砖瓦隧道窑烟气窑内循环促进稳定达标排放的烟气综合治理方案

静jing

砖瓦隧道窑烟气窑内循环促进稳定达标排放的烟气综合治理方案

目前，由于《砖瓦工业大气污染物排放标准》中表2限值得实施，以及环保部门对砖瓦行业的严格要求，烟尘颗粒物难以达标成为砖瓦行业中一道急需解决的难题。由于《标准》中规定的基准含氧量很低，而砖瓦隧道窑正常工作时的工况含氧量又较高，致使检测后的折算系数放大。使用一般的湿式脱硫除尘器仅作尾部烟气处理很难达到《标准》中表2的要求。因此，要想在正常工作的情况下，不影响隧道窑的产量和质量的前提下所排烟气稳定达标，必须从燃料构成、隧道窑结构、焙烧工作状态及烟气深度净化等多方面着手，才有可能达到《标准》的要求。隧道窑焙烧及干燥系统采用烟热分离，就是烟气综合治理的一个有效手段。

隧道窑排烟系统烟热分离后可减少烟气处理量，降低烟气中的氧含量，缩小折算系数等诸多好处，已经被越来越多的人认识。有一些具备烟热分离条件的厂子，在这方面也作了很多有益的探索。

在原设计的隧道窑中，有一部分隧道窑烟热系统是否分离使用是可以在阀门上调节的，但基本上考虑是以高温烟热为主。在新设计的隧道窑中，也有一部分设计人员设计了以余热为主的烟热分离式隧道窑，但出于对余热量可能不足以干燥砖坯的考虑，还都设计了与高温烟热相通的管道，可以通过调节阀门做到烟热分离，如果使用中余热不足，也可以通过调节阀门的方法来调节高温烟热的应用。

近几年来，有一些隧道窑进行了烟热分离的操作运行。有的是出于消除蓝色烟雾的目的，有的是为了烟气处理达标的目的。笔者对几个试运行的烟气分离的隧道窑作了一些初步调查。下面对其中的三座隧道窑的调查结果作一个简要的介绍，并对这些隧道窑运行的情况作一个简要的分析。同时，根据这些数据，提出两个可以解决这些问题的方案，请大家共同探讨。

1  现有烟热分离隧道窑烟热分离应用情况调查

调查对象一，陕西渭南某砖厂，窑型：一烘一烧式隧道窑，断面3.6m，产品以普通砖为主，日产量普通砖12万块。设计建造时干燥主要用烟热，辅助用余热，干燥洞为多孔分散排潮。山东某窑炉公司设计并建造。2015年进行了烟热分离改造，改造的目的是消除蓝烟污染（当时还没有实施30mg新标准）。改造后实际运行时间约半年。改造时，前方共8个哈风口，其中4个作为低温烟气孔使用，直接排入脱硫器中进行处理。接近高温段的4个哈风口作为高温烟热口。为防止干燥时热量不足，在两端分别设有调节阀门，这4个哈风通过调节阀门，可以接入烟气道送入脱硫器中，也可以在余热不足时接入余热干燥使用。窑炉建造时余热风口仅留有3个且尺寸较小。

使用效果：烟气不经过干燥洞，直接进入脱硫塔处理后，蓝烟变淡，消除视觉污染的效果较好。余热空气进入干燥洞后，因没有高温烟气进入干燥洞，原经过干燥洞分散排潮口无组织排出的蓝色烟雾消失，但干燥热量严重不足，无法保证正常生产（后采用白天用余热，晚上用烟热的办法维持到年底）。到冬季又改回到烟热与余热同时应用，把干燥洞的多个排潮孔集中一个排潮孔进行处理。烟热分离试验宣告失败。失败的原因是仅用余热，热量严重不足。

调查对象二：陕西西安某砖厂，窑型：焙烧为两条3.8m断面的隧道窑，干燥为22条1.1m宽的小隧道式干燥洞，采用二次码烧工艺。干燥洞为集中排潮，由2台18号轴流风机抽取隧道窑的余热送往干燥洞，低温烟气由2台14号轴流风机集中排放到脱硫塔中进行脱硫除尘处理。产品以多孔承重空心砖为主，日产量折合普通砖25万~30万块。窑炉由湖北某窑炉公司建造，2015年底建成，2016年初投入生产。窑型设计时即为烟热分离型且以余热干燥为主，在哈风口设置时，低温烟热送入脱硫塔处理，高温烟热在设计时留有通道和调节阀门，以备余热不足时使用。

