用改性SNCR低溫脫硝與半干法脫硫除塵綜合技術(shù)治理陶瓷窯爐尾氣

吳榮標(biāo)　潘俏君　張瑞琪

摘 要：近年來(lái)，工業(yè)發(fā)展的不斷壯大，但人居生活環(huán)境的不斷惡化，“節(jié)能減排”成為了工業(yè)領(lǐng)域中的焦點(diǎn)話(huà)題，陶瓷行業(yè)又一直被認(rèn)為是“三高”行業(yè)，政府也多次出臺(tái)政策要求陶瓷行業(yè)進(jìn)行整改，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)。節(jié)能減排成為了陶瓷行業(yè)的重要一環(huán)。本文主要闡述陶瓷工業(yè)窯爐的煙氣特性，提出采用改性SNCR低溫脫硝與半干法脫硫除塵綜合技術(shù)治理陶瓷窯爐尾氣。簡(jiǎn)單地分析了該技術(shù)的性能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：半干法；窯爐脫硫脫硝；陶瓷；改性SNCR低溫脫硝

1 前言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)陶瓷工業(yè)也得到了迅猛發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)陶瓷墻地磚生產(chǎn)量由1991年的2.72億m2猛增至2012年約90億m2，產(chǎn)量居世界第一，約占世界的2/3，形勢(shì)一片大好[1]。但其帶來(lái)的負(fù)面影響--窯爐煙氣污染也越來(lái)越突出。我國(guó)大氣中90%的SOX、85%的CO2、80%的ROX（粉塵）和50%的NOX污染均來(lái)自陶瓷窯爐、蒸汽鍋爐以及其他各種工業(yè)窯爐[2]。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，目前僅在日用陶瓷、建筑陶瓷生產(chǎn)領(lǐng)域中就有3 000余座窯爐，達(dá)到窯爐總數(shù)的70%，因此處理陶瓷窯爐煙氣污染就成為了目前應(yīng)該研究的方向。

目前的行業(yè)中大部分均采用濕式脫硫除塵塔系統(tǒng)，這樣的結(jié)果是SO2的排放濃度雖然達(dá)標(biāo)，但粉塵排放濃度很難到新的陶瓷工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)（《陶瓷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB25464-2010）），而且采用濕法煙氣脫硫，將產(chǎn)生大量的脫硫廢水，而且污水處理系統(tǒng)所需的占地面積進(jìn)一步擴(kuò)大；廢水量的增加，占前的行業(yè)中大部分均采用濕式脫硫除塵塔系統(tǒng)，地面積的進(jìn)一步需求，使得產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中需要的能耗也進(jìn)一步擴(kuò)大[3]。近年來(lái)市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種適合陶瓷工業(yè)窯爐廢氣處理的脫硫除塵技術(shù)--噴霧半干法煙氣除塵技術(shù)。該技術(shù)在國(guó)內(nèi)脫硫市場(chǎng)上已有商業(yè)運(yùn)用業(yè)績(jī)，除塵脫硫效果也不亞于濕法脫硫。

在我國(guó)煙氣污染控制主要集中在除塵和SO2的控制上，隨著環(huán)境污染的加重以及空氣質(zhì)量要求的提高，NOx的治理己被提上日程。目前我國(guó)， 對(duì)工業(yè)窯爐NOx 廢氣的排放也做出了嚴(yán)格的規(guī)定， 按《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB25464-2010執(zhí)行。目前SCR脫硝工藝合適的煙氣溫度是300～420℃，投資及運(yùn)行費(fèi)用高，占地面積大，不適合于用地緊張的陶瓷企業(yè)窯爐煙氣脫硝。

本文將結(jié)合陶瓷工業(yè)窯爐煙氣的特點(diǎn)，從實(shí)際應(yīng)用角度分析和討論，提出利用改性SNCR低溫脫硝與半干法脫硫除塵綜合技術(shù)治理陶瓷窯爐尾氣。

2 改性SNCR低溫脫硝與半干法脫硫除塵綜合技術(shù)工藝簡(jiǎn)介

改性SNCR低溫脫硝與半干法脫硫除塵綜合技術(shù)是在充分利用現(xiàn)有裝置的基礎(chǔ)上，增設(shè)相應(yīng)裝置，實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫硫脫硝除塵。系統(tǒng)中巧妙地設(shè)置了脫硝機(jī)裝置，增加部分管道，系統(tǒng)運(yùn)行溫度為300～450℃，保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、連續(xù)地運(yùn)行。

