玻璃熔窯煙氣高溫脫硫除塵脫硝一體化工藝

王桂彩 魯曉鵬 劉柳 楊澤廣

（秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計(jì)院有限公司 秦皇島 066001）

0 引言

1 高溫脫硫除塵脫硝一體化工藝流程

在玻璃熔爐運(yùn)行過程中，去除燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣中的各種污染物的一般工藝包含了三個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)：脫除硫氧化物系統(tǒng)（SDR）、集塵系統(tǒng)（ESP布袋式過濾器）和脫除氮氧化物系統(tǒng)（SCR）。SDR可清除硫氧化物、氟化氫和氯化氫；ESP可清除灰塵；SCR可清除氮氧化物。但是，SDR＋ESP＋SCR工藝存在很多問題，比如廢熱回收率低、投資成本以及運(yùn)營(yíng)成本高。

本文介紹一種高溫脫硫除塵脫硝一體化工藝，能夠同步去除煙氣中的硫氧化物、氮氧化物、氯、氟和灰塵，比傳統(tǒng)三步組合工藝更高效，提高煙氣凈化效果，使煙氣達(dá)到超凈排放。

工藝路線：玻璃熔窯燃燒煙氣→一級(jí)余熱回收→煙道注入吸附劑脫硫→陶瓷催化劑袋式過濾器脫硫除塵脫硝→二級(jí)余熱回收→引風(fēng)機(jī)→煙囪

整個(gè)工藝過程是在完全干燥無水的條件下進(jìn)行的。玻璃窯爐出口的煙氣溫度一般可到達(dá)400～500 ℃，首先對(duì)窯爐出來的煙氣經(jīng)過一級(jí)余熱換熱，經(jīng)過換熱后煙氣溫度可降至350 ℃左右。然后在煙氣通過煙道時(shí)噴射脫硫劑，使煙氣中的二氧化硫與氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸鈣和亞硫酸鈣。初步脫硫后的含塵煙氣通過氣流分布裝置均勻地進(jìn)入若干個(gè)布滿陶瓷濾筒的倉(cāng)室。當(dāng)煙氣來到陶瓷濾筒表面時(shí)，會(huì)與陶瓷濾筒表面預(yù)涂層中的石灰或碳酸氫鹽進(jìn)一步反應(yīng)脫硫。

與此同時(shí)，煙氣中的粉塵和含硫灰被阻隔在陶瓷濾筒的表面，粒徑較大的粉塵在重力作用下沉降，粒徑較小的粉塵則沉積在陶瓷濾筒表面，形成粉餅層。隨著煙氣流經(jīng)陶瓷濾管，被煙氣攜帶來的Ca（OH）2均勻地分布在陶瓷濾筒表面的粉餅層上，形成很大的脫硫反應(yīng)面積，使得煙氣中的二氧化硫等酸性氣體脫除的更充分，提高脫硫效率。粉餅層也杜絕了有害物質(zhì)與催化劑的直接接觸，降低了催化劑受重金屬砷、硒以及汞毒化的概率，延長(zhǎng)催化劑壽命。當(dāng)粉塵在濾筒表面沉積到一定值時(shí)，利用壓縮空氣對(duì)濾筒脈沖清灰。

經(jīng)過脫硫除塵后的煙氣緩慢穿過復(fù)合陶瓷濾筒，煙氣中的氮氧化物與氨氣在濾筒內(nèi)壁催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氮?dú)夂退?。?jīng)過處理后的潔凈煙氣溫度降至330 ℃左右，可設(shè)置二級(jí)余熱回收系統(tǒng)，最后利用引風(fēng)機(jī)通過煙囪排放。該工藝具有流程簡(jiǎn)單，反應(yīng)速度快，充分利用余熱，系統(tǒng)能耗低的特點(diǎn)。

2 陶瓷催化劑袋式過濾器

高溫脫硫除塵脫硝一體化工藝的核心設(shè)備是陶瓷催化劑袋式過濾器。陶瓷催化劑袋式過濾器是一項(xiàng)具有國(guó)際創(chuàng)新的系統(tǒng)集成技術(shù)，可以通過單一的單元控制過程同步脫除煙氣中的硫氧化物、氮氧化物、氯、氟和灰塵。

陶瓷催化劑過濾器的基礎(chǔ)材質(zhì)是陶瓷纖維，陶瓷纖維是在高溫高壓下用模具壓制而成。采用獨(dú)特的陶瓷過濾管母體材料催化納米劑浸泡技術(shù)，使高效脫氮SCR催化劑浸透在成型的袋式過濾器母體材料上，制作成陶瓷催化劑袋式過濾器復(fù)合材料。催化劑均勻分布于整根濾管上，接觸面積大，停留時(shí)間長(zhǎng)，使反應(yīng)更徹底，去除效果更佳。陶瓷催化劑袋式過濾器復(fù)合材料單位面積上SCR催化劑的負(fù)載量比傳統(tǒng)蜂窩式大5倍，催化活性更高。含有NOx和NH3的煙氣在通過細(xì)過濾層時(shí)和SCR催化劑表面直接碰撞發(fā)生還原反應(yīng)，具有脫硝效率高和氨逃逸效率低等特點(diǎn)。

陶瓷催化劑袋式過濾器克服了傳統(tǒng)布袋除塵器無法在高溫環(huán)境下使用，靜電除塵器又無法控制穩(wěn)定的超低粉塵排放的缺點(diǎn)，既能耐高溫，又能保證持續(xù)穩(wěn)定的超粉塵排放。傳統(tǒng)布袋具有彈性，反吹時(shí)會(huì)發(fā)生膨脹變形，使塵餅完全剝離，出現(xiàn)粉塵穿透的現(xiàn)象，而陶瓷催化劑袋式過濾器則不存在這種問題。

