蔡海军，郑 伟

(河南省济源市环境监测站，河南济源454650)

我国氮氧化物排放总量逐年递增，污染形势十分严峻，氮氧化物成为导致我国一系列大气环境问题的重要根源。“十二五”期间，为支撑主要污染物总量控制，国家环保部把氮氧化物列为污染物总量控制指标之一，氮氧化物成为废气监测的必要污染物。

目前，玻璃炉窑大都采用煤气或天然气，用空气配风进行燃烧，因其温度高、热力型氮氧化物排放浓度很高，《工业炉窑污染物排放标准》中又没有氮氧化物执行标准，在项目竣工验收和监督监测评价中往往参照《大气污染物综合排放标准》，而氮氧化物标准限值较低，结果造成项目难以验收或验收结束就面临限期治理的问题，给企业正常生产带来诸多不便。本文借鉴纯氧在冶金生产中的成功经验，讨论将纯氧技术应用到玻璃炉窑行业中，以此减少空气中氮源，从而降低氮氧化物的产生量，为企业提高市场竞争力寻找出路。

1 氮氧化物的性质及危害

氮氧化物有NO2、NO、N2O3、N2O4等，用NOX表示，作为空气污染物的氮氧化物常指NO和NO2。

NO为无色、无味的不活泼气体，在大气中可被缓慢氧化为NO2，液态和固态NO呈绿色，微溶于水，在稀硝酸中溶解度增大，NO与氧化剂反应生成NO2，与还原剂反应生成N2。NO与人血液中血红蛋白亲和力较强，可降低血液输送氧的功能，导致中枢神经受损，引起痉挛和麻痹，迅速导致肺部充血和水肿，甚至窒息死亡。

NO2为红棕色窒息性嗅味气体，大气中含量为1 mg/m3时人就能感觉到它的存在。液态为黄色，固态为白色，严重刺激呼吸系统，使血液中的血红蛋白消化，对人的心肝肾及造血组织有影响。NO2中毒的慢性表现为支气管和肺部组织呼吸障碍、肠胃病、牙痛。能与碳氢化合物在太阳照射下发生光化学反应，生成光化学烟雾和酸雨，对人体的呼吸系统产生刺激作用，使农作物减产、树木枯死、金属损坏。

2 氮氧化物的生成途径

人为排放的氮氧化物90%来源于各种燃料的燃烧过程，燃烧过程生成的氮氧化物有三种方式:

(1)热力型:它是空气中的氮气在高温下氧化而生成的氮氧化物。影响因素为温度，氮气、氧气浓度和停留时间。

(2)燃料型:它是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解接着又被氧化而生成的氮氧化物。影响因素有燃料含氮量、过剩空气系数、燃烧温度。

(3)快速型:燃料燃烧时产生的碳自由基(CHi)等撞击燃烧空气中N2分子而生成氰、氰化氢，然后再被氧化成NO。类似热力型氮氧化物，但其反应机理和热力型氮氧化物不同。

3 氮氧化物污染及控制现状

3.1 NOX污染现状

2000年至2005年，我国氮氧化物排放量年增长率高达10%，2005年全国氮氧化物排放总量超过1900万t，2008年全国氮氧化物排放总量达到2000万t，若不采取有效的控制措施，2020年氮氧化物将达到3000万t。

3.2 NOX控制现状

固定源NOX控制:一是在燃料燃烧前用加氢脱氮方法，与加氢脱硫和脱金属一起进行;二是改进燃烧方式降低NOX排放;三是燃烧后烟气通过处理降低NOX的含量。目前NOX控制的主要方法是废气脱氮，分为干法和湿法。干法有催化还原法、电子束照射法、吸附法等。湿法应用较广，可用水、碱溶液、稀硝酸、浓硝酸吸收NOX。

我国对NOX处理多用氨选择性催化还原法和碱吸收法，氨法可把NOX排放浓度降低到较低水平，但氨耗量较大，经济上不合理。碱吸收法制取亚硝酸盐经济效益好，但NOX不能达到排放标准。