工藝流程如圖1所示，在燒成窯與干燥窯之間的風(fēng)管管道段安裝脫硝裝置，采用改性SNCR技術(shù)進(jìn)行低溫脫硝處理，同時(shí)會(huì)吸收部分的SO2，處理后的煙氣進(jìn)入到半干法的脫硫裝置，煙氣中的SO2與堿性溶液經(jīng)充分反應(yīng)形成脫硫霧滴，高溫蒸發(fā)后煙氣降溫脫硫，隨煙氣進(jìn)入在線(xiàn)行噴吹布袋除塵器，通過(guò)除塵器將煙氣中的粉塵和脫硫副產(chǎn)物捕集凈化，然后經(jīng)由風(fēng)機(jī)、煙囪達(dá)標(biāo)排放。

3 改性SNCR低溫脫硝技術(shù)系統(tǒng)

3.1改性SNCR低溫系統(tǒng)工藝流程

改性SNCR低溫系統(tǒng)其實(shí)是在SNCR的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)的一項(xiàng)技術(shù)，其基本原理與SNCR一樣，在一定溫度范圍內(nèi)（300～450℃），利用干復(fù)藥還原 NOx。其主要反應(yīng)為：

NOx+干復(fù)藥+O2→N2+H2O

（備注：干復(fù)藥為我司自主研發(fā)專(zhuān)用于低溫脫硝的藥劑，不含尿素，無(wú)氨逃逸，安全穩(wěn)定）

與SNCR不同的是改性SNCR 低溫系統(tǒng)將細(xì)小的改性藥劑溶液霧滴噴入特定管道區(qū)域中并使其均勻分布。改性SNCR 低溫系統(tǒng)是一個(gè)煙氣管道內(nèi)的脫硝反應(yīng)，改性藥劑溶液霧滴在管道相應(yīng)溫度窗口區(qū)域的精細(xì)分布程度是該系統(tǒng)性能的重要影響因素。該系統(tǒng)儲(chǔ)存適合濃度的改性藥劑溶液并將它循環(huán)輸送到管道側(cè)，然后利用該企業(yè)提供的壓縮空氣將改性藥劑溶液進(jìn)一步稀釋到預(yù)設(shè)的濃度，并通過(guò)計(jì)量模塊精確計(jì)量脫硝反應(yīng)所需的改性藥劑溶液被輸送到噴槍。噴槍利用機(jī)械霧化和攜帶風(fēng)將所需的改性藥劑溶液噴入特定管道區(qū)域中。在系統(tǒng)優(yōu)化和調(diào)試期間，每支槍的霧化性能和流速等還要根據(jù)管道內(nèi)的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷和 NOx 濃度進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整以更好的滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。脫硝機(jī)可與在線(xiàn)監(jiān)測(cè)聯(lián)網(wǎng)，根據(jù)其反饋的數(shù)據(jù)（例如：處理后濃度、NH3 逃逸濃度等）自動(dòng)對(duì)噴藥量、藥液濃度等參數(shù)實(shí)施準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，以求平衡地達(dá)標(biāo)排放和節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

改性SNCR 系統(tǒng)主要由藥劑儲(chǔ)存箱、藥劑輸送調(diào)節(jié)系統(tǒng)、藥劑反饋傳感器組件、觸摸式控制屏、自動(dòng)調(diào)節(jié)式藥劑噴槍組件等組成。裝置圖如圖2所示。

3.2技術(shù)工藝特點(diǎn)

與其同類(lèi)技術(shù)工藝相比，本系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

（1） 使用改性藥劑作為還原劑，無(wú)毒、無(wú)害、不含尿素、不會(huì)產(chǎn)生氨逃逸；

（2） 不需要儲(chǔ)存、處理帶壓和危險(xiǎn)的無(wú)水氨或氨水相應(yīng)的安全設(shè)備；

（3） 使用液態(tài)而不是氣態(tài)反應(yīng)劑，可以更有效地控制反應(yīng)劑噴射模式和反應(yīng)劑分布，保證與煙氣良好的混合，在合適的溫度下，使藥劑得到更充分的利用，有效提高還原劑利用率。

（4） 還原反應(yīng)劑滲透能力強(qiáng)，液滴尺寸合理，分布均勻，與煙氣中的 NOx 混合良好；

（5）每一工程的改性藥劑噴射系統(tǒng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)量身定做，有墻式噴射器，帶伸縮的墻式噴射器以及多噴嘴槍式噴射器，在短的改性藥劑噴槍不能覆蓋的區(qū)域，多噴嘴槍式噴射器能保證所噴射的改性藥劑溶液良好的覆蓋。

