玻璃窯爐除塵脫硝技術(shù)及工程應(yīng)用

葉子儀，李 虎，曾毅夫，周益輝，胡雍巍，劉勝強

（凱天環(huán)保科技股份有限公司，長沙 410100）

玻璃窯爐除塵脫硝技術(shù)及工程應(yīng)用

葉子儀，李 虎，曾毅夫，周益輝，胡雍巍，劉勝強

（凱天環(huán)保科技股份有限公司，長沙 410100）

《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB26453-2011）對玻璃行業(yè)粉塵、SO2和NOx的排放濃度提出了新的要求，玻璃窯爐煙氣除塵脫硝技術(shù)的應(yīng)用勢在必行。通過分析玻璃窯爐的煙氣特性，選用合理的治理技術(shù)，優(yōu)化工藝布置，對煙氣進行高效除塵脫硝，可達到國家環(huán)保新標準的要求，為玻璃行業(yè)煙氣治理提出了一種高效可行的工藝路線。

玻璃窯爐；電除塵；SCR脫硝；余熱回收

1 引言

“十二五”期間國家提出明確的減排任務(wù)，將氮氧化物控制納入環(huán)境治理的一個重要課題。我國的玻璃生產(chǎn)線數(shù)量很多，大多數(shù)玻璃窯爐煙氣沒有經(jīng)過減排處理就直接排放到大氣中。玻璃行業(yè)作為四大“污染巨頭”之一，每年排放大量的粉塵、SO2和NOx。據(jù)不完全統(tǒng)計,全國范圍內(nèi)的5000～6000座玻璃窯爐年顆粒物排放總量約為1.2萬噸，NOx約為14萬噸。玻璃窯爐煙氣對大氣造成的污染已日益引起國家和地方政府環(huán)保部門的重視。國家對NOx控制的日益嚴格和平板玻璃行業(yè)新標準的頒布，勢必會對玻璃行業(yè)的污染物治理提出新的要求。

2011年4月，國家發(fā)布的《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB26453-2011）對現(xiàn)有玻璃企業(yè)SO2和NOx的排放濃度進行了嚴格限制：玻璃熔窯顆粒物100mg/m3，二氧化硫600mg/m3；新建線排放限值為：玻璃熔窯顆粒物50mg/m3，二氧化硫400mg/m3，氮氧化物700mg/m3[1]。并明確規(guī)定自2014年1月1日起，現(xiàn)有玻璃企業(yè)按新建線標準執(zhí)行。玻璃行業(yè)面臨較嚴峻的脫硝環(huán)保要求。對玻璃窯爐煙氣進行脫硫除塵脫硝綜合治理刻不容緩，是我國玻璃行業(yè)執(zhí)行環(huán)保標準、實施清潔生產(chǎn)的重中之重。

2 玻璃窯爐的煙氣特性和技術(shù)要求

目前，絕大多數(shù)的玻璃窯爐采用重油、天燃氣、石油焦等作為燃料。根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模及燃料使用情況，玻璃窯爐的排煙溫度為450℃～500℃，主要污染物有SO2、粉塵和NOx，同時含有部分重金屬，其中SO2為主要污染物，排放濃度在300～3000mg/m3；與燃用煤粉相比，玻璃窯爐粉塵粒徑小，黏結(jié)性較強，排放濃度小于800mg/m3；NOx的排放濃度在1800～2870mg/m3[2]。玻璃窯爐大氣污染物排放問題較為嚴重，具體的排放水平見表1。

針對表1中列舉的玻璃窯爐煙氣粉塵特性，對于玻璃窯爐煙氣除塵脫硝技術(shù)，需達到以下要求：

（1）脫硝效率：鑒于玻璃窯爐初始氮氧化物排放濃度在1800～2870mg/m3范圍內(nèi)，脫硝效率必須大于70%，對部分窯爐更要求達到80%以上才能滿足新標準的限定排放濃度。

表1 平板玻璃煙氣總污染物初始排放水平（干煙氣、273K、101.3kPa、8%氧含量狀態(tài)下）

（2）除塵效率：鑒于玻璃窯爐初始顆粒物濃度在99～280mg/m3范圍內(nèi)，除塵效率必須大于80%，對部分窯爐更要求達到90%才能滿足新標準的限定排放濃度。