使用效果：2015年初点火时，干燥过程仅使用余热，但热量不足以干燥砖坯，经调节阀门后，将部分高温烟热与余热混合后送入干燥洞，可维护正常生产。低温烟热送入脱硫除尘器中进行脱硫除尘处理。排烟孔和排潮孔均有淡蓝色的烟雾排出。低温烟气经过脱硫塔，在吸收液配置得当的情况下，淡蓝色的烟雾可以消除。排潮孔在仅用余热干燥砖坯时，排出的废气无色无味，后引入高温烟热后，排出的废气有较浓的硫磺气味，且伴有淡蓝色烟雾。目前已被环保局责令整改，要求把干燥洞排出的废气与低温烟气汇总并经脱硫处理排出。

调查对象三，甘肃某砖厂，窑型：两烘两烧型隧道窑。产品为各型多孔砖及空心砖，理论日产量折普通砖40万块。由正规设计院设计，湖北某窑炉公司建造，外置铁管烟道。低温烟热每条窑各由1台14号离心风机排放到脱硫除尘器中进行处理。高温烟热与余热风道由上部烟管连通且各通过1台20号离心风机集中送到干燥洞里去。每个哈风口均设有调节阀门，可对每一个抽风位置作大小调节。设计上既可单独使用余热，也可高温烟热与余热共同使用。

使用效果：刚投产时，干燥过程是高温烟热和余热混同使用的。但因环保管理较严格，为保证烟气达标排放，后采用了烟气分离的方法，2015年停用了高温烟热，仅用余热来干燥砖坯。该厂的窑炉系正规设计，在余热提取处设有较多的哈风口，取热温度达到了干燥所需的进口温度要求。其中距焙烧带最近的取风口管道外部的保温层已因温度过高而造成损坏。该厂仅用余热来干燥砖坯已使用了近2年，生产运行比较正常，焙烧温度和干燥洞的温度分布也正常。缺点是产量较低，与同等断面的隧道窑相比，其产量仅相当于同等断面隧道窑的60%~70%。今年环保局通知，这部分余热空气单独排放在《砖瓦工业大气污染物排放标准》中没有规定，所以要求必须通过管道汇集到一个排放口内。

根据以上3座隧道窑烟气分离的运行情况来分析，可以得出以下几点结论作为烟热分离隧道窑设计的参考：

a.如果不适用高温烟热，仅使用窑尾余热，其热量不足以干燥同等数量的砖坯，要提高余热空气的温度就必须在距焙烧带较近的位置提取热量。

b.要保证干燥洞内的砖坯不倒塌，必须有足够的空气量送到干燥洞内去，根据隧道窑干燥的特性，这个空气量应为焙烧所需的大约2倍，加上焙烧所需的空气量，则目前这种烟气分离后的隧道窑其总通风量应约为普通隧道窑的3倍。余热抽取用的哈风口不仅应该足够多，而且还应足够大，以保证从余热带抽出的热量充足。

c.烟热分离后，烟气中的氧含量得以下降。根据实际检测，一般可降到17.5%~18.5%，平均在18%左右，比烟气不分离的平均19.5%下降了1.5%~2%。空气过量系数从14左右降低到7左右，折算系数从平均8.23降低到平均4.11.折算系数基本下降了一半，对烟气排放达标的好处是显而易见的。

d.《砖瓦工业大气污染物排放标准》中对余热排出口所排余热空气如何界定没有具体规定。而现行其他环保标准中规定，一条生产线只能有一个排烟口。一些地区的环保部门把这个排潮口纳入排烟口管理，如果把排烟口和排气口连通，烟热分离就失去了意义，就又会发生含氧量过高的现象。

2  烟热及余热分别利用的设计方案

上述这几种烟热分离的隧道窑，焙烧烟气的热量没有被利用，而余热利用其热量又不足，那么，有没有一种方案既可利用余热，又可利用烟热的方案呢？

在烟热与余热同时实用的隧道窑内，烟热风量与余热风量所占的比例可以是基本对等的，其中，有一部分隧道窑虽然表面看起来烟热的比例大，余热的比例小，实际上是通过码坯留通风道的方法使余热从窑内码垛中预留的通风道内引过来的。

