多污染物一體化脫除技術(shù)在平板玻璃行業(yè)的應(yīng)用

何宇翔，王東歌，張志剛，王 彬，李 繼，劉 智

(中建材環(huán)保研究院(江蘇)有限公司，鹽城 224051)

我國(guó)“十一五”時(shí)期把SO2列為國(guó)家總量控制減排指標(biāo)，“十二五”時(shí)期又把NOX列入減排指標(biāo)，相較于火電行業(yè)先脫硫后脫硝的發(fā)展歷程，平板玻璃煙氣治理經(jīng)歷了先脫硝后脫硫的發(fā)展歷程[1,2]，目前加裝脫硝設(shè)備的平板玻璃生產(chǎn)線已很普遍，加裝脫硫設(shè)備已越來(lái)越多[3]?！镀桨宀ＡЧI(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 26453—2011)自 2011年10月1日頒布施行，但鑒于政策執(zhí)行力度，玻璃行業(yè)的特殊性，整個(gè)行業(yè)在前期并沒有全面推廣。隨著灰霾治理的深入，超低排放在火電行業(yè)的順利開展及玻璃行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要等因素，2017年6月13日環(huán)保部發(fā)布了《關(guān)于征求<鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)>等20項(xiàng)國(guó)家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)修改單(征求意見稿)意見的函》(環(huán)辦大氣函[2017]924號(hào))，其中對(duì)平板玻璃等行業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)增加了特別排放限值，主要污染物顆粒物由50 mg/m3收緊到20 mg/m3,SO2由400 mg/m3收緊到100 mg/m3，NOX收緊到400 mg/m3，自2018年6月1日起，京津冀“2+26”城市平板玻璃行業(yè)大氣污染物排放執(zhí)行此特別排放限值[4]。

鑒于火電行業(yè)煙氣治理思路從前期的單項(xiàng)治理到強(qiáng)調(diào)協(xié)同治理、一體化治理的轉(zhuǎn)變，平板玻璃窯爐煙氣量較小，存在煙氣成分復(fù)雜、粘性高等特點(diǎn)，因此多污染物一體化脫除技術(shù)的研究與應(yīng)用顯得尤為必要。所謂多污染物一體化脫除技術(shù)，是指在同一煙溫區(qū)間、利用同一套技術(shù)裝置或系統(tǒng)將煙氣中的多種污染物同時(shí)脫除的技術(shù)[5]。目前，活性炭/活性焦吸附/再生技術(shù)多污染物一體化脫除技術(shù)，已在貴州甕福集團(tuán)、太鋼煉鐵廠、江西銅業(yè)等得到初步應(yīng)用[5,6]；炭基催化劑一體化脫除技術(shù)，已應(yīng)用于山鋼日照鋼鐵2×500 m2燒結(jié)機(jī)和150萬(wàn)t/年球團(tuán)生產(chǎn)線煙氣治理裝置[7]。借鑒外行業(yè)煙氣治理經(jīng)驗(yàn)，基于平板玻璃窯爐煙氣特性，以技術(shù)性可靠、經(jīng)濟(jì)性合理為原則，該文給出一種以觸媒陶瓷濾管為核心的多污染物一體化脫除技術(shù)，為平板玻璃煙氣治理提供新的思路。

1 平板玻璃煙氣特性

1.1 高溫

平板玻璃窯爐出口煙氣溫度高，在450～500 ℃之間，進(jìn)入余熱鍋爐發(fā)電利用后排出煙氣溫度降至180 ℃左右[8]，余熱發(fā)電鍋爐是玻璃廠的標(biāo)準(zhǔn)配置，其發(fā)電收益相當(dāng)可觀。

1.2 高氮

玻璃生產(chǎn)使用的燃料主要有重油、天然氣、煤制氣等，原料有石英砂、純堿、長(zhǎng)石、石灰石、白云石、芒硝等，此外還有助熔劑、澄清劑、氧化劑、還原劑、著色劑、脫色劑等[9]。燃燒后煙氣中的主要污染物排放濃度見表1。

表1 污染物初始排放濃度

通過(guò)表1可以發(fā)現(xiàn)，不同種類的燃料，顆粒物、SO2濃度變化幅度較大，但NOX均維持在較高數(shù)值。

1.3 高粘性

由于玻璃生產(chǎn)燃料、原料種類繁多，導(dǎo)致煙氣成分復(fù)雜，除了顆粒物、SOX和NOX以外，還含有惰性金屬鹽類、金屬氧化物、不完全燃燒物質(zhì)、HF、HCl等[10，11]。顆粒物中堿金屬含量高，導(dǎo)致粘附性、化學(xué)腐蝕性強(qiáng)。為對(duì)玻璃熔窯煙氣中顆粒物粘性機(jī)理進(jìn)行深入研究，趙衛(wèi)鳳等[11]學(xué)者通過(guò)對(duì)某玻璃熔窯電除塵器收集的灰樣進(jìn)行物相定量分析，發(fā)現(xiàn)脫除后的顆粒物中主要成份為硫酸鈉、無(wú)水芒硝、硬石膏等易結(jié)垢物質(zhì)。

