杭小君

（南京中電環(huán)保科技有限公司，江蘇 南京 211100）

引言

2020年，我國為持續(xù)推進(jìn)“藍(lán)天保衛(wèi)行動”，出臺了《重污染天氣重點行業(yè)應(yīng)急減排措施制定技術(shù)指南》，尤其對于重點需改造的行業(yè)制定了差異化的重污染天氣應(yīng)急減排措施，對評為A級或在行業(yè)中具有引領(lǐng)性的企業(yè)，要求煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度不高于15、50、130 mg/Nm3，可自主采取減排措施。建材行業(yè)玻璃纖維窯爐煙氣特點是NOx含量實測值一般在200～1 000 mg/m3之間，實際煙氣氧含量為19.1%，實際按照玻璃液產(chǎn)量和19%的氧含量排放折算。

本課題針對江蘇昆山臺嘉玻璃纖維有限公司玻璃纖維池窯現(xiàn)狀進(jìn)行工藝路線的選擇及分析。該企業(yè)玻璃纖維池窯原為“天然氣+空氣燃燒”方式，為節(jié)能減排，考慮改為“天然氣+純氧燃燒”方式。本次改造池窯裝置在原系統(tǒng)基礎(chǔ)上直接調(diào)整燃燒嘴，其他輔助設(shè)施及容量大小均執(zhí)行空氣助燃設(shè)備選型利舊使用。隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，現(xiàn)有NOx排放數(shù)據(jù)約為280 mg/m3（實測氧含量為19.1%），根據(jù)基準(zhǔn)氧含量9%折算后，NOx濃度為1 768 mg/Nm3，無法滿足當(dāng)前A級企業(yè)排放要求的130 mg/Nm3排放值。本文就此項目煙氣脫硝進(jìn)行分析比選，確定最佳的脫硝工藝路線。

玻璃纖維池窯廢氣常用的脫硝工藝有SNCR法[1]、SCR法[2]、陶瓷塵硝一體化等技術(shù)[3]。針對玻纖窯爐煙氣的特性，本文建議使用新的脫硝工藝HTR-3SO，以適應(yīng)新的排放標(biāo)準(zhǔn)或滿足未來超低排放的空間改造要求。

臺嘉玻璃纖維有限公司煙氣原始參數(shù)如表1所示。

表1 煙氣原始參數(shù)

本項目脫硝效率要求達(dá)到93%以上，考慮到脫硝效率及投資、運行成本等因素，采用南京中電環(huán)?？萍加邢薰狙邪l(fā)的新技術(shù)HTR-3SO高效脫硝工藝路線為最優(yōu)方案。SNCR法效率僅為30%～50%，無法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；SCR法、陶瓷塵硝一體化技術(shù)需要進(jìn)行升溫，不僅投資費用大，而且占地面積大且運行費用極高，故不推薦。

1 HTR-3SO脫硝技術(shù)

該煙氣處理技術(shù)路線為：池窯煙氣→“HTR-3SO脫硝”→濕法脫酸塔→煙囪。首先，池窯燃燒的高溫廢氣經(jīng)過池窯出口豎直煙道排放；在豎直煙道煙溫1 100～1 200 ℃的區(qū)域投加HTR復(fù)合生物基脫硝劑，在高溫?zé)煔夂椭鷦┐呋饔孟?，脫硝劑裂解成單鏈或短鏈的C、H、O自由基團，有效活性基團和煙氣中的NOx發(fā)生還原反應(yīng)；初步凈化的煙氣經(jīng)空氣換熱器換熱后，煙溫降低至100 ℃以下；在進(jìn)入脫酸塔之前投加3SO超重力產(chǎn)生的強氧化劑氣體與煙氣中的NOx進(jìn)一步發(fā)生氧化反應(yīng)，將低價態(tài)NOx氧化成高價態(tài)NOx；通過后部脫酸塔內(nèi)的堿液洗滌，深度去除煙氣中的氮氧化物，最后凈煙氣達(dá)標(biāo)通過煙囪排放。

此脫硝系統(tǒng)的流程與煙氣溫度非常契合，無需額外的燃?xì)鉄犸L(fēng)爐對煙氣進(jìn)行輔助加熱，HTR-3SO脫硝系統(tǒng)直接在煙氣高溫段（1 100～1 200 ℃）和低溫段（＜100 ℃）分別投加了兩種不同脫硝劑，通過前后端的聯(lián)合控制，將NOx處理至近零排放，滿足了本項目較高的脫硝效率要求。

