胡殿芳，程德義，李金虎，谷化強，王慧敏

(1.中國耀華玻璃集團(tuán)有限公司，秦皇島 066000；2.中國建材國際工程集團(tuán)有限公司，深圳 518054；3.中國建材國際工程集團(tuán)有限公司，蚌埠 233010)

玻璃纖維是一種無機(jī)非金屬材料，具有高耐熱性、絕緣性、耐腐蝕性、拉伸強度高等多種優(yōu)異性能，在很多領(lǐng)域可以代替水泥、鋼、木材、PVC等多種傳統(tǒng)材料，促進(jìn)玻纖滲透率的提升[1]。玻璃纖維廣泛應(yīng)用于建筑、電子、環(huán)保、工業(yè)設(shè)備、風(fēng)電等領(lǐng)域[2,3]。玻璃纖維種類繁多，它以石英砂、硼鎂石、石灰石等多種礦石為原料經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗、織布等工藝制造而成[4,5]。2020年我國玻璃纖維紗總產(chǎn)量為541萬t，同比增長2.64%。隨著玻纖制造業(yè)的發(fā)展，對大氣帶來的污染也是相當(dāng)嚴(yán)重。玻璃纖維窯爐燃燒產(chǎn)生的主要污染物為二氧化硫、氮氧化物、氟化物和粉塵等，直接排放對環(huán)境和人類帶來巨大的危害[6]。因此，研究玻璃纖維及制品制造業(yè)污染物煙氣治理技術(shù)具有重要意義。

目前，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布玻璃纖維及制品行業(yè)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)是《玻璃纖維及制品工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿)》[7]，SO2排放限值為150 mg/m3，NOx排放限值為500 mg/m3，氟化物排放限值為5 mg/m3，粉塵排放限值為40 mg/m3。由于玻纖行業(yè)煙氣量小、進(jìn)口污染物SO2濃度高等特點，大多數(shù)玻璃纖維企業(yè)選用濕法工藝技術(shù)治理煙氣，但煙氣治理效果不理想，經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備堵塞、設(shè)備腐蝕、場地異味大、運行和維護(hù)費用高、煙囪可視大量白煙等問題，最終無法適應(yīng)日趨嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求[8]。所以必須選擇合適的脫硫脫氟脫硝除塵技術(shù)對煙氣進(jìn)行綜合處理，使煙氣達(dá)標(biāo)排放。

因此，該工程針對玻璃纖維窯爐煙氣特點，采用觸媒陶瓷纖維濾管脫硫脫氟脫硝除塵一體化干法煙氣凈化工藝裝置。該裝置具有占地面積小、使用壽命長、操作簡單、運行和維護(hù)費用低等特點，并且該技術(shù)在平板玻璃行業(yè)也廣泛應(yīng)用[9]。

1 玻璃纖維窯爐煙氣特點

1)煙氣量較小。玻纖工業(yè)由于原料配料中使用量小，所以燃燒生成的煙氣量比較小，煙氣量一般低于20 000 Ndm3/h。

2)SO2濃度高。玻纖工業(yè)燃料含硫量高，導(dǎo)致玻璃纖維窯出口SO2濃度高，一般在1 500～4 000 mg/m3。

3)煙氣中污染成分多。玻纖工業(yè)產(chǎn)生的主要廢氣有SO2、NOx、HF、HCl、CO2等有害氣體。

4)煙氣粉塵性質(zhì)復(fù)雜。煙氣中粉塵主要由金屬氧化物、金屬鹽類及不完全燃燒等物質(zhì)組成。

5)玻璃纖維窯內(nèi)壓力要求穩(wěn)定。玻璃纖維制品生產(chǎn)時，必須保證窯爐內(nèi)壓力穩(wěn)定，壓力在(5±3)Pa[10]。

基于玻璃纖維窯爐煙氣特點，該項目工程玻璃纖維窯出口煙氣參數(shù)如表1所示。

表1 玻璃纖維窯出口煙氣參數(shù)

2 觸媒陶瓷濾管一體化干法煙氣脫除技術(shù)應(yīng)用

針對玻璃纖維窯煙氣特點，該工程采用陶瓷濾管脫硝除塵+兩級串聯(lián)脫硫處理技術(shù)，即：第一級采用熟石灰干法脫硫+觸媒陶瓷纖維濾管脫硝除塵，熟石灰進(jìn)行脫氟脫硝處理，并輔助脫硫；第二級采用碳酸氫鈉干法脫硫+布袋除塵器處理，碳酸氫鈉作為脫硫劑進(jìn)行深度脫硫，并輔助脫氟。

