玻璃窯爐煙氣干法脫硫和低溫脫硝系統(tǒng)的設(shè)計

劉寧

山東省輕工業(yè)設(shè)計院 山東濟南 250014

目前，玻璃窯爐煙氣脫硝發(fā)展的總趨勢是一方面向環(huán)境保護、節(jié)能減排發(fā)展，降低污染物排放以達到國家標(biāo)準(zhǔn)；另一重要發(fā)展趨勢是引進國外先進技術(shù)，把國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電廠的SCR 技術(shù)引入到玻璃行業(yè)中，同時提高企業(yè)自動化程度，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)管理自動化。在控制技術(shù)方面，應(yīng)用PLC，DCS 系統(tǒng)提高系統(tǒng)的自動化程度；在傳動系統(tǒng)方面，采用變頻控制技術(shù)，實現(xiàn)節(jié)能降耗。計算機控制技術(shù)、變頻控制技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)等多方面先進技術(shù)的應(yīng)用必將是玻璃窯爐煙氣脫硝系統(tǒng)發(fā)展的趨勢，本論文控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究正是順應(yīng)玻璃窯爐煙氣脫硝系統(tǒng)的發(fā)展趨勢[1]。

1 工藝流程

1.1 干法脫硫和低溫脫硝工藝路線的確定

該玻璃熔窯的燃燒換火周期約為45min 左右，在一個換火周期內(nèi)，兩臺窯爐出口煙氣溫度在210-300℃之間周期性波動；煙氣中的NOx 和SO2濃度值也會周期性波動，并且當(dāng)NOx 濃度升高時，SO 濃度值降低，反之亦然，這是由于煤制氣工序SO2生成周期性波動和玻璃窯爐燃燒熱力型NOx 隨溫度波動。若采用中高溫催化劑，催化劑正常工作溫度范圍宜在300-420℃之間，需要配套熱風(fēng)爐將窯爐出口煙氣升溫100℃左右，再將脫硝出口的煙氣進行余熱利用，再進入脫硫和布袋除塵系統(tǒng)。但是，日用玻璃生產(chǎn)工藝對余熱利用需求較少，若窯爐出口煙氣先補燃升溫脫硝后再降溫，將會增加總煙氣量，并且余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽只能直接外排，為了減少環(huán)保設(shè)施投資和降低運行成本，決定采用低溫催化劑。根據(jù)催化劑廠家提供的檢測數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度在180℃以上時，在SO2和H2O 存在的煙氣條件下，催化劑依然具有很高的低溫活性，且氨逃逸低。

氨逃逸量的增加會促進硫酸氫氨的生成，催化劑中的活性組分釩在催化降解NOx 的過程中，也會對SO 的氧化起到一定的催化作用，低溫催化劑添加抑制劑，降低煙氣中SO2/SO3的轉(zhuǎn)化，有效緩解硫酸氫氨的生成。硫酸氫氨的形成是可逆的，將溫度升高到316℃即可使硫酸氫氨升華，但運行溫度長期低于硫酸氫氨露點溫度的條件下，連續(xù)運行的時間必須控制在300h 以內(nèi)。該項目采用低溫催化劑，同時配套安裝天然氣熱風(fēng)爐系統(tǒng)，定期將部分煙氣量升溫到370℃以上通過催化劑，讓催化劑再生恢復(fù)活性。在低溫SCR 脫硝之前，先進行干法脫硫和布袋除塵，低溫催化劑設(shè)計溫度在180℃以上，因此，本項目采用低溫催化劑是可行的[2]。