HTR-3SO脫硝技術(shù)是常規(guī)SNCR脫硝技術(shù)的升級，使用HTR高效復(fù)合生物基脫硝劑代替常規(guī)的氨水或尿素溶液，可將使用溫度拓寬至650～1 200 ℃的溫域范圍。該技術(shù)優(yōu)勢明顯，無需催化劑，投資成本低；無氨系統(tǒng)風(fēng)險，安裝周期短，無需停爐改造；脫硝效率高且穩(wěn)定，系統(tǒng)阻力小，幾乎不增加能耗；模塊化裝置，布置靈活，場地適用能力強；系統(tǒng)簡單，運行維護成本低；智慧云監(jiān)控可做到無人值守監(jiān)控。

HTR-3SO脫硝技術(shù)，此前從未使用在玻璃纖維池窯上，業(yè)主方最大的擔(dān)憂是脫硝劑汽化不完全對玻璃纖維液質(zhì)量的影響。本次試驗對系統(tǒng)噴射進(jìn)行液相壓力保護，設(shè)置了專用霧化噴槍，經(jīng)過連續(xù)3個月以上的運行觀察，發(fā)現(xiàn)其對窯爐玻璃纖維液質(zhì)量無任何影響。

2 SNCR脫硝技術(shù)

該煙氣處理技術(shù)路線為：“池窯煙氣→SNCR脫硝”→濕法除塵脫酸塔→煙囪。SNCR脫硝是不用催化劑的選擇性還原技術(shù)，將氨類溶液通過在線實時計量，噴入安裝在池窯高溫?zé)煔舛蔚膰姌寖?nèi)，氨類溶液在高溫?zé)煔庾饔孟卵杆俜纸獬鯪H3，并與煙氣中的NOx進(jìn)行反應(yīng)，生成氮氣和水汽。

本項目由于存在空氣換熱器，煙道內(nèi)無最佳SNCR脫硝反應(yīng)的溫度區(qū)間，SNCR脫硝運行的溫度窗口工況條件發(fā)生在850～1 050 ℃之間，為最高脫硝效率，而玻璃纖維池窯出口煙氣溫度在1 100～1 200 ℃。當(dāng)反應(yīng)溫度超過一定標(biāo)準(zhǔn)，投入的氨類還原劑會開始分解并被氧化，從而使氮氧化物的還原率下降[4]，NOx脫除效率顯著降低。此外，由于玻璃纖維池窯出口煙道空間及煙氣停留時間所限，存在氨分布不均勻的問題，并進(jìn)一步加劇了脫硝率低的問題。由于本項目要求具有93%以上的較高脫除效率，SNCR脫硝工藝無法達(dá)到，故不適合本項目的池窯煙氣脫硝處理。

3 SCR脫硝技術(shù)

該煙氣處理技術(shù)路線為：池窯煙氣→濕法除塵脫酸塔→“熱風(fēng)爐升溫→SCR脫硝”→煙囪。首先，池窯燃燒的高溫廢氣經(jīng)過池窯出口豎直煙道排放，在豎直煙道經(jīng)空氣換熱器快速換熱降溫后，煙氣溫度低至100 ℃以下；原煙氣經(jīng)過濕法除塵脫酸塔后，對濕煙氣進(jìn)行熱風(fēng)爐升溫至180 ℃以上；升溫后的煙氣與熱解或水解的氨氣在氨空氣混合器內(nèi)混合，經(jīng)噴氨格柵噴入SCR反應(yīng)器入口煙道內(nèi)，隨后進(jìn)入反應(yīng)器中；在低溫催化劑作用下，NH3有選擇性地與煙氣中的NOx發(fā)生反應(yīng)，將煙氣中的NOx還原成N2和H2O。此脫硝系統(tǒng)可以通過設(shè)置3層催化劑，將NOx處理到20 mg/m3以下的排放標(biāo)準(zhǔn)，滿足脫硝的高效率要求。

此脫硝系統(tǒng)的流程不能適用現(xiàn)有煙氣溫度，采用低溫催化劑需要熱風(fēng)爐輔助加熱升溫，同時為了節(jié)省天然氣升溫的耗量，采用換熱器進(jìn)行高低溫?zé)煔鈸Q熱。此系統(tǒng)放置在脫硫除塵后，將煙氣中絕大部分SO2、粉塵等去除，極大地改善了催化劑堵塞及中毒失活的影響。但其存在干濕態(tài)運行的情況，對換熱器的材質(zhì)要求較高，且熱風(fēng)爐升溫所需天然氣的運行費用較高。此外，鑒于玻璃纖維窯爐無法停爐的運行要求，且環(huán)保處理數(shù)據(jù)需實時在線聯(lián)網(wǎng)并上傳環(huán)保監(jiān)測平臺，因此必須設(shè)置在線備用切換系統(tǒng)，以保證脫硝的處理要求。所以，該技術(shù)不僅初期建設(shè)成本高，而且運行成本也較高，并會出現(xiàn)備用設(shè)備閑置的情況。