4 玻璃炉窑中氮氧化物的排污状况

为了说明玻璃炉窑中氮氧化物的排放状况，选取济源市玻璃行业两座玻璃炉窑进行比较，它们使用同一焦化厂的焦炉煤气为燃料。企业基本情况及排污情况见表1。

表1 玻璃炉窑的基本情况及氮氧化物排放情况

由表1看出，玻璃炉窑中氮氧化物排放浓度非常高，且与温度密切关联，分别超出《大气污染物综合排放标准》(氮氧化物标准为240 mg/m3)14倍和8.5倍。从煤气的氨含量可看出，燃料型氮氧化物贡献非常小(浓度范围约在30 mg/m3左右)，氮氧化物主要来自热力型氮氧化物，热力型氮氧化物贡献在98%以上，且温度越高热力型氮氧化物贡献也越大。

4 纯氧在冶金工业中的应用

4.1 钢铁冶炼中的应用

4.1.1 转炉炼钢

LD法炼钢采用氧气顶吹转炉炼钢，这种炼钢方法由于可以大幅度缩短炼钢时间(缩短了1/7)，提高钢产量，而且减少了脱氧剂锰铝合金的消耗，而被世界各国普遍采用，我国于2000年实现以LD法完全取代平炉炼钢。

4.1.2 电弧炼钢

电炉吹氧可以加速炉料的熔化，缩短冶炼时间，提高产量、节电炼钢吹氧1 m3节电5～10度，并能使杂质氧化，提高钢的质量。

4.1.3 炼铁

高炉富氧炼铁和煤粉富氧喷吹能够显著的降低焦比，提高产量。

4.2 有色冶炼

在有色金属冶炼过程中吹氧可以显著地强化生产过程，提高产量，降低能耗，同时增加烟气中二氧化硫的浓度以便回收制取硫酸，并减少对大气的污染。

5 纯氧在玻璃炉窑中应用的优点

在玻璃炉窑尾气排放的氮氧化物中，热力型氮氧化物占据绝对主导地位，消除了热力型氮氧化物的产生，基本上解决了玻璃炉窑氮氧化物脱除难的问题。从热力型氮氧化物产生的影响因素看，除去玻璃炉窑熔化时空气中的氮源也是阻止或降低热力型氮氧化物生成的有效办法。

在玻璃炉窑中，采用纯氧代替空气进行助燃，不需改变生产工艺，只需改变燃烧助燃方式，即可达到降低NOX的排放浓度，从源头上解决了NOX污染。在玻璃炉窑中纯氧取代空气助燃有以下优点:

(1)减少氮氧化物的排放量。消除煤气在玻璃炉窑中燃烧时的氮源，有效解决了热力型氮氧化物的产生，降低了98%的氮氧化物排放浓度。

(2)节能降耗，有效使用资源。氧气代替空气后，一方面减少了废气排放时带走的大量热量，提高了炉温，另一方面煤气在氧气助燃下燃烧更充分，减少了焦炉煤气的用量。同时由于废气量的大量减少，还会降低风机的负荷，减少了用电量，起到了节能的作用。

(3)提高产量、增加经济效益。使用氧气后，炉温保温效果好，升温时间缩短了，玻璃熔化量增大了，相应增大了玻璃拉管制品的产量，增加了经济效益。

(4)减少了末端治理环节，实现了清洁生产。在我国目前脱硝技术不成熟的情况下，从生产环节有效阻止氮氧化物的产生，避免进行末端治理及其带来的二次污染，同时有效保证了氮氧化物的稳定达标排放。

6 结束语

在充分论证可行的情况下，用纯氧替代空气进行助燃，有效避免了在玻璃炉窑中高温作用下热力型氮氧化物的产生，减少了末端治理环节，保证了氮氧化物的稳定达标排放，为热力型氮氧化物的治理提供新的途径。

［1］吴晓青.我国大气氮氧化物污染控制现状存在的问题与对策建议［J］.中国科技产业，2009(8):13－16.

［2］高洪武.“三废”处理及综合利用［M］.北京:中国环境科学出版社，2005.