莫仕程，汪 江，方 向

(1.中國建材國際工程集團(tuán)有限公司，深圳 518054；2.中國建材國際工程集團(tuán)有限公司，蚌埠 230010)

“連續(xù)玄武巖纖維及其復(fù)合材料”于2002年被列入國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃“863計(jì)劃”。玄武巖纖維在復(fù)合材料、隔熱材料、造船材料、摩擦材料、汽車輕量化、以及國防、軍工領(lǐng)域、高溫過濾織物等多個(gè)方面應(yīng)用。2020年，我國玄武巖纖維行業(yè)發(fā)展迅猛，煙氣排放的大氣污染物對環(huán)境帶來嚴(yán)重的影響。因此，研究玻璃纖維及制品工業(yè)污染物煙氣治理技術(shù)應(yīng)用具有重要意義。

目前觸媒陶瓷濾管一體化脫除技術(shù)在平板玻璃、玻璃纖維等行業(yè)得到應(yīng)用。該文對一種觸媒陶瓷纖維濾管煙氣脫硫脫硝除塵一體化煙氣凈化技術(shù)在玄武巖纖維某煙氣治理工程項(xiàng)目的運(yùn)用進(jìn)行研究，為我國玄武巖纖維行業(yè)煙氣治理工程帶來新的工藝技術(shù)路線，并對該行業(yè)深化大氣污染減排煙氣治理提供借鑒。

1 煙氣污染物產(chǎn)生來源

國家“十三五”規(guī)劃將玄武巖纖維納入四大纖維之一[1]。玄武巖纖維的主要生產(chǎn)方法為池窯法拉絲工藝，將礦物原料加工配制送入單元窯，用燃料燃燒熔化物料后直接拉絲[2]。玄武巖纖維窯爐煙氣的大氣污染物主要包括粉塵和煙氣，煙氣特性具有煙氣量小、煙氣溫度高、含水率高及成分復(fù)雜、粘性高等特點(diǎn)。該玄武巖纖維煙氣治理工程項(xiàng)目窯爐的燃料為天然氣，利用純氧助燃，產(chǎn)生的廢氣中主要污染物為煙塵、SO2和 NOx。

1.1 煙塵主要來源

1)原料在燃燒過程中因加料帶入煙氣中形成煙塵；2)玄武巖纖維窯爐內(nèi)易揮發(fā)物質(zhì)在高溫條件下?lián)]發(fā)冷凝成煙塵；3)礦物化石燃料燃燒后生成煙塵。

1.2 SO2 主要來源

天然氣等燃料本身含的S以及輔料礦石中含的S在高溫條件下與 O2反應(yīng)生成 SO2，SO2產(chǎn)生量跟燃料中含硫量及玄武巖原料 SO2產(chǎn)生量有關(guān)。

1.3 NOx主要來源

1)原料中少量含N物質(zhì)在高溫條件下分解氧化；2)燃料中的 N 在高溫條件下與 O2反應(yīng)生成 NOx；3)進(jìn)入玄武巖纖維窯爐空氣中的 N2與 O2在高溫下劇烈反應(yīng)生成 NOx。

1.4 煙氣污染物煙氣特性

玄武巖纖維窯爐出口煙氣溫度在1 000 ℃以上，燃料為天然氣。玄武巖纖維配合料包括玄武巖與輔料(硼鈣石、高嶺土、白云石、石英砂)[3]。玄武巖纖維窯爐生產(chǎn)燃料配合料種類繁多，導(dǎo)致煙氣污染物復(fù)雜，不僅含有煙塵、SOx和NOx，還含有不完全燃燒物質(zhì)、氫化物等多種污染物。煙塵具有較高粘附性、較強(qiáng)的化學(xué)腐蝕性。

2 觸媒陶瓷纖維濾管脫硫脫硝脫除一體化技術(shù)運(yùn)用

為促進(jìn)玄武巖纖維礦物棉生產(chǎn)的技術(shù)進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《玻璃纖維及制品工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿)》，其中對玻璃纖維及制品工業(yè)規(guī)定了大氣污染物排放指標(biāo)，主要污染物顆粒物40 mg/Nm3，二氧化硫150 mg/m3，氮氧化物500 mg/m3。自2020年1月1日起，玻璃纖維及制品工業(yè)企業(yè)大氣污染物排放執(zhí)行此排放限值。隨著國家環(huán)保要求日趨嚴(yán)格，玄武巖纖維行業(yè)污染物排放將面臨大氣污染物排放減排壓力，排放標(biāo)準(zhǔn)新增排放限值要求是未來發(fā)展的大趨勢[4]。針對玄武巖纖維窯爐煙氣污染物來源及煙氣特性，煙氣治理技術(shù)采用“觸媒陶瓷纖維濾管脫硫脫硝脫除一體化技術(shù)”，使用壽命長[5]、能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，為今后日益嚴(yán)峻的環(huán)保形勢做好前瞻性準(zhǔn)備。

2.1 工藝流程介紹

工藝系統(tǒng)組成：回流式循環(huán)煙道系統(tǒng)、干法脫硫系統(tǒng)、氨水儲(chǔ)存輸送噴射系統(tǒng)、陶瓷濾管除塵脫硝系統(tǒng)、換熱器系統(tǒng)等。觸媒陶瓷纖維濾管脫硫脫硝脫除一體化技術(shù)，其工藝流程示意圖如圖1所示。