4 陶瓷塵硝一體化技術(shù)

該煙氣處理技術(shù)路線為：池窯煙氣→熱風(fēng)爐升溫→陶瓷塵硝一體化→濕法除塵脫酸塔→煙囪。首先，池窯燃燒的高溫廢氣經(jīng)池窯出口豎直煙囪及空氣換熱器快速換熱降溫至100 ℃以內(nèi)。本項目擬將陶瓷塵硝一體化裝置建設(shè)在濕法文氏除塵脫酸塔之前，因煙氣中的SO2未脫除，需將煙氣溫度升高至350 ℃，故需對窯爐煙氣進(jìn)行熱風(fēng)爐加熱升溫；玻璃纖維煙氣中含有大量的氧化硼和SO2，需對其進(jìn)行調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)后的廢氣再進(jìn)入陶瓷塵硝一體化裝置中。

本項目在陶瓷塵硝一體化裝置的前部煙道噴入氨水及鈣基調(diào)質(zhì)劑，先去除大量的氧化硼、氟化物及部分SO2；然后在陶瓷濾管內(nèi)催化劑的催化作用下，NOx迅速與氨氣發(fā)生反應(yīng)，把煙氣中的NOx還原為N2和H2O。采用陶瓷管，脫硝效率可達(dá)93%以上，并將NOx處理到20 mg/m3以下的排放標(biāo)準(zhǔn)，滿足脫硝的高效率要求。建設(shè)一套陶瓷塵硝一體化裝置可以一次性脫除煙氣中的粉塵、NOx等污染物，但此系統(tǒng)若煙氣中的氧化硼、氟化物調(diào)質(zhì)去除不凈，長期運行存在陶瓷管堵塞及腐蝕的風(fēng)險，從而極大影響催化劑的失活及脫除效率，需要不斷更換陶瓷管，造成運行維護成本高昂。但陶瓷塵硝一體化裝置可以設(shè)置多個單體倉室，每個單體倉室煙氣進(jìn)出均設(shè)置檢修閥門，保證倉室在出現(xiàn)異常的情況下，可在線檢修、更換陶瓷管，無需對窯爐進(jìn)行停機，不影響運行生產(chǎn)。

5 不同工藝路線的對比分析總結(jié)

通過表2對四種工藝路線的分析可知，本玻璃纖維池窯煙氣項目最終通過HTR-3SO脫硝試驗裝置，實現(xiàn)了將NOx處理到20 mg/m3的排放數(shù)值；項目試驗連續(xù)運行后，經(jīng)檢測，數(shù)據(jù)達(dá)到業(yè)主方改造要求。經(jīng)實測，煙氣氧含量約在19.1%的情況下，NOx濃度均小于3 mg/m3，折算到基準(zhǔn)9%含氧量下，NOx濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于130 mg/Nm3，符合排放標(biāo)準(zhǔn)要求。煙氣NOx檢測數(shù)據(jù)如表3所示。

表2 不同工藝路線的對比

表3 煙氣NOx檢測數(shù)據(jù)

6 結(jié)語

本工程為建材行業(yè)玻璃纖維池窯空氣助燃改為純氧助燃的一個案例，但通過投運HTR-3SO脫硝系統(tǒng)，很好地解決了NOx達(dá)標(biāo)排放基準(zhǔn)氧含量折算的問題，同時脫硝系統(tǒng)模塊化配置不影響池窯連續(xù)生產(chǎn)，無需停爐即可實現(xiàn)在線備用和檢修的要求。結(jié)合整個玻璃纖維池窯行業(yè)環(huán)保設(shè)施現(xiàn)狀來看，對原已建設(shè)除塵脫酸塔裝置的池窯，HTR-3SO脫硝系統(tǒng)可以很好地進(jìn)行應(yīng)用和推廣使用，并很好地解決NOx超低排放的環(huán)保問題。此脫硝技術(shù)為玻璃纖維池窯脫硝治理提供了一個切實可行的技術(shù)路徑參考。