玻璃窯爐煙氣干法脫硫和低溫脫硝系統的設計

劉寧

山東省輕工業設計院 山東濟南 250014

目前，玻璃窯爐煙氣脫硝發展的總趨勢是一方面向環境保護、節能減排發展，降低污染物排放以達到國家標準；另一重要發展趨勢是引進國外先進技術，把國外已經廣泛應用于電廠的SCR 技術引入到玻璃行業中，同時提高企業自動化程度，實現企業生產管理自動化。在控制技術方面，應用PLC，DCS 系統提高系統的自動化程度；在傳動系統方面，采用變頻控制技術，實現節能降耗。計算機控制技術、變頻控制技術和現場總線技術等多方面先進技術的應用必將是玻璃窯爐煙氣脫硝系統發展的趨勢，本論文控制系統的設計與研究正是順應玻璃窯爐煙氣脫硝系統的發展趨勢[1]。

1 工藝流程

1.1 干法脫硫和低溫脫硝工藝路線的確定

該玻璃熔窯的燃燒換火周期約為45min 左右，在一個換火周期內，兩臺窯爐出口煙氣溫度在210-300℃之間周期性波動；煙氣中的NOx 和SO2濃度值也會周期性波動，并且當NOx 濃度升高時，SO 濃度值降低，反之亦然，這是由于煤制氣工序SO2生成周期性波動和玻璃窯爐燃燒熱力型NOx 隨溫度波動。若采用中高溫催化劑，催化劑正常工作溫度范圍宜在300-420℃之間，需要配套熱風爐將窯爐出口煙氣升溫100℃左右，再將脫硝出口的煙氣進行余熱利用，再進入脫硫和布袋除塵系統。但是，日用玻璃生產工藝對余熱利用需求較少，若窯爐出口煙氣先補燃升溫脫硝后再降溫，將會增加總煙氣量，并且余熱鍋爐產生的蒸汽只能直接外排，為了減少環保設施投資和降低運行成本，決定采用低溫催化劑。根據催化劑廠家提供的檢測數據，當溫度在180℃以上時，在SO2和H2O 存在的煙氣條件下，催化劑依然具有很高的低溫活性，且氨逃逸低。

氨逃逸量的增加會促進硫酸氫氨的生成，催化劑中的活性組分釩在催化降解NOx 的過程中，也會對SO 的氧化起到一定的催化作用，低溫催化劑添加抑制劑，降低煙氣中SO2/SO3的轉化，有效緩解硫酸氫氨的生成。硫酸氫氨的形成是可逆的，將溫度升高到316℃即可使硫酸氫氨升華，但運行溫度長期低于硫酸氫氨露點溫度的條件下，連續運行的時間必須控制在300h 以內。該項目采用低溫催化劑，同時配套安裝天然氣熱風爐系統，定期將部分煙氣量升溫到370℃以上通過催化劑，讓催化劑再生恢復活性。在低溫SCR 脫硝之前，先進行干法脫硫和布袋除塵，低溫催化劑設計溫度在180℃以上，因此，本項目采用低溫催化劑是可行的[2]。

1.2 工藝設計參數和反應原理

SCR 脫硝反應原理是在催化劑的作用下，還原劑NHs 有選擇性地與煙氣中的NOx 反應并生成N2和H2O。無論是何種形式的還原劑，首先要得到氣態氨，然后氨氣和稀釋空氣混合，經過噴氨格柵將其噴入SCR 反應器上游的煙氣中并均勻混合。該脫硫工藝簡潔、占地面積小、操作維護簡單；與濕法脫硫工藝進行比較，碳酸氫鈉脫硫還能將SO3脫除因此可以避免出現有色煙羽。在濕法脫硫系統中會生成氣溶膠，因為濕法煙氣脫硫系統不僅不能有效脫除煙氣中的SO3或H2SO4而且會快速形成難于捕集的亞微米級的HSOa 酸霧，通過煙囪排入大氣，形成可見煙羽。NaHCO3超細粉磨機目前通常采用進口品牌分級磨價格昂貴，本項目直接采購碳酸氫鈉超細粉成品作為原料。

2 技術優化

2.1 碳酸氫鈉超細粉的存儲和輸送系統

本項目原設計在料倉錐斗采用振動器進行輔助下料，但是在料倉中形成了中間凹陷而周邊并沒有流化的狀態，下粉不能連續運行。修改設計在內部設置助流氣墊進行流態化后下粉順暢，脈沖流化用的壓縮空氣最好達到冷凍干燥后的儀表空氣品質。粉體輸送采用減壓后的壓縮空氣作為氣源，由于當地空氣潮濕不宜采用羅茨風機。粉倉下料經過星型給粉機和風粉混合器后，由氣力輸送管道至1#、2#支管和母管煙道的3 個噴口，管道彎頭采用10D 的大半徑彎管，并且在管路上設置壓縮空氣吹堵接口[3]。

2.2 熱風爐系統

為了將沉積在催化劑微孔內的硫酸氫氨分解完全，最大可能的恢復催化劑的活性，加熱時間也就會比較長，一般情況下加熱再生的時間為12-24 小時以上。催化劑再生頻率主要受到實際運行工況的影響，不同的工況條件，其再生頻率有所差異，對反應器內的測試模塊進行取樣后送催化劑廠家檢測后決定。在除塵器出口至反應器入口煙道上，摻入熱風爐來的熱煙氣（400-600℃），來自布袋出口的180℃煙氣是窯爐出口的一部分煙氣，混合后溫度達到370℃進入反應器供催化劑再生，在引風機入口煙道上設置摻冷風閥，滿足引風機的運行溫度要求。熱風爐的最小設計熱負荷，根據設備、煙道的散熱損失和催化劑的溫升速度確定，當反應器內溫度在200℃以上時控制緩慢升溫，在50℃/h 以內，防止超溫造成催化劑燒結失活。

3 結語

綜上，該日用玻璃廠窯廢氣已轉化為干脫硫、高溫袋除塵、低溫可控硅脫硝，自投入使用以來運行良好。碳酸氫鈉超細粉體涂料添加了幾層輔助空氣墊，冷卻干燥壓縮空氣用作脈沖流化介質，粉末順利輸送到整個粉體涂料中，管肘被大半徑彎頭和壓縮空氣掃描堵塞，材料運輸過程中出現堵塞問題由于低溫催化劑體積受溫度影響較大，必須保證最后一層催化劑溫度高于設計值，因此熱空氣爐在運行過程中負荷較低，可保證SCR 反應器廢氣溫度符合要求。在下一階段，可以通過合理選擇碳酸氫鈉超細粉碎劑，并在工廠購買原料制成超細粉末，從而降低運營成本。