用改性SNCR低溫脫硝與半干法脫硫除塵綜合技術治理陶瓷窯爐尾氣

吳榮標　潘俏君　張瑞琪

摘 要：近年來，工業(yè)發(fā)展的不斷壯大，但人居生活環(huán)境的不斷惡化，“節(jié)能減排”成為了工業(yè)領域中的焦點話題，陶瓷行業(yè)又一直被認為是“三高”行業(yè)，政府也多次出臺政策要求陶瓷行業(yè)進行整改，實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級。節(jié)能減排成為了陶瓷行業(yè)的重要一環(huán)。本文主要闡述陶瓷工業(yè)窯爐的煙氣特性，提出采用改性SNCR低溫脫硝與半干法脫硫除塵綜合技術治理陶瓷窯爐尾氣。簡單地分析了該技術的性能及結(jié)構(gòu)特點。

關鍵詞：半干法；窯爐脫硫脫硝；陶瓷；改性SNCR低溫脫硝

1 前言

隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國陶瓷工業(yè)也得到了迅猛發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計陶瓷墻地磚生產(chǎn)量由1991年的2.72億m2猛增至2012年約90億m2，產(chǎn)量居世界第一，約占世界的2/3，形勢一片大好[1]。但其帶來的負面影響--窯爐煙氣污染也越來越突出。我國大氣中90%的SOX、85%的CO2、80%的ROX（粉塵）和50%的NOX污染均來自陶瓷窯爐、蒸汽鍋爐以及其他各種工業(yè)窯爐[2]。據(jù)資料統(tǒng)計，目前僅在日用陶瓷、建筑陶瓷生產(chǎn)領域中就有3 000余座窯爐，達到窯爐總數(shù)的70%，因此處理陶瓷窯爐煙氣污染就成為了目前應該研究的方向。

目前的行業(yè)中大部分均采用濕式脫硫除塵塔系統(tǒng)，這樣的結(jié)果是SO2的排放濃度雖然達標，但粉塵排放濃度很難到新的陶瓷工業(yè)排放標準（《陶瓷工業(yè)污染物排放標準》（GB25464-2010）），而且采用濕法煙氣脫硫，將產(chǎn)生大量的脫硫廢水，而且污水處理系統(tǒng)所需的占地面積進一步擴大；廢水量的增加，占前的行業(yè)中大部分均采用濕式脫硫除塵塔系統(tǒng)，地面積的進一步需求，使得產(chǎn)品生產(chǎn)過程中需要的能耗也進一步擴大[3]。近年來市場上出現(xiàn)了一種適合陶瓷工業(yè)窯爐廢氣處理的脫硫除塵技術--噴霧半干法煙氣除塵技術。該技術在國內(nèi)脫硫市場上已有商業(yè)運用業(yè)績，除塵脫硫效果也不亞于濕法脫硫。

在我國煙氣污染控制主要集中在除塵和SO2的控制上，隨著環(huán)境污染的加重以及空氣質(zhì)量要求的提高，NOx的治理己被提上日程。目前我國， 對工業(yè)窯爐NOx 廢氣的排放也做出了嚴格的規(guī)定， 按《大氣污染物綜合排放標準》GB25464-2010執(zhí)行。目前SCR脫硝工藝合適的煙氣溫度是300～420℃，投資及運行費用高，占地面積大，不適合于用地緊張的陶瓷企業(yè)窯爐煙氣脫硝。

本文將結(jié)合陶瓷工業(yè)窯爐煙氣的特點，從實際應用角度分析和討論，提出利用改性SNCR低溫脫硝與半干法脫硫除塵綜合技術治理陶瓷窯爐尾氣。

2 改性SNCR低溫脫硝與半干法脫硫除塵綜合技術工藝簡介

改性SNCR低溫脫硝與半干法脫硫除塵綜合技術是在充分利用現(xiàn)有裝置的基礎上，增設相應裝置，實現(xiàn)同時脫硫脫硝除塵。系統(tǒng)中巧妙地設置了脫硝機裝置，增加部分管道，系統(tǒng)運行溫度為300～450℃，保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、連續(xù)地運行。