4 半干法脫硫除塵工藝

陶瓷工業(yè)窯爐煙氣一般具有以下特性，由于生產(chǎn)中燒成窯的尾氣含有較高溫度，為了利用余熱，一般將燒成窯廢氣轉(zhuǎn)入前段工藝--干燥窯中，由此造成廢氣排煙溫度相對(duì)較低，而由于陶瓷制噴干粉過(guò)程中粉塵從液滴吸收熱量的過(guò)程中吸塵了煙氣中的SO2，在窯爐烘干燒成過(guò)程中有一部分釋放出來(lái)，再在燒成過(guò)程中燃料燃燒產(chǎn)生的SO2，窯爐廢氣中SO2濃度較高，而干燥窯干燥過(guò)程中產(chǎn)生的濕氣也隨著廢氣排放，使得了陶瓷工業(yè)窯爐產(chǎn)生的廢氣具有低溫，高濕，高濃度的特性[2]。

本文介紹的窯爐煙氣“半干法脫硫及除塵技術(shù)”中處理系統(tǒng)主要由兩個(gè)工藝過(guò)程組成：“干法脫硫”+“布袋除塵”，以及與之配套的風(fēng)機(jī)管路系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。它的基本工藝原理是：將一定量的堿性溶液噴入降溫脫硫塔內(nèi)；脫硫霧滴高溫蒸發(fā)后形成煙氣降溫脫硫，隨煙氣進(jìn)入除塵器，通過(guò)除塵器將煙氣中的粉塵和脫硫副產(chǎn)物捕集凈化，然后經(jīng)由風(fēng)機(jī)、煙囪達(dá)標(biāo)排放。具體工藝流程見(jiàn)圖見(jiàn)圖3。

4.1降溫脫硫系統(tǒng)

4.1.1系統(tǒng)組成及流程

降溫脫硫系統(tǒng)采用的是“噴霧干燥降溫脫硫技術(shù)”，系統(tǒng)主要由降溫脫硫塔、降溫脫硫水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等組成，其系統(tǒng)流程如圖4所示。

4.1.2系統(tǒng)配置及結(jié)構(gòu)

（1） 降溫脫硫塔

本系統(tǒng)采用降溫脫硫塔作為降溫脫硫設(shè)備，它由筒體、灰斗、噴咀、導(dǎo)流板、水管、氣管等組成。

煙氣進(jìn)入降溫脫硫塔后，在導(dǎo)流板的作用下均勻地向上流動(dòng)。噴咀采用氣水雙流噴咀，可以將溶液霧化成50μm的液滴，液滴與高溫?zé)煔饨佑|時(shí)，可以把煙氣當(dāng)中的熱量帶走降低煙氣溫度，同時(shí)溶液當(dāng)中的堿與煙氣當(dāng)中SO2反應(yīng)，吸收中和了煙氣當(dāng)中的SO2，使其SO2含量達(dá)到國(guó)家的相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)液滴完全蒸發(fā)后，煙氣再進(jìn)入除塵器。

煙氣中的粉塵部分在重力作用下落入灰斗中，經(jīng)布袋捕集后，在振動(dòng)器的作用下，經(jīng)卸灰閥排出。

（2） 降溫脫硫溶液制備

根據(jù)系統(tǒng)降溫脫硫的要求，通過(guò)泵與流量調(diào)節(jié)閥精確配制降溫脫硫溶液的濃度，降溫脫硫溶液在不銹鋼多級(jí)離心泵的加壓下，經(jīng)氣水雙流噴咀以極微小的霧滴噴入降溫脫硫塔內(nèi)。

4.3系統(tǒng)特點(diǎn)

（1） 結(jié)構(gòu)形式獨(dú)特，降溫脫硫效率高，滿(mǎn)足系統(tǒng)要求

根據(jù)煙氣治理經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出的降溫塔結(jié)合了多種降溫脫硫系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)傳感器及自動(dòng)控制系統(tǒng)，有效地控制相關(guān)降溫脫硫操作準(zhǔn)確性，可以使得煙氣穩(wěn)定地保持一定的溫度濕度。