1)脫硫工藝流程：玄武巖纖維窯爐煙氣經(jīng)金屬換熱器后，經(jīng)過沉降室處理后在干法脫硫系統(tǒng)煙道處噴入儲(chǔ)存在灰倉內(nèi)的氫氧化鈣。初步混合后進(jìn)入脫硫塔，脫硫塔內(nèi)粘性物質(zhì)被包裹聚集進(jìn)行一次脫硫反應(yīng)；通過導(dǎo)流板均流混合后進(jìn)入高溫陶瓷濾管除塵脫硝系統(tǒng)的粘性物質(zhì)被包裹聚集，粒徑較大的污染物粉塵沉降至除塵器倉室，并經(jīng)過物料輸送設(shè)備輸送進(jìn)干法脫硫系統(tǒng)反復(fù)循環(huán)脫硫，粒徑小的污染物粉塵附著在陶瓷濾管表面，并在高溫陶瓷濾管表面的塵餅層上進(jìn)行二次脫硫，二次脫硫后的煙氣可通過回流式循環(huán)煙道再次進(jìn)入除塵器的高溫陶瓷濾管表面的塵餅層進(jìn)行反復(fù)循環(huán)脫硫。通過上述流程脫硫效率大大地提高，SO2排放濃度處理在 100 mg/Nm3以下。

2)脫硝工藝流程：氨水噴射系統(tǒng)在脫硫系統(tǒng)煙道前段處噴入氨水，通過導(dǎo)流板均流混合后進(jìn)入高溫陶瓷濾管除塵脫硝系統(tǒng)。煙氣中的氮氧化物通過陶瓷濾管表面與濾筒壁上的催化劑層接觸發(fā)生反應(yīng)，NH3和NOx通過觸媒陶瓷纖維濾管表面的釩鈦系脫硝觸媒劑催化劑作用，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成N2和水。NOx排放濃度可從2 000 mg/Nm3降低穩(wěn)定控制在200 mg/Nm3以下，脫硝效率達(dá)到90%以上。

3)煙塵過濾工藝流程：陶瓷纖維濾管過濾收集煙氣中的顆粒物。

整套系統(tǒng)完成脫硫、脫硝除塵過程；脫硝除塵后的凈煙氣經(jīng)過高溫風(fēng)機(jī)引出從煙囪排除。

2.2 工藝原理

2.2.1 脫硫工藝原理

脫硫劑：氫氧化鈣(熟石灰)，與含硫煙氣混合后產(chǎn)生反應(yīng)。

除塵器內(nèi)陶瓷過濾管表面積塵過程中形成的塵餅層提供酸性氣體反應(yīng)床，通過回流式循環(huán)流化床系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)反復(fù)脫硫。脫硫效率可達(dá)80%以上。

2.2.2 脫硝工藝原理

1)脫硝采用SCR脫硝技術(shù)。釩鈦系脫硝觸媒劑催化劑作用下(330～380 ℃)，以 NH3作為脫硝還原劑，將煙氣中的NOx還原成 N2和 H2O。

2)觸媒陶瓷纖維濾管粒徑極小，且濾管的表面積很大。因結(jié)構(gòu)空隙延長了煙氣的停留周期，加快了釩鈦系脫硝觸媒劑催化劑的活性比面積和反應(yīng)速率，使脫硝效率得到明顯地提高。

3)釩鈦系脫硝觸媒劑催化劑附在濾管表面形成餅層，可減少重金屬砷、硒、汞的不利影響[6]。

2.2.3 除塵工藝原理

在重力作用下煙塵較大粒徑的粉塵沉降，較小粒徑的粉塵附著沉積在濾管表面進(jìn)行除塵，后續(xù)粉塵不會(huì)穿透至內(nèi)層，由高壓氣體周期性脈沖噴吹濾管表面粉塵，噴吹后仍有部分粉塵餅殘留，此粉塵餅層可過濾新的粉塵，過濾效率高，可處理不同負(fù)荷的粉塵濃度[7]。

2.3 運(yùn)用數(shù)據(jù)分析

該玄武巖纖維煙氣治理項(xiàng)目運(yùn)用觸媒陶瓷濾管一體化技術(shù)對玄武巖纖維窯爐煙氣進(jìn)行脫硫脫硝除塵處理后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，效果明顯，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)參數(shù)如表1所示。

表1 運(yùn)行數(shù)據(jù)參數(shù)

3 結(jié) 論

a.觸媒陶瓷濾管一體化脫除技術(shù)具有耐高溫、高效率、占地面積小、滿足玄武巖纖維窯爐煙氣量小處理難的要求等優(yōu)點(diǎn)，在玄武巖纖維行業(yè)熔窯廢氣污染物運(yùn)用脫除效果明顯，滿足環(huán)保排放要求。

b.隨著玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，既要注重產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)跑，也需要重視產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中帶來的污染問題。而上述觸媒陶瓷濾管一體化脫除技術(shù)的運(yùn)用則可以起到很好的效果，值得深入研究和推廣應(yīng)用。