煙氣脫硝工程中煙氣調質系統的研發與應用

呂清欣

(匯智工程科技股份有限公司，山東 青島　266100)

玻璃生產領域的熔窯所用的燃料有石油焦、重油、天然氣、煤氣等，燃料燃燒時排放的氮氧化物(NOx)是大氣污染的元兇之一，該物質達到一定濃度就會對人體健康構成威脅和危害。氮氧化物與空氣中的水結合最終會轉化成硝酸和硝酸鹽，隨著降水和降塵從空氣中落到地面，硝酸是酸雨的原因之一。氮氧化物與其他污染物在一定條件下能產生光化學煙霧污染，會嚴重破壞生態環境及人體的呼吸系統。

目前通行的煙氣脫硝工藝大致可分為干法、半干法和濕法三類。干法包括選擇性非催化還原法(SNCR)、選擇性催化還原法(SCR)、電子束聯合脫硫脫硝法。半干法有活性炭聯合脫硫脫硝法。濕法有臭氧氧化吸收法等。

就目前玻璃行業而言，干法脫硝占主流地位。其原因是：NOx與SO2相比缺乏化學活性，難以被水溶液吸收；NH3是良好的還原劑，對煙氣中的NOx可選擇性吸收還原后成為無毒的N2和H2O，脫硝的副產品便于處理。SCR的原理是在特定催化劑作用下，用NH3或其他還原劑選擇性地將NOx還原為N2和H2O，以滿足日趨嚴格的NOx排放標準。催化劑是SCR技術的核心，SCR裝置的運行成本在很大程度上取決于催化劑的壽命，催化劑的使用壽命又取決于催化劑活性的衰減速度。

由于玻璃原料中需要芒硝來充當澄清劑，玻璃窯爐煙氣中的粉塵主要由硫酸鈉鹽(Na2SO4)在高溫熔化的玻璃液表面氣相升華而來，另外燃料的燃燒也會產生有一定濃度的硫氧化物，即SO2氣體。在特定溫度下(通常為在200℃和500℃)，從高溫冷卻下來的硫酸鈉鹽與廢氣中的氣態SO2反應粘度很大，形成具有高度腐蝕性的粉塵。

玻璃生產領域中熔窯煙氣成分復雜，某些污染物會使得催化劑中毒從而失去活性；煙氣中高分散的粉塵會覆蓋催化劑的表面使得催化劑活性下降。脫硝系統中存在的一些未反應的NH3和煙氣中的SO2作用，生成易腐蝕和堵塞設備的(NH4)SO4和NH4HSO4，會降低氨的利用率，同時加劇空氣預熱器的低溫腐蝕，即使是不銹鋼常年下來也會被腐蝕。

因為玻璃生產領域中熔窯煙氣中的灰塵帶有很強的粘性，所以需要在SCR系統前向煙氣中噴生石灰粉末(CaO)來做吸收劑進行煙氣調質，以消除SO2氣體和硫酸鈉鹽，防止粘性粉塵形成。同時在下游加裝高溫電除塵器收塵。調質除塵后的煙氣進入脫硝系統的煙道，在煙道內與噴入的氨水進行充分混合后均勻進入SCR反應器。在催化劑的作用下，反應器內煙氣中的氮氧化物與氨發生氧化還原反應。生成氮氣和水，從而完成脫硝過程。脫硝后的凈煙氣從反應器底部流出。

1　煙氣調質系統介紹

1.1　煙氣調質系統的開發

為了完善上述脫硝工程中的生產困難，作者憑借自己在工作中積累的相關專業知識及豐富經驗，成功的開發出煙氣調質系統。該系統的開發，完善了脫硝工藝，保障了脫硝工程的安全穩定運行。煙氣調質系統構造圖見圖1。

1.2　煙氣調質系統工作過程敘述

將經質檢合格的噸袋包裝的生石灰粉料倒入倒料倉內，倒料時打開倒料除塵器以避免二次揚塵污染，倒料除塵器配置脈沖反吹振打裝置，將收集的生石灰粉塵排至倒料倉內。倒料倉的底端用蝴蝶閥與秤斗連接，倒料倉下部配有助流氣錘及料位計，這樣物料在倒料倉內不會鼓包冗積，物料容量的多少也能通過料位計得到顯示。秤斗與安裝架之間通過螺栓固定安裝三個呈等邊三角形布置的稱重傳感器，稱重傳感器通過傳感器專用電纜與稱重儀表電連接。