（3）粉塵適應(yīng)性：玻璃窯爐粉塵含量在100～300mg/m3范圍內(nèi)，粉塵中較高含量的堿金屬氧化物易影響脫硝反應(yīng)，且粉塵具有一定的黏性，在脫硝過程中需考慮催化劑堵塞和中毒問題。

（4）溫度段選擇：玻璃窯爐內(nèi)部溫度可達1500℃，窯爐出口溫度在500℃以上，在普遍增設(shè)余熱發(fā)電的情況下，煙氣經(jīng)脫硝除塵后排放到大氣的溫度約150℃，合理選用適用于脫硝的溫度段，會直接影響脫硝的可行性和脫硝效率。

3 工藝的選擇和布置

3.1 工藝的選擇

3.1.1 除塵工藝

玻璃窯爐產(chǎn)生的粉塵粒徑較小，具有一定的黏性，采用重力除塵或旋風除塵無法達到預(yù)期的除塵效果；若采用濕式除塵，涉及的水處理設(shè)施龐大，水耗和電耗高，設(shè)備易腐蝕，且處理后的煙氣溫度低，無法滿足后續(xù)SCR工藝對溫度的要求；袋式除塵對溫度的要求低于200℃，壓損較大，在較高溫度下運行時，布袋的壽命短，運行成本遠高于除塵器[3]。因此選用電除塵器既可滿足高除塵效率（排放濃度＜50mg/m3），且處理后的煙氣溫度高，可滿足后續(xù)SCR脫硝的煙氣溫度要求。

3.1.2 脫硝工藝

NOx污染控制可分為燃燒中和燃燒后控制兩種[4]。燃燒中NOx控制技術(shù)即低NOx燃燒技術(shù)，主要有低NOx燃燒器、空氣分級燃燒和燃料分級燃燒。燃燒后脫硝技術(shù)（煙氣脫硝技術(shù)）主要包括SNCR、SCR和聯(lián)合脫硝技術(shù)。由于玻璃窯爐結(jié)構(gòu)的特殊性，進行低氮技術(shù)改造的難度較大，在現(xiàn)有水平上難以獨立達到NOx排放標準要求；SNCR脫硝技術(shù)在950℃～1010℃的高溫區(qū)間進行反應(yīng)，由于受爐膛內(nèi)煙氣溫度、停留時間、煙氣流場等條件的影響，還原劑會對玻璃添加劑和生產(chǎn)的玻璃質(zhì)量帶來一定的影響，且玻璃窯爐結(jié)構(gòu)和工業(yè)鍋爐差異較大，因此該工藝技術(shù)用于玻璃窯爐NOx的脫除治理具有局限性。

選擇性催化還原（SCR）技術(shù)是目前應(yīng)用最廣、最有效的脫硝方法。利用還原劑（如氨水或液氨）在一定的溫度（280℃～400℃）和催化劑作用下，選擇性地將煙氣中的NOx還原為無害的N2和H2O，脫硝效率可達70%～95%，催化劑的正常使用壽命為2.6萬多小時，脫硝效果穩(wěn)定。會使催化劑化學(xué)失效的主要物質(zhì)是砷和堿金屬，玻璃窯爐產(chǎn)生的煙氣砷的含量較低，但堿金屬（Na+、K+）的含量高達40%以上，堿金屬直接與催化劑的活性組分反應(yīng)，致使催化劑失去活性[5]。選擇合適間距的蜂窩催化劑能有效降低粉塵對催化劑的堵塞影響。

綜上所述，目前玻璃窯爐煙氣脫硝效率最高、最為成熟的技術(shù)是SCR技術(shù)。但因其催化劑和反應(yīng)溫度的限制性，必須對工藝布局進行深入研究并合理設(shè)計。

3.2 工藝布置

按照反應(yīng)器工作環(huán)境（溫度、粉塵濃度）的不同，SCR系統(tǒng)可分為“高塵”或“低塵”。同時，玻璃窯爐排煙溫度較高，可采用余熱鍋爐進行廢熱回收，節(jié)省能源開支。SCR脫硝對煙氣溫度有一定要求，因此采用SCR工藝時，應(yīng)結(jié)合玻璃窯爐出口煙氣性質(zhì)及余熱鍋爐項目的特點，依據(jù)反應(yīng)器工作環(huán)境的不同，確定不同單元在整個工藝系統(tǒng)中的位置，在確保污染物脫除效率的同時進行廢熱回收。結(jié)合玻璃窯爐特點，可分為以下幾種工藝流程。