2 一體化脫除技術(shù)與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

基于平板玻璃 “高溫、高氮、高粘性”的煙氣排放特性，針對(duì)性地給出一種以觸媒陶瓷濾管為核心的多污染物一體化脫除技術(shù)，其工藝流程見圖1。

此多污染物一體化脫除技術(shù)，以觸媒陶瓷濾管為核心，在高效脫除顆粒物和NOX的同時(shí)，通過(guò)在前端煙道噴入脫酸反應(yīng)劑，如Ca(OH)2等，可以去除SO2、SO3及其他非常規(guī)污染物HCL、HF等。如圖1所示，運(yùn)行階段包括以下幾個(gè)步驟：

1)結(jié)合玻璃熔窯煙氣高溫的特點(diǎn)，為選取合適的反應(yīng)溫度區(qū)間，該一體化脫除技術(shù)將煙氣從余熱鍋爐300～360 ℃溫度段引出，煙氣經(jīng)過(guò)煙道進(jìn)入過(guò)濾器內(nèi)。

2)熟石灰原料置于原料倉(cāng)中，通過(guò)氣動(dòng)插板閥，在給料注射泵和空氣壓縮設(shè)備的作用下噴入煙道內(nèi)，煙氣中的SO2、SO3等與熟石灰反應(yīng)生成CaSO3和CaSO4等，粘性物質(zhì)被包裹聚集，同時(shí)對(duì)非常規(guī)污染物HF、HCl等也有很高的去除效率。

3)氨氣進(jìn)入混合器內(nèi)，通過(guò)噴射裝置噴入煙道內(nèi)。

4)煙氣進(jìn)入過(guò)濾器內(nèi)，在導(dǎo)流板的作用下，煙氣均勻經(jīng)過(guò)含有觸媒的陶瓷濾管進(jìn)行過(guò)濾。觸媒陶瓷濾管可根據(jù)實(shí)際情況單層或雙層設(shè)置。觸媒陶瓷濾管被固定在固定板上，含塵高溫?zé)煔庥赏獗砻嫦騼?nèi)表面通過(guò)觸媒陶瓷濾管。隨著塵餅越積越厚，觸媒陶瓷濾管的內(nèi)外壓差越來(lái)越大，當(dāng)觸媒陶瓷濾管的壓降達(dá)到設(shè)計(jì)壓降時(shí)，啟動(dòng)空氣壓縮設(shè)備，利用壓縮空氣反吹，將塵餅清除掉，瞬時(shí)反向氣流及其帶來(lái)的氣壓通過(guò)噴嘴會(huì)清除掉吸附在觸媒陶瓷濾管外表面的塵餅，塵餅脫離觸媒陶瓷濾管表面后會(huì)落入灰斗中，清除了塵餅后，系統(tǒng)可以開始新一輪的清潔循環(huán)。

5)打開卸灰閥和氣動(dòng)插板閥，將過(guò)濾器內(nèi)收集的廢灰從灰斗通過(guò)出料管輸送到粉倉(cāng)，再通過(guò)輸送泵和空氣壓縮設(shè)備，將部分廢灰從粉倉(cāng)輸送至前端進(jìn)行脫硫再利用(利用率大小不同廠家有較大差別)，剩余輸送至廢料倉(cāng)。

6)經(jīng)過(guò)過(guò)濾器處理后的凈煙氣在引風(fēng)機(jī)的作用下，進(jìn)入余熱鍋爐內(nèi)再次進(jìn)行余熱回收，最后通過(guò)煙囪排放至大氣環(huán)境中。

相關(guān)設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

1)注射點(diǎn)與過(guò)濾器之間、氨水噴射點(diǎn)與過(guò)濾器之間均要考慮留有足夠長(zhǎng)的煙道，以保證熟石灰與污染物的充分反應(yīng)、氨水與煙氣的均勻混合。

2)操作溫度可控制為350 ℃左右，瞬間高溫≤420 ℃，經(jīng)濟(jì)操作溫度在300～360 ℃之間。

3)過(guò)濾器殼體采用玻璃纖維保溫棉保溫，卸灰閥宜采用鎖氣或星型卸灰閥。

4)過(guò)濾器內(nèi)應(yīng)規(guī)劃加熱裝置，保持艙內(nèi)溫度，避免停機(jī)時(shí)降至露點(diǎn)溫度時(shí)造成水氣凝結(jié)。