稱重傳感器是將受外力后能夠產生形變的彈性體與能夠感應這個形變量的電阻應變片組成電橋電路(惠斯通電橋)，電阻應變片固定粘貼在彈性體上，利用惠斯通電橋的工作原理來實現將質量信號轉變為可測量的電信號。當彈性體受力變形時，應變片也隨之變形，同時應變片的電阻值也發生對應性的線性變化，以此來達到測量質量的目的。因為稱重傳感器的線性功能，所以稱重儀采樣的質量數據全部是線性的、直觀的與動態的。

圖1煙氣調制系統

稱重儀表根據秤斗中物料重量的減少速率來控制螺旋給料機以達到定量給料的目的,當秤斗內的物料達到稱重下限位置時, 螺旋給料機則按照當時的轉速固定出料量,同時控制蝴蝶閥打開，倒料倉里的物料快速下到秤斗內,當裝料到稱重上限時停止裝料。蝴蝶閥可以滿足快速裝料進而縮短進料時間,提高稱重的準確度和控制精度。

螺旋給料機把物料精確定量的排到旋轉閥內，旋轉閥起到定量卸料、鎖氣的作用。旋轉閥下部連接文丘里管式空氣加速器。羅茨鼓風機產生具有一定壓力、速度的空氣流體，經過空氣加熱器的加熱除去水分使其保持干燥，這樣與物料接觸混合后不會產生結塊。氣流再經過文丘里管式空氣加速器的加速作用，使得從旋轉閥卸下的物料在氣力管道內高速輸往高溫煙氣的煙道中，進而實現工藝上的煙氣進SCR裝置前脫硫除塵要求。

1.3　主要系統組成設備

主要的系統組成設備見表1。

表1　煙氣調質系統的主要設備表

表1(續)

1.4　系統工作流程

(1)系統啟動前檢查所有設備、閥門是否存在故障，氣、電等公共工程是否正常；

(2)逆流程啟動系統：啟動羅茨風機→啟動空氣加熱器→啟動旋轉閥→啟動螺旋排料機→到儀表設置的低位時往秤斗內補料；

(3)系統補料步驟：打開倒料倉排料蝶閥→喂料至秤斗稱量儀表設置的高位→倒料倉低料位報警→人工倒料→啟動倒料除塵器(現場開、關)。

2　煙氣調質系統投入使用后存在的問題及改進措施

圖2　調整后的噴頭結構形式

煙氣調質系統在成都某國內知名大型900T/D浮法玻璃生產線投入使用后，在前期試運行時出現生石灰粉料噴入到煙道內的物料量低于系統設計要求的數值。經過調試階段一個多月鉆研摸索，才發現問題的原因，并及時做出針對性完善改進。第一個影響因素是生石灰物料粒度太小，初始設計資料提供的生石灰物料特性為80～100目左右，但廠里實際生產中使用的生石灰物料粒度為300目，如此細的物料非常容易團聚，造成俗稱的"老鼠洞"現象，無法發揮助流氣錘的作用，后來把倒料倉、秤斗上配置的助流氣錘都更改為破拱空氣流化器，大大改善了物料的流動性；第二個影響因素是文丘里型空氣加速器的噴頭一開始的設計不是很完善，造成噴頭噴出的空氣并未全部進入氣流混合加速室，有一部分折返到螺旋給料機內，造成物料流動受阻。后來更改了更為合理的噴頭(結構型式見圖2)，使得文丘里型空氣加速器的使用效果得到很大提升。

3　結語

該浮法玻璃生產線的脫硝工程自投入使用后，經過1個多月的磨合完善，成功達到設計要求的煙氣治理指標。煙氣中氮氧化物含量大幅降低，順利通過成都市環保局的考核驗收，運行至今使用效果良好。煙氣調質系統作為脫硝工程的第一步工藝環節，使煙氣在進SCR裝置前得到凈化，為整個工程的成功實施打下了良好的開端。另外在環保領域本系統也可以應用于干法脫硫工程。

緊跟科技發展潮流，大膽創新，將其使用范圍由傳統領域拓展延伸至邊緣學科領域，擴大設備使用的領域，提高設備的高附加值，以便更好的為生產服務，是包括作者在內的廣大設計工作者的挑戰與使命，也對我國產業結構升級具有重要意義。

[1]馬坤,呂清欣,韓方明,等.窯頭料倉料位檢測系統的拓展與應用[J].建材世界,2013,34(3):135-137.