高硼硅玻璃工業(yè)熔窯煙氣脫硼脫酸脫硝除塵技術(shù)

史 薇，時(shí)昌波，高 超，王 騏，汪 江

(深圳凱盛科技工程有限公司，深圳 518000)

高硼硅玻璃(又名硬質(zhì)玻璃)，是利用玻璃在高溫狀態(tài)下導(dǎo)電的特性，通過在玻璃內(nèi)部加熱來實(shí)現(xiàn)玻璃熔化，經(jīng)過先進(jìn)生產(chǎn)工藝加工而成[1]。它是一種低膨脹率、耐高溫、高強(qiáng)度、高硬度、高透光率和高化學(xué)穩(wěn)定性的特殊玻璃材料，因其優(yōu)異的性能，被廣泛應(yīng)用于太陽能、化工、醫(yī)藥包裝、電光源、工藝飾品等行業(yè)[2]。國家環(huán)保部已經(jīng)頒布了《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB26453—2011》和《電子玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB 29495—2013》，并且《日用玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》也正在征求意見。高硼硅玻璃熔窯大氣環(huán)保治理任務(wù)異常艱巨。高硼硅玻璃熔窯煙氣中含有硼酸、氯化氫及氮氧化物等污染物，傳統(tǒng)先脫硝后脫酸的工藝無法在前端先脫除硼酸，而硼酸在300 ℃以下、169 ℃以上時(shí)為液態(tài)存在會腐蝕后續(xù)設(shè)備。該文給出了一種先脫酸后脫硝的形式，為高硼硅玻璃工業(yè)熔窯煙氣治理提供了新思路。

1 高硼硅玻璃煙氣特性

高硼硅玻璃作為特種玻璃，其光學(xué)和熱力學(xué)性能優(yōu)良[3]，具有高硅高硼中鋁低堿的特點(diǎn)。高硼硅煙氣中一般含有10%～13%的B2O3，通常是以硼酸和硼砂為原料引入。硼酸和硼砂在火焰窯中揮發(fā)量為10%～20%,即使改用無水硼砂和無水硼酸,揮發(fā)量最低也要達(dá)到5%～10%[4]，因此硼酸在熔窯高溫作用下有部分會以氣態(tài)形式隨煙氣排出。但由于硼酸熔點(diǎn)為169 ℃，沸點(diǎn)為300 ℃，當(dāng)煙氣溫度在300 ℃以下、169 ℃以上時(shí)，硼酸則以液態(tài)形式存在于煙氣中，而這恰好是煙氣在傳統(tǒng)脫硝工藝后鍋爐低溫段出口的溫度，因此若不提前脫除硼酸，會對鍋爐及后續(xù)設(shè)備造成腐蝕，降低設(shè)備壽命。

2 高硼硅玻璃工業(yè)熔窯煙氣脫硼脫酸脫硝除塵技術(shù)與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

基于高硼硅玻璃煙氣含硼酸的特性,針對性的給出一種先脫酸后脫硝的技術(shù)形式，旨在改善現(xiàn)有的高硼硅玻璃工業(yè)熔窯煙氣除塵系統(tǒng)中的硼酸腐蝕除塵設(shè)備的問題，其工藝流程見圖1。

此工藝的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，滿足高硼硅玻璃工業(yè)熔窯煙氣脫硼脫酸脫硝除塵的需求，在滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，盡量降低物料消耗，不過度增加企業(yè)負(fù)擔(dān)。具體工藝流程包括如下步驟：

1)高硼硅玻璃熔窯出口煙氣通過環(huán)保進(jìn)口煙道進(jìn)入噴水降溫塔，使煙氣溫度降至160 ℃以下，從而達(dá)到大部分硼酸固化的目的，以方便進(jìn)一步去除硼酸。

2)降溫后的煙氣再進(jìn)入脫硼脫酸塔，與噴入的熟石灰進(jìn)行反應(yīng)中和煙氣中剩余酸性物質(zhì)。脫酸后的煙氣進(jìn)入布袋除塵器脫除粉塵、固態(tài)硼酸及脫酸反應(yīng)物。上述煙道及設(shè)備阻力由脫酸風(fēng)機(jī)克服。

3)脫酸風(fēng)機(jī)出口低溫?zé)煔膺M(jìn)入煙氣換熱裝置低溫段與脫硝出口高溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱將溫度升至240 ℃左右，再進(jìn)入煙管道經(jīng)煙氣升溫燃燒裝置將煙溫加熱至320 ℃，達(dá)到脫硝溫度。