对于干燥与焙烧分体的隧道窑，可以设计建造成一种两烘一烧的隧道窑，把烟热送到一条干燥洞里，把余热送到另一条洞里，两者分别利用，各自为战，这应该是一种不错的选择，见图1。隧道窑用于干燥砖坯的烟热风量和余热风量，一般情况下各占一半，那么这种干燥洞的结构，可以解决烟热分开后的烟热利用问题。

在砖坯的干燥过程中，无论是烟气还是余热空气，介质中的含氧量与干燥过程砖坯的脱水基本没有关系。干燥过程只和烟气或余热空气的风量、温度以及湿含量有关。所以，烟气与余热分别利用，对各自的干燥效果应该没有多大影响。烟气干燥后的废气，送入脱硫塔内进行脱硫及除尘处理。而余热空气中没有二氧化硫、氮氧化物、氟化物等污染物，因为没有参与燃烧过程，余热空气中的氧含量没有消耗，应为标准的21%的氧含量。所以，即使余热空气中有一部分颗粒物污染，如果没有废气折算系数来加倍的话，也不会超过30mg/m3的限值。这样的话，烟气中因为不掺入余热空气，氧含量则不会太高，折算系数会变小，环保设备的投资会同时相对变小。而余热空气与现行的隧道窑使用量基本相同，只参与对所焙烧砖坯的一半进行干燥，对隧道窑的焙烧操作方法没有多大改变。烟热与余热分别送入各自的干燥洞之后，干燥洞内气氛的调整，风量及进风温度的调整都比较容易。这样，可以把烟气的热量用足，既降低了热量的损失，又减少了烟气的处理量。无论是窑炉设计，还是操作使用都应该没有什么难点。干燥洞的结构改为烟热及余热各自送风的方法，应该是一种简便易行的烟热处理方案。

3  烟气内循环设计方案

目前，困扰砖瓦隧道窑排烟处理的难题是所排烟气中的含氧量过高。但如果我们换一个角度去考虑，既然烟气的含氧量这么高，那么这个烟气能不能作为帮助燃烧的氧气再送回到隧道窑里边去呢？烟气内循环的设计方案，就是根据这一设想提出的。

对于烘烧连体的直通式隧道窑，采用上面所述的一烘两烧，烟气及余热空气分别利用及处理的方案还存在一定的问题。

从目前的隧道窑烟气检测结果来看，正常工作的隧道窑，所排烟气的含氧量在19%~20%之间，所排烟气的温度在80℃左右。再看一下电厂锅炉和热力公司的取暖锅炉，电厂的烟气污染物排放标准中规定的基准含氧量是6%，正常排烟时的烟气含氧量在5%~8%之间，几乎没有什么折算放大系数。如果烟气中氧含量过高，电厂锅炉的热效率会下降。锅炉污染物的排放标准规定的基准含氧量为9%，实际运行时排放烟气的含氧量大约在8%~10%之间。

所以，隧道窑排出的平均含氧量为19.5%的烟气，完全有理由认为它可以作为燃烧所需用的空气再返回到隧道窑的焙烧带中。假如有三分之一被二次消耗，再排出烟气的含氧量仍保持在18%左右，完全可作为助燃空气再次送入到隧道窑中。

一部分烟气返回到隧道窑以后，与窑尾进入的干净空气混合，经过再次燃烧，一部分烟气再次返回，另一部分随烟气排出，如此反复可以达到一个新的平衡，见图2。返回的烟气中含有一定量的水分，少量的水分返回到焙烧带高温分解后，还会起到较好的助燃作用。内循环的风机可以安装变频调速器，以控热风量和内循环烟气量的大小，以达到最佳平衡点。因为一部分烟气返回到隧道窑中，实际所排的烟气量会下降，实际所排的烟气中含氧量也会降低，从而减少脱硫除尘器的烟气处理量，降低折算系数，有利于烟气达标排放。

这样做可能会有几点好处；①所返回的烟气还有一部分热量，这部分热量不必放空浪费，而是返回到窑里去再次加热，然后再去用来干燥砖坯或参与焙烧，有利于提高热效率；②一部分烟气返回到窑里，可以减少排出的烟气，减少脱硫除尘烟气的处理量；③这部分烟气再次参与燃烧后，含氧量会进一步降低，有利于缩小折算系数，使达标更容易些；④对于在一次燃烧后没有燃尽的成分，二次进入焙烧带进行焙烧后，可以燃烧的更充分，有利于减少污染物的排出。

