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        玻璃熔窯煙氣高溫脫硫除塵脫硝一體化工藝

        2021-06-07 10:21:14王桂彩魯曉鵬劉柳楊澤廣
        玻璃 2021年5期
        關(guān)鍵詞:煙氣催化劑工藝

        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(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)程是在完全干燥無(wú)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(lái)的煙氣經(jīng)過(guò)一級(jí)余熱換熱,經(jīng)過(guò)換熱后煙氣溫度可降至350 ℃左右。然后在煙氣通過(guò)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(guò)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(lái)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(lái)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(guò)脫硫除塵后的煙氣緩慢穿過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)濾器。陶瓷催化劑袋式過(guò)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(guò)單一的單元控制過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)濾器母體材料上,制作成陶瓷催化劑袋式過(guò)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(guò)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(guò)細(xì)過(guò)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(guò)濾器克服了傳統(tǒng)布袋除塵器無(wú)法在高溫環(huán)境下使用,靜電除塵器又無(wú)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(guò)濾器則不存在這種問(wèn)題。

        2.1 機(jī)理

        首先,通過(guò)陶瓷催化劑袋式過(guò)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(guò)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(guò)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(wú)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(guò)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(guò)程中一旦出現(xiàn)故障,玻璃熔窯的煙氣將不得不通過(guò)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(guò)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(wèn)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(wèn)題。將陶瓷催化劑袋式過(guò)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(guò)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(yǔ)

        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。

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