2.1 工藝流程介紹

工藝系統(tǒng)組成：干法脫硫系統(tǒng)、脫硫劑供應(yīng)系統(tǒng)、氨水輸送噴射系統(tǒng)、陶瓷濾管除塵器系統(tǒng)、低溫鍋爐系統(tǒng)、布袋除塵器系統(tǒng)、輸灰系統(tǒng)、煙道系統(tǒng)。觸媒陶瓷纖維濾管脫硫脫氟脫硝除塵一體化系統(tǒng)工藝流程圖，如圖1所示。

工藝流程：首先，在系統(tǒng)進(jìn)口溫度滿足350～400 ℃條件下，高溫余熱鍋爐煙氣與噴入的氫氧化鈣粉末充分混合后經(jīng)過干法調(diào)質(zhì)脫硫系統(tǒng)，進(jìn)行脫硝脫氟處理并輔助脫硫。接著，煙氣進(jìn)入觸媒陶瓷纖維濾管除塵器，煙氣中的SO2與觸媒陶瓷纖維濾管表面濾餅層反應(yīng)可提高干法脫硫效率，同時與煙氣中噴入的NH3和NOx在觸媒陶瓷纖維濾管所負(fù)載的催化劑作用下，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成N2和H2O。其中，濾管除塵器灰斗下方的副產(chǎn)物進(jìn)入循環(huán)灰系統(tǒng)，一方面可進(jìn)一步提高脫硝脫氟脫硫效率，另一方面可節(jié)約物料控制成本。然后，煙氣進(jìn)入低溫鍋爐系統(tǒng)，保證低溫鍋爐出口煙氣溫度在150～200 ℃之間，一方面可以保護(hù)布袋除塵器中的布袋，提高使用壽命，另一方面低溫鍋爐產(chǎn)生的蒸汽可余熱利用，蒸汽量為3.0 t/D。隨后，煙氣進(jìn)入二級脫硫塔，在二級脫硫塔內(nèi)完成SO2的深度脫硫，副產(chǎn)物經(jīng)布袋除塵器收集。最后，凈化后的煙氣由引風(fēng)機(jī)送入煙囪排入大氣。

2.2 工藝原理

2.2.1 脫硫脫氟工藝原理

首先，通過石灰輸送系統(tǒng)將石灰倉中的Ca(OH)2輸送至一級脫硫塔與煙氣中SO2等酸性物質(zhì)反應(yīng)，進(jìn)行脫硝脫氟和輔助脫硫。脫氟效率可達(dá)90%，脫硫效率可達(dá)70%。接著，通過高效的NaHCO3噴射均布裝置，將脫硫劑NaHCO3噴入二級脫硫塔內(nèi)，NaHCO3在塔內(nèi)被熱激活，比表面積迅速增大，與煙氣充分接觸發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，從而將煙氣中的SO2等酸性物質(zhì)吸收凈化。脫硫效率可達(dá)95%，脫氟效率可達(dá)98%。

2.2.2 脫硝工藝原理

脫硝工藝采用選擇性催化還原法。在陶瓷纖維濾管表面釩-鈦系觸媒催化劑作用下，以NH3作為脫硝還原劑，將煙氣中的NOx還原成N2和H2O。該反應(yīng)最佳溫度為330～380 ℃。

觸媒陶瓷纖維濾管粒徑小，為納米級，且濾管表面積大，增加了催化劑的活性表面積和反應(yīng)速率，同時增加了煙氣的停留時間，使脫硝效率大幅度提升。脫硝效率可達(dá)95%以上。