3.2.1 無余熱回收工藝

玻璃窯爐出口的煙氣溫度一般在400℃～500℃，可采用“低塵”選擇性催化還原法脫硝系統(tǒng)布置方法，工藝布置圖如圖1所示。

圖1 玻璃窯爐煙氣治理無余熱回收工藝布置示意圖

玻璃窯爐煙氣經(jīng)過噴淋機噴淋降溫到320℃～350℃后，經(jīng)除塵后煙氣溫度處于SCR催化劑的活性區(qū)間，催化劑運行活性高，煙氣粉塵含量較低，選用的催化劑節(jié)距小，反應(yīng)器體積較小，可延長催化劑使用壽命。由于除塵器需在320℃～350℃下運行，不僅對除塵器的技術(shù)要求高，且最終的煙氣排放溫度仍很高（280℃～300℃），造成嚴重的熱能浪費，因而此工藝的運行經(jīng)濟性較差。

3.2.2 余熱回收工藝（高塵）

采用“高塵”選擇性催化還原法工藝時，SCR反應(yīng)器布置在除塵器之前（見圖2）。

圖2 玻璃窯爐煙氣治理余熱回收高塵工藝布置示意

該工藝布置，煙氣溫度處于SCR反應(yīng)的最佳溫度區(qū)間，優(yōu)點是高溫蒸汽回收效率高，催化劑具有較高的反應(yīng)活性；缺點是余熱鍋爐后煙氣中的粉塵濃度高，產(chǎn)生的副產(chǎn)物容易黏結(jié)在催化劑表面，導(dǎo)致催化劑易磨損、堵塞和中毒，影響催化劑的使用壽命。因此，為了延長催化劑的使用壽命，選用節(jié)距較大的蜂窩式催化劑，反應(yīng)器通道布置足夠的空間以防堵塞，同時還需增加吹掃裝置，吹掃頻率較高，系統(tǒng)較為復(fù)雜。

3.2.3 二次余熱回收工藝（低塵）

該工藝布置見圖3。

圖3 玻璃窯爐煙氣治理余熱回收低塵工藝布置示意圖

玻璃窯爐煙氣經(jīng)過余熱鍋爐先回收一部分高溫蒸汽，然后經(jīng)除塵后進入SCR反應(yīng)器進行脫硝，煙氣溫度區(qū)間處于SCR催化劑活性區(qū)間，催化劑具有較高的運行活性。煙氣經(jīng)過電除塵后降低了煙氣中的粉塵含量，減少了飛灰對催化劑堵塞和毒化影響，可延長催化劑的使用壽命。另外，在設(shè)計蜂窩式催化劑時，催化劑的孔間距可縮小到4～7mm，所需要的催化劑體積也可相應(yīng)減小。脫硝后的煙氣再次進入余熱鍋爐，這時的煙氣溫度在250℃左右，可以回收為低溫蒸汽或預(yù)熱二次風冷空氣，提高燃料的理論燃燒溫度，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。根據(jù)玻璃行業(yè)的煙氣具有黏性的特征，此種低塵SCR布置更加適合玻璃行業(yè)的煙氣脫硝工程。

4 案例分析

東莞南玻煙氣除塵脫硝項目于2011年6月開始進場施工，該工程屬于東莞南玻擴建項目，該擴建項目主要建設(shè)一套650t/d的太陽能玻璃生產(chǎn)線及配套系統(tǒng)，主要包括原料系統(tǒng)、窯爐系統(tǒng)、成型退火系統(tǒng)、冷端系統(tǒng)、深加工系統(tǒng)、公用輔助系統(tǒng)及余熱發(fā)電系統(tǒng)等。該工程是將余熱發(fā)電和煙氣除塵、煙氣脫硝三項技術(shù)融為一體的玻璃爐窯廢氣綜合治理工程。

