吳振山　鮑倩　任鵬程

摘要：玻璃、火電等行業(yè)脫硝問題多，傳統(tǒng)治污技術(shù)很難達(dá)到優(yōu)良的脫硝指標(biāo)。文章闡述了一種協(xié)同治污工藝技術(shù)，通過高溫LP濾芯除塵與中高溫SCR脫硝技術(shù)的組合，彌補(bǔ)了含塵脫硝或低溫除塵工藝裝置技術(shù)缺陷。新工藝裝備除塵效率高，節(jié)能降耗顯著，還原劑混合效果好，脫硝效率高，催化劑使用壽命長(zhǎng)，真正實(shí)現(xiàn)了高溫下的協(xié)同脫硝除塵。

關(guān)鍵詞：高溫除塵；SCR脫硝；除塵脫硝一體化；LP濾芯；陶瓷膜；協(xié)同除塵 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：X703 文章編號(hào)：1009-2374（2015）23-0104-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.053

某浮法玻璃企業(yè)采用天然氣燃料生產(chǎn)平板玻璃，廢氣中NOX含量2000～2300mg/m3、SO2濃度2000～2800mg/m3、粉塵200～600mg/m3，2013年10月該企業(yè)新上中溫SCR脫硝裝置一套，投運(yùn)后2～12天，脫硝催化劑床層壓差快速增加，窯爐尾排風(fēng)機(jī)電流急劇增大，脫硝效率從70%～85%降到20%～30%，還原劑利用率降到40%以下，氨逃逸嚴(yán)重，運(yùn)行半個(gè)月，切換到SCR脫硝塔旁路系統(tǒng)進(jìn)行維修。經(jīng)過一年多的改造，脫硝設(shè)備依然不能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。無獨(dú)有偶，火電行業(yè)規(guī)模大，NOX產(chǎn)量多，脫硝任務(wù)重，2012年以來，國內(nèi)舉辦的火電行業(yè)技術(shù)交流會(huì)中，都會(huì)設(shè)計(jì)降低SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用問題以及如何有效避免脫硝運(yùn)行后空預(yù)器頻繁堵塞事故的發(fā)生。

1 問題歸納

玻璃熔煉過程溫度高，單位產(chǎn)品NOX排放量大，脫硝壓力重。分析其原因在于上述玻璃窯在脫硝前未進(jìn)行除塵，玻璃生產(chǎn)過程中的粉塵幾乎都是堿金屬或堿土金屬。堿金屬、堿土金屬粉塵能使SCR脫硝催化劑中毒，直接降低催化劑的有效活性當(dāng)量，進(jìn)而導(dǎo)致脫硝效率偏低。2011年《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 13223-2011）》頒布后，行業(yè)內(nèi)脫硝問題開始廣泛暴露出來。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的另一個(gè)原因在于工況劇烈波動(dòng)時(shí)，局部易形成低溫環(huán)境，在低溫下煙氣中的粉塵、高濃度SO2/SO3、高濃度逃逸氨以及水蒸氣易形成糊狀物質(zhì)，進(jìn)而黏附更多的粉塵，導(dǎo)致SCR催化劑床層堵塞、空預(yù)器堵塞等，致使系統(tǒng)阻力升高，甚至是影響正常生產(chǎn)。

2 解決方案

衡量脫硝工藝裝備性能優(yōu)劣的三個(gè)重要指標(biāo)分別為脫硝效率、氨逃逸率、對(duì)工況系統(tǒng)的影響率。脫硝前待脫硝氣體與還原劑混合均勻、脫硝時(shí)待脫硝氣流速度分布均勻、脫硝前待脫硝氣體中沒有粉塵等都能大幅提升脫硝效率、降低氨逃逸率，進(jìn)而降低脫硝系統(tǒng)對(duì)整個(gè)工況系統(tǒng)的影響率。要滿足上述三個(gè)條件，改進(jìn)措施有：（1）改進(jìn)現(xiàn)有的噴氨混風(fēng)模式、脫硝前預(yù)留充足的混風(fēng)時(shí)間；（2）盡可能降低待脫硝氣體穿過脫硝催化劑床層的速率；（3）脫硝前對(duì)待脫硝氣體進(jìn)行高效除塵；（4）盡可能增加脫硝催化劑量等。受當(dāng)前技術(shù)、資金的限制，上述四項(xiàng)措施通常難以被實(shí)現(xiàn)：（1）若延長(zhǎng)混風(fēng)時(shí)間，無論是增大管道橫斷面積還是延長(zhǎng)管道長(zhǎng)度，都會(huì)增加設(shè)備投資，如增加催化劑用量也會(huì)大幅增加設(shè)備投資，實(shí)際操作中都很難實(shí)現(xiàn)；（2）待脫硝氣體往往含有大量粉塵，為降低脫硝催化劑被粉塵堵塞的速率，待脫硝氣體穿過催化劑床層時(shí)需要保持一定的速率，一般在4～6m/s之間甚至更高，高流速下，溝流、偏流程度加重；（3）目前市場(chǎng)上尚未發(fā)現(xiàn)能在高溫或中溫SCR脫硝溫度范圍內(nèi)高效處理含塵煙氣的工藝技術(shù)。因此要從根本上解決問題，需走協(xié)同治污技術(shù)路線。