工藝流程如圖1所示，在燒成窯與干燥窯之間的風管管道段安裝脫硝裝置，采用改性SNCR技術進行低溫脫硝處理，同時會吸收部分的SO2，處理后的煙氣進入到半干法的脫硫裝置，煙氣中的SO2與堿性溶液經(jīng)充分反應形成脫硫霧滴，高溫蒸發(fā)后煙氣降溫脫硫，隨煙氣進入在線行噴吹布袋除塵器，通過除塵器將煙氣中的粉塵和脫硫副產(chǎn)物捕集凈化，然后經(jīng)由風機、煙囪達標排放。

3 改性SNCR低溫脫硝技術系統(tǒng)

3.1改性SNCR低溫系統(tǒng)工藝流程

改性SNCR低溫系統(tǒng)其實是在SNCR的基礎上加以改進的一項技術，其基本原理與SNCR一樣，在一定溫度范圍內(nèi)（300～450℃），利用干復藥還原 NOx。其主要反應為：

NOx+干復藥+O2→N2+H2O

（備注：干復藥為我司自主研發(fā)專用于低溫脫硝的藥劑，不含尿素，無氨逃逸，安全穩(wěn)定）

與SNCR不同的是改性SNCR 低溫系統(tǒng)將細小的改性藥劑溶液霧滴噴入特定管道區(qū)域中并使其均勻分布。改性SNCR 低溫系統(tǒng)是一個煙氣管道內(nèi)的脫硝反應，改性藥劑溶液霧滴在管道相應溫度窗口區(qū)域的精細分布程度是該系統(tǒng)性能的重要影響因素。該系統(tǒng)儲存適合濃度的改性藥劑溶液并將它循環(huán)輸送到管道側(cè)，然后利用該企業(yè)提供的壓縮空氣將改性藥劑溶液進一步稀釋到預設的濃度，并通過計量模塊精確計量脫硝反應所需的改性藥劑溶液被輸送到噴槍。噴槍利用機械霧化和攜帶風將所需的改性藥劑溶液噴入特定管道區(qū)域中。在系統(tǒng)優(yōu)化和調(diào)試期間，每支槍的霧化性能和流速等還要根據(jù)管道內(nèi)的實際運行負荷和 NOx 濃度進行進一步的調(diào)整以更好的滿足系統(tǒng)要求。脫硝機可與在線監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)，根據(jù)其反饋的數(shù)據(jù)（例如：處理后濃度、NH3 逃逸濃度等）自動對噴藥量、藥液濃度等參數(shù)實施準確調(diào)節(jié)，以求平衡地達標排放和節(jié)省運行費用。

改性SNCR 系統(tǒng)主要由藥劑儲存箱、藥劑輸送調(diào)節(jié)系統(tǒng)、藥劑反饋傳感器組件、觸摸式控制屏、自動調(diào)節(jié)式藥劑噴槍組件等組成。裝置圖如圖2所示。

3.2技術工藝特點

與其同類技術工藝相比，本系統(tǒng)具有如下特點：

（1） 使用改性藥劑作為還原劑，無毒、無害、不含尿素、不會產(chǎn)生氨逃逸；

（2） 不需要儲存、處理帶壓和危險的無水氨或氨水相應的安全設備；

（3） 使用液態(tài)而不是氣態(tài)反應劑，可以更有效地控制反應劑噴射模式和反應劑分布，保證與煙氣良好的混合，在合適的溫度下，使藥劑得到更充分的利用，有效提高還原劑利用率。

