案。耐火材料燃?xì)飧G爐分布眾多，不論是隧道窯還是梭式窯，因?yàn)橐环矫娓魃a(chǎn)企業(yè)條件差異大，耐火材料產(chǎn)品種類、燒成溫度、燒成氣氛、自動(dòng)控制水平等各不相同;另一方面，窯爐燃燒溫度相對(duì)較高，而總煙氣排放量相對(duì)不大，煙氣成分波動(dòng)明顯，煙氣溫度隨是否開(kāi)展余熱利用也有差異。因此，對(duì)于耐火材料燃?xì)飧G爐的氮氧化物減排問(wèn)題，只有通過(guò)具體分析、對(duì)癥下藥、標(biāo)本兼治，才能做到投入小、見(jiàn)效好。
為了積極響應(yīng)我國(guó)“節(jié)能減排”基本國(guó)策和應(yīng)對(duì)“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”的具體要求，提高耐火材料生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備———高溫燃?xì)飧G爐燃燒系統(tǒng)的先進(jìn)性和自動(dòng)化控制水平，實(shí)現(xiàn)高效減排和節(jié)能降耗，本工作中通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的1m?高溫梭式窯(1800℃)和生產(chǎn)企業(yè)的耐火材料燃?xì)飧邷厮淼栏G的低氮氧燃燒技術(shù)與煙氣干法催化吸附的實(shí)驗(yàn)研究，以及對(duì)煙氣組成的實(shí)測(cè)及分析，提出了適合耐火材料燃?xì)飧G爐的氮氧化物減排解決方案。
通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)燃?xì)飧G爐的低氮氧燃燒技術(shù)與煙氣干法催化吸附實(shí)驗(yàn)研究、煙氣成分?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)測(cè)及分析，提出了適合耐火材料燃?xì)飧G爐的氮氧化物減排解決方案:
(1)耐火材料燃?xì)飧G爐氮氧化物減排技術(shù)應(yīng)立足于具體情況具體分析、對(duì)癥下藥、標(biāo)本兼治，才能投入小、見(jiàn)效好。
(2)低氮氧燃燒技術(shù)是發(fā)展方向，亟待研究應(yīng)用。低NOx全預(yù)混高速燃燒器及低氮氧燃燒、濃淡燃燒關(guān)鍵技術(shù)，可從源頭減少NOx的生成，使燃燒產(chǎn)物噴出速度在100m·s-?以上，能顯著降低高溫燃?xì)飧G爐的NOx排放濃度，實(shí)現(xiàn)過(guò)程減排(減排量>40%)，以減除投資和運(yùn)行費(fèi)用較高的煙氣脫硝負(fù)擔(dān)。
(3)對(duì)于燒成溫度在1400℃以下的窯爐，主要采用低氮氧燃燒技術(shù)，實(shí)現(xiàn)NOx源頭減排達(dá)標(biāo);對(duì)于燒成溫度在1400℃以上的窯爐，采用低氮氧燃燒技術(shù)源頭減排后，末端治理再采用無(wú)機(jī)復(fù)合固體吸附劑干法催化吸附技術(shù)(吸附效率達(dá)70%～90%)，可以在相對(duì)較低的投入條件下取得理想的減排效果，實(shí)現(xiàn)NOx超低排放要求。
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