某玻璃纖維池窯煙氣脫硝工藝路線的選擇及應用

杭小君

（南京中電環保科技有限公司，江蘇 南京 211100）

引言

2020年，我國為持續推進“藍天保衛行動”，出臺了《重污染天氣重點行業應急減排措施制定技術指南》，尤其對于重點需改造的行業制定了差異化的重污染天氣應急減排措施，對評為A級或在行業中具有引領性的企業，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狀進行工藝路線的選擇及分析。該企業玻璃纖維池窯原為“天然氣+空氣燃燒”方式，為節能減排，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基礎上直接調整燃燒嘴，其他輔助設施及容量大小均執行空氣助燃設備選型利舊使用。隨著環保標準不斷提高，現有NOx排放數據約為280 mg/m3（實測氧含量為19.1%），根據基準氧含量9%折算后，NOx濃度為1 768 mg/Nm3，無法滿足當前A級企業排放要求的130 mg/Nm3排放值。本文就此項目煙氣脫硝進行分析比選，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[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，以適應新的排放標準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如表1所示。

表1 煙氣原始參數

本項目脫硝效率要求達到93%以上，考慮到脫硝效率及投資、運行成本等因素，采用南京中電環保科技有限公司研發的新技術HTR-3SO高效脫硝工藝路線為最優方案。SNCR法效率僅為30%～50%，無法達到排放標準；SCR法、陶瓷塵硝一體化技術需要進行升溫，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

該煙氣處理技術路線為：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過池窯出口豎直煙道排放；在豎直煙道煙溫1 100～1 200 ℃的區域投加HTR復合生物基脫硝劑，在高溫煙氣和助劑催化作用下，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發生還原反應；初步凈化的煙氣經空氣換熱器換熱后，煙溫降低至100 ℃以下；在進入脫酸塔之前投加3SO超重力產生的強氧化劑氣體與煙氣中的NOx進一步發生氧化反應，將低價態NOx氧化成高價態NOx；通過后部脫酸塔內的堿液洗滌，深度去除煙氣中的氮氧化物，最后凈煙氣達標通過煙囪排放。

此脫硝系統的流程與煙氣溫度非常契合，無需額外的燃氣熱風爐對煙氣進行輔助加熱，HTR-3SO脫硝系統直接在煙氣高溫段（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脫硝技術是常規SNCR脫硝技術的升級，使用HTR高效復合生物基脫硝劑代替常規的氨水或尿素溶液，可將使用溫度拓寬至650～1 200 ℃的溫域范圍。該技術優勢明顯，無需催化劑，投資成本低；無氨系統風險，安裝周期短，無需停爐改造；脫硝效率高且穩定，系統阻力小，幾乎不增加能耗；模塊化裝置，布置靈活，場地適用能力強；系統簡單，運行維護成本低；智慧云監控可做到無人值守監控。

HTR-3SO脫硝技術，此前從未使用在玻璃纖維池窯上，業主方最大的擔憂是脫硝劑汽化不完全對玻璃纖維液質量的影響。本次試驗對系統噴射進行液相壓力保護，設置了專用霧化噴槍，經過連續3個月以上的運行觀察，發現其對窯爐玻璃纖維液質量無任何影響。

2 SNCR脫硝技術

該煙氣處理技術路線為：“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，將氨類溶液通過在線實時計量，噴入安裝在池窯高溫煙氣段的噴槍內，氨類溶液在高溫煙氣作用下迅速分解出NH3，并與煙氣中的NOx進行反應，生成氮氣和水汽。

本項目由于存在空氣換熱器，煙道內無最佳SNCR脫硝反應的溫度區間，SNCR脫硝運行的溫度窗口工況條件發生在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 ℃。當反應溫度超過一定標準，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脫硝工藝無法達到，故不適合本項目的池窯煙氣脫硝處理。

3 SCR脫硝技術

該煙氣處理技術路線為：池窯煙氣→濕法除塵脫酸塔→“熱風爐升溫→SCR脫硝”→煙囪。首先，池窯燃燒的高溫廢氣經過池窯出口豎直煙道排放，在豎直煙道經空氣換熱器快速換熱降溫后，煙氣溫度低至100 ℃以下；原煙氣經過濕法除塵脫酸塔后，對濕煙氣進行熱風爐升溫至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混合，經噴氨格柵噴入SCR反應器入口煙道內，隨后進入反應器中；在低溫催化劑作用下，NH3有選擇性地與煙氣中的NOx發生反應，將煙氣中的NOx還原成N2和H2O。此脫硝系統可以通過設置3層催化劑，將NOx處理到20 mg/m3以下的排放標準，滿足脫硝的高效率要求。

此脫硝系統的流程不能適用現有煙氣溫度，采用低溫催化劑需要熱風爐輔助加熱升溫，同時為了節省天然氣升溫的耗量，采用換熱器進行高低溫煙氣換熱。此系統放置在脫硫除塵后，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。但其存在干濕態運行的情況，對換熱器的材質要求較高，且熱風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，且環保處理數據需實時在線聯網并上傳環保監測平臺，因此必須設置在線備用切換系統，以保證脫硝的處理要求。所以，該技術不僅初期建設成本高，而且運行成本也較高，并會出現備用設備閑置的情況。

4 陶瓷塵硝一體化技術

該煙氣處理技術路線為：池窯煙氣→熱風爐升溫→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池窯出口豎直煙囪及空氣換熱器快速換熱降溫至100 ℃以內。本項目擬將陶瓷塵硝一體化裝置建設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 ℃，故需對窯爐煙氣進行熱風爐加熱升溫；玻璃纖維煙氣中含有大量的氧化硼和SO2，需對其進行調質，調質后的廢氣再進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質劑，先去除大量的氧化硼、氟化物及部分SO2；然后在陶瓷濾管內催化劑的催化作用下，NOx迅速與氨氣發生反應，把煙氣中的NOx還原為N2和H2O。采用陶瓷管，脫硝效率可達93%以上，并將NOx處理到20 mg/m3以下的排放標準，滿足脫硝的高效率要求。建設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，但此系統若煙氣中的氧化硼、氟化物調質去除不凈，長期運行存在陶瓷管堵塞及腐蝕的風險，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置多個單體倉室，每個單體倉室煙氣進出均設置檢修閥門，保證倉室在出現異常的情況下，可在線檢修、更換陶瓷管，無需對窯爐進行停機，不影響運行生產。

5 不同工藝路線的對比分析總結

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，實現了將NOx處理到20 mg/m3的排放數值；項目試驗連續運行后，經檢測，數據達到業主方改造要求。經實測，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9%含氧量下，NOx濃度遠遠低于130 mg/Nm3，符合排放標準要求。煙氣NOx檢測數據如表3所示。

表2 不同工藝路線的對比

表3 煙氣NOx檢測數據

6 結語

本工程為建材行業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，很好地解決了NOx達標排放基準氧含量折算的問題，同時脫硝系統模塊化配置不影響池窯連續生產，無需停爐即可實現在線備用和檢修的要求。結合整個玻璃纖維池窯行業環保設施現狀來看，對原已建設除塵脫酸塔裝置的池窯，HTR-3SO脫硝系統可以很好地進行應用和推廣使用，并很好地解決NOx超低排放的環保問題。此脫硝技術為玻璃纖維池窯脫硝治理提供了一個切實可行的技術路徑參考。