3 實(shí)施細(xì)則

設(shè)計(jì)一臺(tái)高溫除塵設(shè)備，以除塵器為母體，將SCR脫硝催化劑植入除塵設(shè)備凈氣室中，高溫下除塵，除塵脫后脫硝，一步實(shí)現(xiàn)粉塵及NOX的超低排放。

3.1 工藝流程描述

含塵和含氮氧化物（NOX）的廢氣進(jìn)入混合氣進(jìn)風(fēng)通道，與還原劑噴槍噴出的還原劑進(jìn)行初步混合形成混合氣，還原劑的流量通過原煙氣前端NOX檢測(cè)信號(hào)以及煙氣溫度信號(hào)進(jìn)行控制。

混合氣從灰斗的中上部進(jìn)入除塵室，先在灰斗入口處發(fā)生流速與流向的快速改變，再在除塵室內(nèi)發(fā)生流速與流向的改變，而后從LP濾芯的外表面進(jìn)入其內(nèi)部空腔，透過的混合氣體沿LP濾芯的內(nèi)部空腔上升并穿過花板進(jìn)入催化劑床層。煙氣中的粉塵被截留在LP濾芯外表面。當(dāng)LP濾芯內(nèi)外壓差升到設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)再生模式，低壓壓縮氣流在極短的時(shí)間內(nèi)由脈噴管上的脈噴嘴射入到LP濾芯的內(nèi)部空腔，使LP濾芯內(nèi)部空腔形成正壓，將附著在LP濾芯外表層的粉料吹落，粉料在自身重力作用下落入灰斗，再經(jīng)過灰斗下料器輸送到灰?guī)?；透過LP濾芯的氣體，垂直進(jìn)入凈氣室，并自下而上穿過催化劑床層，在SCR脫硝催化劑的作用下，NOX與NH3發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成無毒的N2和H2O，生成物與未參加反應(yīng)的物質(zhì)一起在凈氣室的上部匯集，從凈氣出風(fēng)口中離開裝置，完成煙氣的除塵、脫硝任務(wù)，見圖1：

3.2 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)

3.2.1 過濾材料采用耐高溫外濾式LP濾芯，濾芯外徑Φ80～Φ130mm，濾芯長(zhǎng)度1500～2600mm，耐溫550℃，凈空阻力<100Pa，孔徑根據(jù)煙塵成分而定。

3.2.2 采用低壓脈噴技術(shù)對(duì)LP濾芯進(jìn)行再生，選用0.2～0.7MPa的壓縮空氣、壓縮氮?dú)獾葹閯?dòng)力。

3.2.3 脫硝催化劑根據(jù)煙氣溫度特點(diǎn)選用通道式、蜂窩式、平板式的高溫型或中溫型催化劑，還原劑采用液氨、高濃度氨水或尿素。

3.2.4 進(jìn)風(fēng)方式?；旌蠚鈴幕叶分猩喜窟M(jìn)風(fēng)，穿過LP濾芯的流動(dòng)方向?yàn)榇怪庇跒V芯軸向由外向內(nèi)，在SCR脫硝催化劑床層的流動(dòng)方向由下而上。

3.2.5 氣流速率?；旌蠚獯┻^LP濾芯的過濾速率控制在0.5～3.6m3/（m2/min）之間，穿過SCR脫硝催化劑床層的速率控制在0.17～1.24m/s之間。