2.1 機(jī)理

首先，通過陶瓷催化劑袋式過濾器表面去除煙氣中的灰塵。然后，利用在陶瓷濾筒表面預(yù)涂層中的石灰或碳酸氫鹽去除硫氧化物。反應(yīng)為：

最后，使用NH3或尿素作為還原劑，使煙氣在通過20 mm的催化層時(shí)實(shí)現(xiàn)脫硝。反應(yīng)為：

2.2 設(shè)計(jì)溫度

設(shè)計(jì)陶瓷催化劑袋式過濾器的運(yùn)行條件時(shí)，要同時(shí)考慮脫硫時(shí)石灰和硫氧化物的反應(yīng)效率、反應(yīng)溫度及脫硝時(shí)的運(yùn)行溫度。用石灰脫硫的運(yùn)行溫度和反應(yīng)效率曲線見圖1。

從圖1可以看出，最佳的脫硫溫度是在360 ℃左右，此時(shí)硫氧化物脫除率不受煙氣含水量（濕度）的影響，反應(yīng)率是最高的。因此，推薦設(shè)計(jì)溫度為330～380 ℃。

煙氣脫硝采用選擇性催化還原法（SCR），需考慮SCR 運(yùn)行溫度范圍。圖2為氮氧化物（NOX）脫除率與溫度反應(yīng)曲線。從圖2運(yùn)行溫度和脫硫效率曲線可以看出，最佳運(yùn)行溫度是350～400 ℃。

圖2 氮氧化物（NOX）脫除率與溫度反應(yīng)曲線

綜合以上兩個(gè)工藝過程，脫硫和脫硝的最佳溫度為350～380 ℃，因此將最佳設(shè)計(jì)溫度選定為350 ℃。

2.3 陶瓷催化劑袋式過濾器優(yōu)缺點(diǎn)

（1）耐高溫，可在350 ℃高溫條件下操作運(yùn)行，使脫硫和脫硝效率達(dá)到最佳；

（2）壓縮空氣用量少，無須用水，節(jié)約水資源；

（3）由于該工藝溫降只有20～30 ℃，熱量損失很少，可最大化進(jìn)行余熱利用；

（4）污染物的脫除效果好，可實(shí)現(xiàn)灰塵＜5mg/Nm3，SOx≥95%，HCl≥97%，HF≥95%，NOx≥95%，二噁英≥99%；

（5）系統(tǒng)簡(jiǎn)單，便于操作和管理；

（6）使用壽命比傳統(tǒng)布袋除塵器長(zhǎng)，陶瓷催化劑袋式過濾器的使用壽命長(zhǎng)達(dá)5～8年；

（7）陶瓷纖維不與化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)，化學(xué)成本和電力成本少。運(yùn)行成本低于常規(guī)工藝。

3 高溫脫硫除塵脫硝一體化工藝應(yīng)用在玻璃熔窯上的可行性

由于玻璃熔窯一旦點(diǎn)火生產(chǎn)，整個(gè)窯期都不能停爐，傳統(tǒng)的SDR＋ESP＋SCR三步組合式工藝在運(yùn)行過程中一旦出現(xiàn)故障，玻璃熔窯的煙氣將不得不通過旁路煙道直接排放。隨著環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格，煙氣通過煙道旁路直接排放在一些地區(qū)是不允許的，這使得一些玻璃廠家不得不安裝備用環(huán)保設(shè)備，增加了投資成本。同時(shí)，傳統(tǒng)環(huán)保設(shè)備占地面積大，增加備用環(huán)保設(shè)備的用地問題也很難解決。

高溫脫硫除塵脫硝一體化工藝可以很好地解決這個(gè)問題。將陶瓷催化劑袋式過濾器的濾筒分割為若干個(gè)倉(cāng)室，如某工廠的煙氣量在經(jīng)過計(jì)算并考慮一定富余量后，需要2400根復(fù)合陶瓷濾筒，將這些濾筒分割為6個(gè)小倉(cāng)室，每個(gè)倉(cāng)室單獨(dú)設(shè)置隔熱層、進(jìn)氣閥門、反吹系統(tǒng)、輸灰系統(tǒng)和清灰系統(tǒng)。當(dāng)某個(gè)倉(cāng)室出現(xiàn)故障或需要更換濾筒時(shí)，可將該倉(cāng)室單獨(dú)停止運(yùn)行，進(jìn)行設(shè)備檢修和更換，其余倉(cāng)室不受影響，從而保證玻璃生產(chǎn)線的繼續(xù)正常運(yùn)行。因此，該工藝應(yīng)用于玻璃行業(yè)是可行的。

4 結(jié)語

隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能減排的深入推進(jìn)，玻璃作為高耗能、高污染的行業(yè)被國(guó)家納入控制范圍中，國(guó)家環(huán)保政策對(duì)玻璃行業(yè)的廢氣排放也日趨嚴(yán)格。高溫脫硫除塵脫硝一體化工藝以其流程簡(jiǎn)單、處理效果好、設(shè)備集成化程度高、占地面積小、系統(tǒng)能耗低等特點(diǎn)為企業(yè)減少人力、物力投資，減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)，為玻璃行業(yè)的煙氣凈化提供了一個(gè)更加綜合性、一體化的處理方案，以滿足日趨嚴(yán)格的環(huán)保要求。