（4） 還原反應劑滲透能力強，液滴尺寸合理，分布均勻，與煙氣中的 NOx 混合良好；

（5）每一工程的改性藥劑噴射系統(tǒng)進行專門量身定做，有墻式噴射器，帶伸縮的墻式噴射器以及多噴嘴槍式噴射器，在短的改性藥劑噴槍不能覆蓋的區(qū)域，多噴嘴槍式噴射器能保證所噴射的改性藥劑溶液良好的覆蓋。

4 半干法脫硫除塵工藝

陶瓷工業(yè)窯爐煙氣一般具有以下特性，由于生產(chǎn)中燒成窯的尾氣含有較高溫度，為了利用余熱，一般將燒成窯廢氣轉(zhuǎn)入前段工藝--干燥窯中，由此造成廢氣排煙溫度相對較低，而由于陶瓷制噴干粉過程中粉塵從液滴吸收熱量的過程中吸塵了煙氣中的SO2，在窯爐烘干燒成過程中有一部分釋放出來，再在燒成過程中燃料燃燒產(chǎn)生的SO2，窯爐廢氣中SO2濃度較高，而干燥窯干燥過程中產(chǎn)生的濕氣也隨著廢氣排放，使得了陶瓷工業(yè)窯爐產(chǎn)生的廢氣具有低溫，高濕，高濃度的特性[2]。

本文介紹的窯爐煙氣“半干法脫硫及除塵技術”中處理系統(tǒng)主要由兩個工藝過程組成：“干法脫硫”+“布袋除塵”，以及與之配套的風機管路系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。它的基本工藝原理是：將一定量的堿性溶液噴入降溫脫硫塔內(nèi)；脫硫霧滴高溫蒸發(fā)后形成煙氣降溫脫硫，隨煙氣進入除塵器，通過除塵器將煙氣中的粉塵和脫硫副產(chǎn)物捕集凈化，然后經(jīng)由風機、煙囪達標排放。具體工藝流程見圖見圖3。

4.1降溫脫硫系統(tǒng)

4.1.1系統(tǒng)組成及流程

降溫脫硫系統(tǒng)采用的是“噴霧干燥降溫脫硫技術”，系統(tǒng)主要由降溫脫硫塔、降溫脫硫水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等組成，其系統(tǒng)流程如圖4所示。

4.1.2系統(tǒng)配置及結(jié)構(gòu)

（1） 降溫脫硫塔

本系統(tǒng)采用降溫脫硫塔作為降溫脫硫設備，它由筒體、灰斗、噴咀、導流板、水管、氣管等組成。

煙氣進入降溫脫硫塔后，在導流板的作用下均勻地向上流動。噴咀采用氣水雙流噴咀，可以將溶液霧化成50μm的液滴，液滴與高溫煙氣接觸時，可以把煙氣當中的熱量帶走降低煙氣溫度，同時溶液當中的堿與煙氣當中SO2反應，吸收中和了煙氣當中的SO2，使其SO2含量達到國家的相關排放標準。當液滴完全蒸發(fā)后，煙氣再進入除塵器。

煙氣中的粉塵部分在重力作用下落入灰斗中，經(jīng)布袋捕集后，在振動器的作用下，經(jīng)卸灰閥排出。

（2） 降溫脫硫溶液制備

根據(jù)系統(tǒng)降溫脫硫的要求，通過泵與流量調(diào)節(jié)閥精確配制降溫脫硫溶液的濃度，降溫脫硫溶液在不銹鋼多級離心泵的加壓下，經(jīng)氣水雙流噴咀以極微小的霧滴噴入降溫脫硫塔內(nèi)。

4.3系統(tǒng)特點

（1） 結(jié)構(gòu)形式獨特，降溫脫硫效率高，滿足系統(tǒng)要求

根據(jù)煙氣治理經(jīng)驗，設計出的降溫塔結(jié)合了多種降溫脫硫系統(tǒng)的優(yōu)點。通過傳感器及自動控制系統(tǒng)，有效地控制相關降溫脫硫操作準確性，可以使得煙氣穩(wěn)定地保持一定的溫度濕度。