5)觸媒陶瓷濾管整體烘干而成，布置結(jié)構(gòu)采用自撐式，其結(jié)構(gòu)布置見圖2。

3 工程應(yīng)用

某1 200 t/d平板玻璃生產(chǎn)線，煙氣治理采用觸媒陶瓷濾管一體化脫除技術(shù)，原始煙氣參數(shù)、設(shè)計(jì)目標(biāo)值見表2。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)鈣硫比保持～3.0。觸媒陶瓷濾管區(qū)域設(shè)計(jì)過(guò)濾風(fēng)速～1 m/min，過(guò)濾面積為9 000 m2，濾管長(zhǎng)度為3 m，對(duì)應(yīng)根數(shù)為6 000根，不同的廠家陶瓷濾管數(shù)量差異較大。濾管設(shè)計(jì)10個(gè)箱體進(jìn)行安裝布置，單個(gè)箱體占地面積為7 m(長(zhǎng))×5 m(寬)，總占地約400 m2，可根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地要求進(jìn)行組合式安裝。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)阻力為3 000 Pa。

工程投運(yùn)后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行采樣測(cè)試。顆粒物采樣測(cè)試參照重量法并改進(jìn)，全程加熱前置采樣，把顆粒物收集到撞擊器內(nèi)的收集膜和濾膜上，采樣前后用同一臺(tái)十萬(wàn)分之一分析天平稱重。SO2、NOX參照網(wǎng)格法采樣并改進(jìn)[12]，進(jìn)、出口均中間垂直選取1個(gè)測(cè)孔，每個(gè)測(cè)孔布置0.5 m、1.0 m和1.5 m不同深度的3個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)試結(jié)果見表3。

表2 煙氣參數(shù)與設(shè)計(jì)目標(biāo)值

注：標(biāo)干8%O2

表3 主要污染物濃度與去除效率

注：標(biāo)干8%O2

從表3可以發(fā)現(xiàn)，觸媒陶瓷濾管一體化脫除技術(shù)對(duì)顆粒物的去除效果顯著，在入口濃度>400 mg/m3的情況下，出口濃度能夠穩(wěn)定控制在10 mg/m3以下。陶瓷濾管在實(shí)際應(yīng)用案例中具有很高的除塵效率，顆粒物的排放濃度可以控制在<5 mg/Nm3[13]，甚至可以控制在<1 mg/Nm3。所以應(yīng)加強(qiáng)陶瓷濾管精細(xì)化控制，通過(guò)改進(jìn)入口導(dǎo)流板提高氣流均布性，優(yōu)化噴吹強(qiáng)度和頻率等方式提高陶瓷濾管的除塵效率。

從表3還可以發(fā)現(xiàn)，該一體化脫除技術(shù)對(duì)SO2的去除效率在90%左右，出口SO2排放濃度穩(wěn)定控制在<100 mg/m3。常規(guī)干法脫硫工藝脫硫效率Ca/S比2.5時(shí)，脫硫效率最高能達(dá)到50%～60%[14,15]。此處脫硫效率能達(dá)到90%的原因主要有以下3個(gè)方面：1)更高的Ca/S比；2)更高質(zhì)量要求的反應(yīng)劑(熟石灰)；3)煙氣經(jīng)過(guò)陶瓷濾管過(guò)濾時(shí)，與其表面的粉餅層也發(fā)生了脫硫反應(yīng)。最后，從表3發(fā)現(xiàn)該一體化脫除技術(shù)對(duì)NOX的去除效率在86%左右，出口NOX排放濃度穩(wěn)定控制在<400 mg/m3。主要源于陶瓷濾管上附著的釩鈦系脫硝觸媒劑，不同的生產(chǎn)制造工藝決定不同的脫硝效率，這也是目前觸媒陶瓷濾管國(guó)產(chǎn)化的難點(diǎn)。

4 結(jié) 論

a.以觸媒陶瓷濾管為核心的多污染物一體化脫除工藝具有耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、占地面積小、易安裝維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

b.通過(guò)工程應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)，玻璃熔窯煙氣經(jīng)該一體化脫除技術(shù)凈化后，可以實(shí)現(xiàn)出口顆粒物排放濃度<10 mg/m3，SO2排放濃度<100 mg/m3，NOX排放濃度<400 mg/m3，能夠滿足當(dāng)前平板玻璃大氣污染物特別排放限值。在較好地運(yùn)行工況下，顆粒物排放濃度能夠控制在<5 mg/m3。

c.隨著大氣污染物特別排放限值在平板玻璃煙氣治理工作中的實(shí)施推廣，技術(shù)更為可靠、經(jīng)濟(jì)更為合理的多污染物一體化脫除技術(shù)是下一步發(fā)展的方向，應(yīng)加大核心基礎(chǔ)材料的研發(fā)力度和國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。