（2） 占地面積小

降溫脫硫塔為立式結(jié)構(gòu)，占地面積很小，另外溶液罐、泵的占地面積也很小。

（3）工藝簡(jiǎn)單、節(jié)省投資

根據(jù)高溫?zé)煔獾膶?shí)際溫度，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整流量，就可方便調(diào)溫度，不僅滿(mǎn)足系統(tǒng)要求，而且節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。且降溫塔運(yùn)行對(duì)陶瓷熔爐的爐壓沒(méi)有影響。

（4）系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單

整個(gè)系統(tǒng)活動(dòng)部件少，降溫脫硫溶液采用潔凈自來(lái)水，系統(tǒng)不存在堵塞問(wèn)題。

經(jīng)脫硫塔后的煙氣進(jìn)入布袋除塵器，合理并穩(wěn)定解決粉塵、脫硫反應(yīng)物等易造成煙氣粉塵超標(biāo)的問(wèn)題。

降溫脫硫塔上所有設(shè)備檢修都不需要進(jìn)入降溫塔內(nèi)部，檢修設(shè)備完全可以不影響陶瓷熔爐的運(yùn)行，其在線(xiàn)與否不影響陶瓷熔爐的壓力。

所以系統(tǒng)維護(hù)很簡(jiǎn)單，系統(tǒng)故障率低、設(shè)備使用壽命長(zhǎng)，節(jié)省大量的人力和財(cái)力。

（5） 塔產(chǎn)物易于處理、無(wú)廢水產(chǎn)生

向降溫脫硫塔內(nèi)噴射的溶液在降溫脫硫塔內(nèi)直接蒸發(fā)，部分粉塵直接落入降溫脫硫塔灰斗中，另一部分進(jìn)入下一個(gè)工藝流程，由除塵器將其捕集，所有副產(chǎn)物均是干態(tài)物質(zhì)，性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)毒無(wú)害。粉塵可以直接廢棄。處理方便，不生產(chǎn)廢水、廢氣等二次污染。

相對(duì)其它降溫脫硫方法，該半干法降溫脫硫工藝節(jié)省了大量人力、投資、維護(hù)、降溫產(chǎn)物處理等成本，所以本降溫脫硫技術(shù)綜合優(yōu)勢(shì)還是比較明顯。

總而言之，半干法工藝的優(yōu)點(diǎn)是：沒(méi)有水處理系統(tǒng)、沒(méi)有白煙生成、運(yùn)行成本低、維護(hù)方便、對(duì)質(zhì)量產(chǎn)量無(wú)影響、可以全天候達(dá)標(biāo)排放等等。

4.4除塵系統(tǒng)

針對(duì)窯爐煙氣特性，半干法除塵系統(tǒng)的除塵器選用布袋除塵器，目前市面上使用得比較多的布袋除塵器主要有脈沖行噴吹布袋除塵器與箱式布袋除塵器，表1是兩種布袋除塵器的分析比較。

以上比較可以看出，脈沖行噴吹布袋除塵器更適用于窯爐的煙氣除塵。

4.4.1除塵——在線(xiàn)脈沖行噴吹布袋除塵器

在線(xiàn)脈沖行噴吹布袋除塵器的氣體凈化方式為外濾式。除塵器由上箱體、中箱體、灰斗、濾袋組件、噴吹裝置、卸灰閥、脈沖閥及檢測(cè)、控制系統(tǒng)等組成。濾袋通過(guò)袋籠固定在花孔板上。每排濾袋上部都裝有一根噴射管，噴射管上有小噴孔，并與每條除塵濾袋中心相對(duì)應(yīng)。噴射管前裝有與空氣壓縮機(jī)相連的脈沖閥，電磁脈沖閥與氣缸相連接。控制器定期發(fā)出短程的脈沖信號(hào)，通過(guò)控制閥有序地控制各脈沖閥開(kāi)啟。

工作時(shí)，含塵廢氣由進(jìn)風(fēng)口經(jīng)中箱體下部進(jìn)入各單元灰斗，大顆粒粉塵由于慣性碰撞、自然沉降等作用直接落入灰斗、其余粉塵隨氣流進(jìn)入中箱體過(guò)濾區(qū)，粉塵積附在濾袋外表面，過(guò)濾后的潔凈氣體透過(guò)濾袋經(jīng)上箱體、排風(fēng)管排出，從而達(dá)到除塵的目的。