（2） 占地面積小

降溫脫硫塔為立式結(jié)構(gòu)，占地面積很小，另外溶液罐、泵的占地面積也很小。

（3）工藝簡單、節(jié)省投資

根據(jù)高溫煙氣的實際溫度，系統(tǒng)自動調(diào)整流量，就可方便調(diào)溫度，不僅滿足系統(tǒng)要求，而且節(jié)約運行費用。且降溫塔運行對陶瓷熔爐的爐壓沒有影響。

（4）系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、維護簡單

整個系統(tǒng)活動部件少，降溫脫硫溶液采用潔凈自來水，系統(tǒng)不存在堵塞問題。

經(jīng)脫硫塔后的煙氣進入布袋除塵器，合理并穩(wěn)定解決粉塵、脫硫反應物等易造成煙氣粉塵超標的問題。

降溫脫硫塔上所有設備檢修都不需要進入降溫塔內(nèi)部，檢修設備完全可以不影響陶瓷熔爐的運行，其在線與否不影響陶瓷熔爐的壓力。

所以系統(tǒng)維護很簡單，系統(tǒng)故障率低、設備使用壽命長，節(jié)省大量的人力和財力。

（5） 塔產(chǎn)物易于處理、無廢水產(chǎn)生

向降溫脫硫塔內(nèi)噴射的溶液在降溫脫硫塔內(nèi)直接蒸發(fā)，部分粉塵直接落入降溫脫硫塔灰斗中，另一部分進入下一個工藝流程，由除塵器將其捕集，所有副產(chǎn)物均是干態(tài)物質(zhì)，性質(zhì)穩(wěn)定，無毒無害。粉塵可以直接廢棄。處理方便，不生產(chǎn)廢水、廢氣等二次污染。

相對其它降溫脫硫方法，該半干法降溫脫硫工藝節(jié)省了大量人力、投資、維護、降溫產(chǎn)物處理等成本，所以本降溫脫硫技術綜合優(yōu)勢還是比較明顯。

總而言之，半干法工藝的優(yōu)點是：沒有水處理系統(tǒng)、沒有白煙生成、運行成本低、維護方便、對質(zhì)量產(chǎn)量無影響、可以全天候達標排放等等。

4.4除塵系統(tǒng)

針對窯爐煙氣特性，半干法除塵系統(tǒng)的除塵器選用布袋除塵器，目前市面上使用得比較多的布袋除塵器主要有脈沖行噴吹布袋除塵器與箱式布袋除塵器，表1是兩種布袋除塵器的分析比較。

以上比較可以看出，脈沖行噴吹布袋除塵器更適用于窯爐的煙氣除塵。

4.4.1除塵——在線脈沖行噴吹布袋除塵器

在線脈沖行噴吹布袋除塵器的氣體凈化方式為外濾式。除塵器由上箱體、中箱體、灰斗、濾袋組件、噴吹裝置、卸灰閥、脈沖閥及檢測、控制系統(tǒng)等組成。濾袋通過袋籠固定在花孔板上。每排濾袋上部都裝有一根噴射管，噴射管上有小噴孔，并與每條除塵濾袋中心相對應。噴射管前裝有與空氣壓縮機相連的脈沖閥，電磁脈沖閥與氣缸相連接?？刂破鞫ㄆ诎l(fā)出短程的脈沖信號，通過控制閥有序地控制各脈沖閥開啟。

工作時，含塵廢氣由進風口經(jīng)中箱體下部進入各單元灰斗，大顆粒粉塵由于慣性碰撞、自然沉降等作用直接落入灰斗、其余粉塵隨氣流進入中箱體過濾區(qū)，粉塵積附在濾袋外表面，過濾后的潔凈氣體透過濾袋經(jīng)上箱體、排風管排出，從而達到除塵的目的。