4)升溫后的煙氣在煙道中與噴入的氨水充分混合，之后進(jìn)入觸媒陶瓷濾管脫硝除塵器，進(jìn)行輔助脫酸脫硝及二次除塵，最終潔凈的高溫?zé)煔膺M(jìn)入之前的煙氣換熱裝置高溫段與脫酸風(fēng)機(jī)出口的低溫?zé)煔膺M(jìn)行熱交換后，通過脫硝風(fēng)機(jī)至煙囪入口達(dá)標(biāo)排放。

5)布袋除塵器及觸媒陶瓷濾管脫硝除塵器灰斗底部安裝倉泵，除塵器脫除的廢灰及反應(yīng)物通過倉泵輸入廢料倉。

此工藝特點(diǎn)如下：

1)系統(tǒng)采用噴水降溫塔，通過降溫水泵控制降溫水流量，以達(dá)到精準(zhǔn)控溫目的，將煙氣降溫至目標(biāo)溫度，使煙氣中的大部分硼酸呈固態(tài)，以方便進(jìn)一步去除硼酸。

2)利用脫硼脫酸塔將硼酸及其他酸性物質(zhì)與熟石灰混合，進(jìn)而中和煙氣中剩余的硼酸和其他酸性物質(zhì)，生成脫酸反應(yīng)物；并利用布袋除塵器去除煙氣中的固態(tài)硼酸和脫酸反應(yīng)物以及煙氣粉塵等，實(shí)現(xiàn)煙氣的脫硼脫酸操作，進(jìn)而使得煙氣進(jìn)入脫硝單元時(shí)，煙氣中的酸性物質(zhì)含量大大降低，減少對后續(xù)設(shè)備的腐蝕，提升煙氣凈化效率，有效延長后續(xù)設(shè)備的使用壽命。

3)煙氣換熱裝置采用熱管換熱器，它具有熱交換效率高、體積小、嚴(yán)密性好、不需外加動力、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于余熱回收。

4)煙氣升溫燃燒裝置采用天然氣燃燒噴槍，具有燃燒效率高、自動點(diǎn)火及斷火檢測裝置、NOx排放量極低等優(yōu)點(diǎn)。天然氣與空氣配風(fēng)比按照1∶10設(shè)計(jì)。天然氣低熱值為8 200 kcal/Nm3。根據(jù)煙氣升溫所吸收的熱能Q吸=C·m·Δt可求出天然氣耗氣量。

5)脫酸后的煙氣中殘留少量酸、石灰顆粒及粉塵，煙氣中殘留的石灰顆粒粉塵可在陶瓷纖維濾管的積塵過程中形成石灰顆粒層餅，石灰顆粒層餅增加了脫酸反應(yīng)，對煙氣進(jìn)一步脫酸，可提高5%～15%的脫酸效率。

3 工程應(yīng)用中減排效果

某50 t/d高硼硅玻璃生產(chǎn)線原始煙氣參數(shù)及設(shè)計(jì)目標(biāo)值見表1。采用圖1的技術(shù)路線對煙氣污染物進(jìn)行治理后，煙氣污染物排放濃度及效率見表2。折算濃度計(jì)算采用平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB26453—2011)。

表1 煙氣參數(shù)及設(shè)計(jì)目標(biāo)值

表2 煙氣污染物排放濃度及效率

由此可見，該研究的技術(shù)路線各項(xiàng)污染物脫除效率均可達(dá) 90% 以上。不僅如此，該工藝也具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。在滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，全程無須考慮廢水二次污染治理，合理利用余熱資源，盡量降低物料消耗，不過度增加企業(yè)負(fù)擔(dān)。

4 結(jié) 論

a.高硼硅玻璃工業(yè)熔窯煙氣含硼酸，且硼酸在300 ℃以下、169 ℃以上時(shí)為液態(tài)存在，會腐蝕后續(xù)設(shè)備，該研究的技術(shù)路線可以合理地解決此問題。

b.高硼硅玻璃工業(yè)熔窯煙氣還含有HCl、SO2等酸性物質(zhì)，利用干法脫酸脫硫+陶瓷纖維濾管二次輔助脫酸脫硫后，脫酸效果可達(dá)90%以上，更好地提高了脫酸效率。

c.通過工程應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)，玻璃熔窯煙氣經(jīng)該脫硼脫酸脫硝除塵技術(shù)后，粉塵、NOx、SO2、HCl等排放均可達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。