1.2 工藝設(shè)計參數(shù)和反應(yīng)原理

SCR 脫硝反應(yīng)原理是在催化劑的作用下，還原劑NHs 有選擇性地與煙氣中的NOx 反應(yīng)并生成N2和H2O。無論是何種形式的還原劑，首先要得到氣態(tài)氨，然后氨氣和稀釋空氣混合，經(jīng)過噴氨格柵將其噴入SCR 反應(yīng)器上游的煙氣中并均勻混合。該脫硫工藝簡潔、占地面積小、操作維護簡單；與濕法脫硫工藝進行比較，碳酸氫鈉脫硫還能將SO3脫除因此可以避免出現(xiàn)有色煙羽。在濕法脫硫系統(tǒng)中會生成氣溶膠，因為濕法煙氣脫硫系統(tǒng)不僅不能有效脫除煙氣中的SO3或H2SO4而且會快速形成難于捕集的亞微米級的HSOa 酸霧，通過煙囪排入大氣，形成可見煙羽。NaHCO3超細粉磨機目前通常采用進口品牌分級磨價格昂貴，本項目直接采購碳酸氫鈉超細粉成品作為原料。

2 技術(shù)優(yōu)化

2.1 碳酸氫鈉超細粉的存儲和輸送系統(tǒng)

本項目原設(shè)計在料倉錐斗采用振動器進行輔助下料，但是在料倉中形成了中間凹陷而周邊并沒有流化的狀態(tài)，下粉不能連續(xù)運行。修改設(shè)計在內(nèi)部設(shè)置助流氣墊進行流態(tài)化后下粉順暢，脈沖流化用的壓縮空氣最好達到冷凍干燥后的儀表空氣品質(zhì)。粉體輸送采用減壓后的壓縮空氣作為氣源，由于當(dāng)?shù)乜諝獬睗癫灰瞬捎昧_茨風(fēng)機。粉倉下料經(jīng)過星型給粉機和風(fēng)粉混合器后，由氣力輸送管道至1#、2#支管和母管煙道的3 個噴口，管道彎頭采用10D 的大半徑彎管，并且在管路上設(shè)置壓縮空氣吹堵接口[3]。

2.2 熱風(fēng)爐系統(tǒng)

為了將沉積在催化劑微孔內(nèi)的硫酸氫氨分解完全，最大可能的恢復(fù)催化劑的活性，加熱時間也就會比較長，一般情況下加熱再生的時間為12-24 小時以上。催化劑再生頻率主要受到實際運行工況的影響，不同的工況條件，其再生頻率有所差異，對反應(yīng)器內(nèi)的測試模塊進行取樣后送催化劑廠家檢測后決定。在除塵器出口至反應(yīng)器入口煙道上，摻入熱風(fēng)爐來的熱煙氣（400-600℃），來自布袋出口的180℃煙氣是窯爐出口的一部分煙氣，混合后溫度達到370℃進入反應(yīng)器供催化劑再生，在引風(fēng)機入口煙道上設(shè)置摻冷風(fēng)閥，滿足引風(fēng)機的運行溫度要求。熱風(fēng)爐的最小設(shè)計熱負荷，根據(jù)設(shè)備、煙道的散熱損失和催化劑的溫升速度確定，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)溫度在200℃以上時控制緩慢升溫，在50℃/h 以內(nèi)，防止超溫造成催化劑燒結(jié)失活。

3 結(jié)語

綜上，該日用玻璃廠窯廢氣已轉(zhuǎn)化為干脫硫、高溫袋除塵、低溫可控硅脫硝，自投入使用以來運行良好。碳酸氫鈉超細粉體涂料添加了幾層輔助空氣墊，冷卻干燥壓縮空氣用作脈沖流化介質(zhì)，粉末順利輸送到整個粉體涂料中，管肘被大半徑彎頭和壓縮空氣掃描堵塞，材料運輸過程中出現(xiàn)堵塞問題由于低溫催化劑體積受溫度影響較大，必須保證最后一層催化劑溫度高于設(shè)計值，因此熱空氣爐在運行過程中負荷較低，可保證SCR 反應(yīng)器廢氣溫度符合要求。在下一階段，可以通過合理選擇碳酸氫鈉超細粉碎劑，并在工廠購買原料制成超細粉末，從而降低運營成本。