隨著過濾工況的進行，濾袋外表面所附積的粉塵不斷增加，從而導致除塵器本身的阻力也逐漸升高，濾袋表面附積的粉塵達到一定量時，清灰控制裝置發(fā)出清灰信號，通過控制閥有序地控制各脈沖閥開啟。當脈沖閥開啟時，與脈沖閥相連的噴射管與氣缸相通，高壓空氣從噴射孔中以極高的速度噴出。高壓氣流進入濾袋內(nèi)，使濾袋劇烈膨脹，引起沖擊振動。同時在瞬間內(nèi)，產(chǎn)生由內(nèi)向外的逆向氣流，使粘在濾袋外表面及吸入濾袋內(nèi)部的粉塵吹掃下來。吹掃下來的粉塵落入集灰斗內(nèi)，最后經(jīng)卸料器排出。各排濾袋依次輪流清灰，待一周期后，又重新開始輪流。

4.4.2脈沖行噴吹布袋除塵設備的設計特點

其技術特點：

（1） 濾料作了技術改進，令透氣量更高，阻力少，更加節(jié)能。

（2） 防腐材料更新?lián)Q代，避免了長時間使用后會產(chǎn)生的離殼現(xiàn)象，提高了使用壽命。

（3） 除塵器的噴吹清灰電磁閥，由以前的直角式電磁閥改用性能更優(yōu)良的淹沒式脈沖電磙閥，雖然淹沒閥相比直角式成本更高，但淹沒閥的瞬間通氣量更大（可使得清灰更干凈，間隔時間更長），阻力小，提高了負荷帶動量，擴大了氣源壓力的使用范圍，可以適應氣源壓力較低的場合使用（最低可到3.5kg/cm2的壓縮空氣壓力）。

（4） 本除塵器，其控制系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化后，不再采用機械式的控制原件進行控制，改為采用PLC的控制方式，同時配套一個觸摸控制屏，實時顯示各種設備的工作狀態(tài)及工作參數(shù)。同時，各閥門用于檢測狀態(tài)的開關由原來的機械式行程開并，改為感應式電子開關，可有效地減少由行程開并失靈而引起的事故。

5 系統(tǒng)總的運行成本分析

5.1脫硝系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用的是改性SNCR低溫脫硝技術，表2、表3是在窯爐煙氣治理方面，改性SNCR低溫技術與SNCR技術的對比表

表4是某一陶瓷廠使用改性SNCR低溫脫硝系統(tǒng)處理窯爐尾氣的運行費用表，該陶瓷廠使用的燃料為天然氣。

5.2半干法脫硫除塵系統(tǒng)運行費用表

表5是某一陶瓷廠半干法脫硫除塵系統(tǒng)處理窯爐尾氣的運行費用表，該陶瓷廠使用的燃料為天然氣。

注：（1） 以上半干法脫硫系統(tǒng)運行成本表中是以最大電費用量計算，暫不考慮使用變頻器時節(jié)省的電量。

（2） 本運行費用當中重點分析的是脫硫的藥劑使用費用；其中未含人工費等費用，其需根據(jù)各個企業(yè)的實際情況而定。

6 結(jié)論

在我國，煙氣的除塵、脫硫都有了比較成熟的技術，而脫硝技術的研究則處于研究試驗階段。從發(fā)展趨勢來看如果不對NOX采取足夠的重視NOX完全有可能取代SO2成為大氣污染的主要物質(zhì)。隨著人們對環(huán)境的更加重視，以及科學發(fā)展觀和構(gòu)建社會主義和諧社會的要求，以后的煙氣處理應該是脫硫、脫硝和除塵一體化的。改性SNCR低溫脫硝與半干法脫硫除塵技術的結(jié)合很好地順應這一潮流，而且該系統(tǒng)能夠很好地提高窯爐煙氣的處理率，解決窯爐生產(chǎn)過程中能耗巨大，成本高的缺點，也能夠推動陶瓷行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

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