東莞南玻煙氣除塵脫硝項目煙氣條件見表2。

表2 玻璃窯爐煙氣條件

該工程煙氣治理除塵選擇的是電除塵（ESP）技術(shù)，脫硝采用選擇性催化還原脫硝技術(shù)（SCR），脫硝還原劑原料采用氨水。根據(jù)該工程玻璃窯爐和各項環(huán)保技術(shù)的特點以及反應(yīng)器工作環(huán)境（溫度、粉塵濃度）的狀況，采用低灰配置二次余熱回收工藝。工藝系統(tǒng)配置如圖4所示。SCR反應(yīng)器采用垂直方式布置在電除塵器和余熱鍋爐進口之間，反應(yīng)器進口設(shè)置柔性接頭與電除塵器主體聯(lián)接實現(xiàn)SCR低灰布置，煙道連接如圖5所示。優(yōu)點是窯爐煙氣經(jīng)過靜電除塵器之后，粉塵濃度降低，催化劑不受飛灰影響，使用效果好，可延長催化劑的使用壽命，且氨的泄漏量比高灰布置方式的泄漏量要少。同時低灰工藝配置簡單、設(shè)備布置緊湊，一級余熱回收系統(tǒng)將玻璃窯爐400℃以上的高溫煙氣換熱至320℃～350℃，以適應(yīng)高溫電除塵器的耐溫環(huán)境以及SCR催化劑活性溫度，同時二級余熱回收系統(tǒng)將SCR出口250℃～300℃的煙氣換熱至150℃后送入煙囪排放，回收的余熱作為低溫蒸汽或預(yù)熱二次風冷空氣，可使煙氣余熱利用充分。

圖4 東莞南玻煙氣除塵脫硝項目工藝系統(tǒng)示意圖

圖5 電除塵出口與反應(yīng)器入口通過煙道連接實現(xiàn)低灰工藝布置

東莞南玻太陽能玻璃有限公司650t/d玻璃窯爐配置煙氣除塵脫硝系統(tǒng)成功將SCR低塵技術(shù)實現(xiàn)工程應(yīng)用。經(jīng)168小時運行后系統(tǒng)穩(wěn)定，該線進口NOx濃度在2300～2450mg/Nm3，經(jīng)SCR脫硝后出口NOx濃度穩(wěn)定在500mg/Nm3以下；電除塵的煙塵排放濃度不大于50mg/Nm3；SCR系統(tǒng)的氨逃逸率不大于5ppm，指標完全符合設(shè)計要求。據(jù)測試，該系統(tǒng)可在出口NOx濃度350mg/Nm3的要求下良好運行，脫硝效率高達85.7%，成為國內(nèi)玻璃窯爐煙氣除塵脫硝工程示范。

5 結(jié)論

玻璃行業(yè)煙氣中的氮氧化物和粉塵治理是現(xiàn)今環(huán)境治理的一個重要課題。通過高溫電除塵和SCR脫硝綜合治理技術(shù)，玻璃窯爐排放的煙氣可達到《平板玻璃工業(yè)污染物排放標準》的最新要求。同時結(jié)合余熱回收技術(shù)，在不影響煙氣凈化條件的前提下實現(xiàn)廢熱回收利用。從整個系統(tǒng)運行來看，技術(shù)先進、運行成熟可靠，可在以玻璃行業(yè)為典型代表的工業(yè)窯爐上推廣使用。隨著國家對工業(yè)窯爐污染治理標準的日益提高，高溫除塵和SCR脫硝技術(shù)將擁有廣闊的發(fā)展空間。

[1] 平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標準（GB26453-2011）[S].

[2] 蒙潔.玻璃窯爐煙氣處理工藝探討[J].科學(xué)之友，2010（5）.

[3] 王飛.大型火力發(fā)電廠除塵技術(shù)比較[J].能源與環(huán)境，2011（3）.

[4] 中國大唐集團科技工程有限公司.燃煤電站SCR煙氣脫硝工程技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2009.

[5] 賈世昌.浮法玻璃窯爐SCR脫硝技術(shù)的應(yīng)用[J].環(huán)境科技，2012，25（1）.

Dust Removal and Denitration Technology and Engineering Application of Glass Stove

YE Zi-yi, LI Hu, ZENG Yi-fu, ZHOU Yi-hui, HU Yong-wei, LIU Sheng-qiang
(Kaitian Environmental Protection Technology Co., Ltd, Changsha 410100, China)

The (GB26453-2011) brings forward the new demand on the emission concentration of dust, SO2and NOx in the glass industry. The application of dust removal and denitration technology of glass stove is imperative under the situation. Based on the analysis of flue gas characteristic of glass stove, selection of rational treatment technique, optimization of technological collocation, the high effect dust removal and denitration of flue gas are made so as to meet the demand of the newly standard of the natioal environmental protection. It provides a sort of high efficiency and feasible technology rout for the flue gas treatment of glass industry.

glass stove; electrostatic precipitation; SCR denitration; recovery of waste heat

X701

A

1006-5377（2015）04-0017-04