催化劑附著在陶瓷纖維濾管上，在濾管外層形成粉餅層，可降低重金屬砷(As)、硒(Se)及汞(Hg)對催化劑的毒化作用。

2.2.3 除塵工藝原理

首先，經(jīng)干法調(diào)質(zhì)脫硫后的煙氣進(jìn)入觸媒陶瓷纖維濾管除塵器，在陶瓷濾管表面形成殘存層餅與顆粒層餅兩層。其中，殘存層餅緊貼陶瓷纖維濾管表面，厚度為1～2 mm，防止粉塵滲透到濾管，提高過濾效率；較外層的顆粒層餅可通過反向脈沖清洗，致使粉塵顆粒脫離，除掉的粉塵收集在除塵裝置的料斗中，由氣力輸送系統(tǒng)送至干法脫硫塔前段煙道進(jìn)行循環(huán)利用，進(jìn)一步提高除塵效率。然后，經(jīng)觸媒陶瓷纖維濾管除塵器處理后的煙氣進(jìn)入布袋除塵器，顆粒大的粉塵由于重力作用沉降落入灰斗，較細(xì)小粉塵利用布袋纖維織物的過濾作用被阻留，最后煙氣得到凈化。除塵效率可達(dá)99.9%以上。

3 運行數(shù)據(jù)分析

該玻纖煙氣治理項目采用觸媒陶瓷纖維濾管脫硫脫氟脫硝除塵一體化技術(shù)對玻璃纖維窯出口煙氣進(jìn)行脫硫脫氟脫硝除塵處理后，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，效率高，達(dá)到設(shè)計要求與國家污染物標(biāo)準(zhǔn)排放限值。

3.1 脫硫劑對在線監(jiān)測出口二氧化硫的影響

該項目工程采用陶瓷濾管脫硝除塵+兩級串聯(lián)脫硫處理技術(shù)，出于成本考慮，將氫氧化鈣用量控制在200 kg/h，觀察脫硫劑用量對在線監(jiān)測出口SO2的影響。在線監(jiān)測進(jìn)口SO2濃度為1 500～4 000 mg/Nm3，從圖2中可知，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，且氫氧化鈣用量控制在200 kg/h，碳酸氫鈉用量控制在50 kg/h左右時，污染物SO2濃度可控制在50 mg/Nm3以內(nèi)，滿足環(huán)保排放限值要求。該技術(shù)脫硫效果明顯，可實現(xiàn)高濃度SO2超低排放，效率高達(dá)95%以上。

3.2 脫硝還原劑對在線監(jiān)測出口氮氧化物的影響

從圖3中可知，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，且氨水用量控制在55 kg/h左右時，污染物NOx濃度可控制在55 mg/Nm3以內(nèi)，滿足環(huán)保排放限值要求。該技術(shù)脫硝效率可達(dá)95%以上。

3.3 系統(tǒng)進(jìn)出口污染物濃度數(shù)據(jù)分析

從表2中可知，玻纖窯爐入口SO2濃度相對較高，但經(jīng)過觸媒陶瓷纖維濾管脫硫脫氟脫硝除塵一體化干法煙氣凈化工藝裝置處理后煙氣在線監(jiān)測出口SO2、NOx、粉塵、氟化物等污染物濃度遠(yuǎn)低于《玻璃纖維及制品工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿)》(SO2排放限值為150 mg/m3，NOx排放限值為500 mg/m3，氟化物排放限值為5 mg/m3，粉塵排放限值為40 mg/m3)。其中，在線監(jiān)測出口污染物SO2實現(xiàn)了超低排放。

表2 系統(tǒng)進(jìn)出口污染物濃度數(shù)據(jù)分析

該項目工程通過長時間觀察與試驗，并結(jié)合污染物排放指標(biāo)和成本考慮，將氫氧化鈣用量控制在200 kg/h，碳酸氫鈉用量50 kg/h，氨水用量55 kg/h，可使在線監(jiān)測出口污染物SO2濃度控制在50 mg/m3以內(nèi)，NOx濃度控制在55 mg/m3以內(nèi)，氟化物濃度控制在5 mg/m3以內(nèi)，粉塵濃度控制在10 mg/m3以內(nèi)。

4 結(jié) 論

a.該工程采用觸媒陶瓷濾管一體化干法煙氣脫除技術(shù)實現(xiàn)了高二氧化硫濃度超低排放，脫硫效率達(dá)到95%以上，為玻纖行業(yè)煙氣脫硫脫硝除塵綜合治理提供了一條切實可行的路徑。

b.觸媒陶瓷濾管一體化干法煙氣脫除技術(shù)具有高效率、占地面積小、操作簡單、成本和維護(hù)費用低等優(yōu)點。尤其在日益嚴(yán)峻的環(huán)保排放要求下，采用煙氣干法工藝可以達(dá)到煙囪排放無煙效果。