4  可全面稳定达标排放的烟气综合治理方案

笔者按照这个思路，针对难以做到的烟气分离的直通式隧道窑，设计了一种综合处理的烟气净化方案见图3，以求这种隧道窑所排烟气能够在隧道窑正常工作的情况下，稳定达标排放。

这个方案主要从以下三个方面着手：

a.在隧道窑两侧修建回风烟道，采用内循环的方式，把一部分含氧量仍较高的烟气送回到隧道窑内去进行二次利用。这样可以减少实际排烟量，降低实际排放烟气的含氧量。目标为实际所排烟气量减少1/3~1/2,实际所排烟气的正常工况含氧量降到19%以下，也就是说把过量空气的折算系数控制到6以下。

b.采用3F组合式脱硫除尘器作为主塔，由喷淋脱硫除尘系统和高效径向水雾分离系统组成的高效脱硫除尘系统，为常规脱硫除尘塔的改进型。这一级的目标是使烟气脱硫达标并加强除尘效率，达到烟尘颗粒物的工况含量10mg/m3~15mg/m3de 水平。

c.采用湿式高压等离子静电除尘器作深度净化处理。目标是使隧道窑正常工作时所排烟气的烟尘颗粒物达到5mg/m3以下，同时可以消除部分蓝色或灰白色的烟雾，减少所排烟气的混浊度。

采用这3种手段后，因采用了烟气部分内循环，减少了实际的排烟量，也就减少了3F组合除尘器和湿式高压等离子静电除尘器的设备投资及运行消耗。同时降低了烟气中的氧含量，减少了过量空气折算系数，为稳定达标提供了一种新的方式。

如果烟气内循环大目标实现，假设烟气量减少1/3，那么，脱硫塔的投资及使用费用就可以降低1/3。同时，由于烟气量的减少，烟气中的氧含量会下降到19%以下，空气过量系数下降，折算系数有可能从8~10下降到5~6。对处理最为困难的烟尘颗粒物工况含量的要求也会下降1/3。这样就可以降低对造价昂贵的湿式高压等离子静电除尘器的要求。以上两个1/3的组合，可使烟气净化处理系统的投资与不采用内循环的隧道窑相比减少一半以上。

5  方案的实践效果

2017年初，这种烟气内循环方案在甘肃省兰州市某砖厂的直通式隧道窑上投入实施，经过3个月的试运行，各项指标均达到了预期的目的。因采用了烟气循环方案，其环保设备的总投资与不采用内循环相比，降低了约30%。

从检测结果看：在隧道窑正常工作，不影响产量和质量的前提下检测，烟尘颗粒物的工况含量降到3mg/m3~5mg/m3，氧含量可降到18%，稳定在18.5%以下，空气过量系数为8.5左右，折算系数在4~5之间。折算后的颗粒物含量保持在15mg/m3~23mg/m3之间，二氧化硫与氮氧化物都稳定控制在限值之内（氟化物未检测）。完全达到了《标准》中表2规定的限值。

从直观效果看：①烟气量明显减少，因为一部分烟气（大约1/3），内循环回绕了；②烟气除了排烟口后，经处理过的烟气出口后有约1m~2m的透明段，说明排出的烟气中影响混浊度的气溶胶颗粒物已经很少，排出的湿热烟气与空气接触后才凝结成雾的，而未处理的烟气从烟囱口排出没有透明段；③中午气温高的时候，所排出的烟气肉眼基本看不到了。

图4为2016年4月，对该厂所排烟气仅使用麻石脱硫塔进行处理后所拍的照片。从麻石塔内排出的烟雾是灰白色的，而且很难消散。

图5为2017年4月早上拍的照片，所排烟气为纯白色的水雾，冷凝成为雾珠，很快就飘散了。而且可以明显看到，在烟囱的出口处，约有1m~2m的透明段，为湿热烟气尚未冷凝时的状态。

图6为同日中午时拍摄的照片，因环境气温升高，湿烟气不再冷凝成雾，成为基本无色的烟气，在隧道窑正常焙烧时，基本看不到烟气的存在。

内容来源：网络