3.2.6 還原劑噴槍布置在除塵器進(jìn)風(fēng)管入口當(dāng)量管徑的5～8倍處，噴射方向與混合氣主流動(dòng)方向呈120°～135°夾角。噴槍分兩組：一組為氣氨噴槍；另一組為氨水噴槍。當(dāng)混合氣上游溫度介于SCR脫硝催化劑的活性溫度內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)啟用氣氨噴槍，當(dāng)混合氣上游溫度高出SCR脫硝催化劑的活性溫度時(shí)，系統(tǒng)啟用氨水噴槍。endprint

4 優(yōu)缺點(diǎn)分析

4.1 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

4.1.1 節(jié)能降耗。高溫下直接對(duì)原煙氣進(jìn)行除塵、脫硝，免除先降溫除塵再升溫脫硝帶來的能量消耗；催化劑床層橫截面積大，待脫硝氣體穿過催化劑床層的速率小，延長(zhǎng)了停留時(shí)間，幾乎不含粉塵，提高了脫硝效率的同時(shí)顯著降低系統(tǒng)阻力，節(jié)能降耗明顯；當(dāng)進(jìn)入裝備的溫度高于SCR脫硝催化劑溫度時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)切換噴氨模式，不僅調(diào)節(jié)了混合氣的溫度，補(bǔ)充了脫硝所需要的還原劑，還能降低煙氣穿過LP濾芯的速率，降低系統(tǒng)阻力。

4.1.2 降低設(shè)備投資。不設(shè)置獨(dú)立的脫硝催化劑塔，催化劑直接布置在除塵凈氣室內(nèi)，節(jié)省“催化劑塔”的投資；還原劑利用LP濾芯作為混合媒介，節(jié)省傳統(tǒng)脫硝中噴氨格柵設(shè)備的投資；高溫下一次除塵精度達(dá)1mg/m3，省去傳統(tǒng)SCR脫硝后的再次除塵工藝裝置。

4.1.3 提高脫硝效率，降低氨逃逸率。還原劑在除塵前進(jìn)入工藝裝置，在混合氣進(jìn)風(fēng)通道內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)烈的湍流，在脫硝前發(fā)生多次流速改變、流向改變，混合強(qiáng)度大，混合時(shí)間長(zhǎng)，混合均勻度高，脫硝效率增大，安逃逸率降低；催化劑床層上下壓差小，降低了溝流、偏流程度，促使反應(yīng)更加均勻，氨逃逸低。

4.1.4 降低脫硝系統(tǒng)對(duì)整個(gè)工況的影響率。脫硝后的凈化氣沒有粉塵，應(yīng)用在電廠鍋爐除塵脫硝，能大幅度降低空預(yù)器的堵塞頻率，甚至能消除脫硝后遺癥——硫酸鹽-粉煤灰形成的空預(yù)器堵塞。

4.1.5 經(jīng)過本工藝裝置處理后的凈化氣幾乎不含粉塵、氨或銨鹽，NOX含量可實(shí)現(xiàn)30mg/m3以下排放，使用方在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不必?fù)?dān)憂因相關(guān)行業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的提高而去改造或復(fù)建除塵、脫硝設(shè)備。

4.2 系統(tǒng)缺點(diǎn)

4.2.1 LP濾芯設(shè)備制作以及濾芯安裝等要求精度高，安裝費(fèi)用比傳統(tǒng)除塵+脫硝工藝裝置增加10%～20%。

4.2.2 對(duì)高溫廢氣中氨氧化物濃度有一定的要求，NOX初始含量較低時(shí)采取此種技術(shù)，將會(huì)增加環(huán)保設(shè)備的投資。

4.2.3 裝備占地面積大，不利于對(duì)老鍋爐環(huán)保裝備的改造。

4.2.4 目前高溫除塵脫硝一體化協(xié)同治污單臺(tái)設(shè)備最大處理風(fēng)量?jī)H有15000～19000m3/h，10萬m3/h及以上風(fēng)量的高溫除塵脫硝一體化協(xié)同治污工藝技術(shù)還不成熟。

5 結(jié)語

廢氣污染物治理技術(shù)有多種，對(duì)于高濃度NOX及高濃度粉塵的高溫廢氣而言，走協(xié)同治污路線盡管縮短環(huán)保裝備工藝流程，提高除塵、脫硝效率，但也存在諸多不足，企業(yè)選擇時(shí)需根據(jù)具體情況而決策，切莫盲目“棄舊追新”。

作者簡(jiǎn)介：吳振山（1985-），男，安徽太和人，合肥豐德科技股份有限公司項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，工程師，研究方向：石油化工技術(shù)、化工環(huán)保、節(jié)能減排技術(shù)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）endprint