隨著過(guò)濾工況的進(jìn)行，濾袋外表面所附積的粉塵不斷增加，從而導(dǎo)致除塵器本身的阻力也逐漸升高，濾袋表面附積的粉塵達(dá)到一定量時(shí)，清灰控制裝置發(fā)出清灰信號(hào)，通過(guò)控制閥有序地控制各脈沖閥開(kāi)啟。當(dāng)脈沖閥開(kāi)啟時(shí)，與脈沖閥相連的噴射管與氣缸相通，高壓空氣從噴射孔中以極高的速度噴出。高壓氣流進(jìn)入濾袋內(nèi)，使濾袋劇烈膨脹，引起沖擊振動(dòng)。同時(shí)在瞬間內(nèi)，產(chǎn)生由內(nèi)向外的逆向氣流，使粘在濾袋外表面及吸入濾袋內(nèi)部的粉塵吹掃下來(lái)。吹掃下來(lái)的粉塵落入集灰斗內(nèi)，最后經(jīng)卸料器排出。各排濾袋依次輪流清灰，待一周期后，又重新開(kāi)始輪流。

4.4.2脈沖行噴吹布袋除塵設(shè)備的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

其技術(shù)特點(diǎn)：

（1） 濾料作了技術(shù)改進(jìn)，令透氣量更高，阻力少，更加節(jié)能。

（2） 防腐材料更新?lián)Q代，避免了長(zhǎng)時(shí)間使用后會(huì)產(chǎn)生的離殼現(xiàn)象，提高了使用壽命。

（3） 除塵器的噴吹清灰電磁閥，由以前的直角式電磁閥改用性能更優(yōu)良的淹沒(méi)式脈沖電磙閥，雖然淹沒(méi)閥相比直角式成本更高，但淹沒(méi)閥的瞬間通氣量更大（可使得清灰更干凈，間隔時(shí)間更長(zhǎng)），阻力小，提高了負(fù)荷帶動(dòng)量，擴(kuò)大了氣源壓力的使用范圍，可以適應(yīng)氣源壓力較低的場(chǎng)合使用（最低可到3.5kg/cm2的壓縮空氣壓力）。

（4） 本除塵器，其控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，不再采用機(jī)械式的控制原件進(jìn)行控制，改為采用PLC的控制方式，同時(shí)配套一個(gè)觸摸控制屏，實(shí)時(shí)顯示各種設(shè)備的工作狀態(tài)及工作參數(shù)。同時(shí)，各閥門(mén)用于檢測(cè)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)由原來(lái)的機(jī)械式行程開(kāi)并，改為感應(yīng)式電子開(kāi)關(guān)，可有效地減少由行程開(kāi)并失靈而引起的事故。

5 系統(tǒng)總的運(yùn)行成本分析

5.1脫硝系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用的是改性SNCR低溫脫硝技術(shù)，表2、表3是在窯爐煙氣治理方面，改性SNCR低溫技術(shù)與SNCR技術(shù)的對(duì)比表

表4是某一陶瓷廠(chǎng)使用改性SNCR低溫脫硝系統(tǒng)處理窯爐尾氣的運(yùn)行費(fèi)用表，該陶瓷廠(chǎng)使用的燃料為天然氣。

5.2半干法脫硫除塵系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用表

表5是某一陶瓷廠(chǎng)半干法脫硫除塵系統(tǒng)處理窯爐尾氣的運(yùn)行費(fèi)用表，該陶瓷廠(chǎng)使用的燃料為天然氣。

注：（1） 以上半干法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行成本表中是以最大電費(fèi)用量計(jì)算，暫不考慮使用變頻器時(shí)節(jié)省的電量。

（2） 本運(yùn)行費(fèi)用當(dāng)中重點(diǎn)分析的是脫硫的藥劑使用費(fèi)用；其中未含人工費(fèi)等費(fèi)用，其需根據(jù)各個(gè)企業(yè)的實(shí)際情況而定。

6 結(jié)論

在我國(guó)，煙氣的除塵、脫硫都有了比較成熟的技術(shù)，而脫硝技術(shù)的研究則處于研究試驗(yàn)階段。從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看如果不對(duì)NOX采取足夠的重視NOX完全有可能取代SO2成為大氣污染的主要物質(zhì)。隨著人們對(duì)環(huán)境的更加重視，以及科學(xué)發(fā)展觀和構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)的要求，以后的煙氣處理應(yīng)該是脫硫、脫硝和除塵一體化的。改性SNCR低溫脫硝與半干法脫硫除塵技術(shù)的結(jié)合很好地順應(yīng)這一潮流，而且該系統(tǒng)能夠很好地提高窯爐煙氣的處理率，解決窯爐生產(chǎn)過(guò)程中能耗巨大，成本高的缺點(diǎn)，也能夠推動(dòng)陶瓷行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

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