高效除塵脫硝天然氣玻璃窯爐煙氣

高效除塵脫硝天然氣玻璃窯爐煙氣

國家“五個五年”規(guī)劃強調(diào)，堅持科學(xué)發(fā)改委的統(tǒng)一規(guī)劃，注重經(jīng)濟發(fā)展，優(yōu)化和更新產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，顯著提高資源利用率和可持續(xù)發(fā)展能力。2009年9月30日,發(fā)展改革委發(fā)布《關(guān)于抑制部分行業(yè)產(chǎn)能過剩和重復(fù)建設(shè)引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》第38號文件,對平板玻璃煙氣排放標(biāo)準提出了具體要求:嚴格環(huán)保治理措施,CO2排放低于500mg/Nm3、氮氧化物排放低于700mg/Nm3、顆粒物排放濃度低于50mg/Nm3。玻璃行業(yè)一直采用《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準》(GB9078-1996),沒有規(guī)定氮氧化物指標(biāo),天然氣作為環(huán)保能源,可直接排放,而按照新的標(biāo)準,必須進行除塵和脫硝處理。脫硝對溫度、含塵量的要求比較苛刻,工藝流程配置比較繁瑣,必須深入分析,得到可行的解決方案。一、廢氣燃料的確定浮法玻璃生產(chǎn)線目前主要使用重油、天然氣、煤制氣等幾種燃料,天然氣被稱為綠色能源,被越來越多的廠家所采用。根據(jù)目前浮法玻璃行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模及使用的燃料情況,排氣溫度大多在450℃~500℃。煙氣中的主要污染物為SOx和NOx,其含量隨使用的燃料不同而相差較大。天然氣燃料中本身硫含量極少,采用Na2SO4作為玻璃澄清劑,分解微量SO2產(chǎn)生。對于采用天然氣作為燃料的熔爐,SO2排放濃度在300~500mg/Nm3,排放濃度能滿足環(huán)保要求,見表1:二、爐爐煙氣量、粒度浮法玻璃煙塵的特點是,煙氣量大,含塵量在200~280mg/Nm3左右,粉塵粒度小,600噸窯爐煙氣量90000Nm3/h。常用的除塵方法對比如下:(一)除濕干燥(二)循環(huán)水系統(tǒng)凈化借助液滴或液膜洗滌含塵氣體,使塵粒附著于液體上或凝集成大粒,以便使粒子分離的裝置。由洗滌塔或文丘里洗滌器和相應(yīng)的循環(huán)水處理系統(tǒng)組成。這種凈化工藝具有安全可靠的特點,缺點是水處理設(shè)施龐大,水耗和能耗高,易腐蝕、結(jié)垢、除塵效率較低、排放二次污染等問題。隨著干法除塵特別是EP技術(shù)的不斷發(fā)展,逐漸被替代。(三)管極式電除塵器利用電暈放電使含塵氣體中的粒子帶電,借助電作用力使帶電粒子分離的裝置,可分為板式和管極式。板式不適合高比電阻粉塵,而且故障率高,運行效果差,已經(jīng)淘汰。管極式電除塵器具有以下優(yōu)點:處理效率高,運行穩(wěn)定,壓降僅300Pa,適用范圍廣。尤其對氣量大、溫度高、細小顆粒多或處理深度需求高的廢氣處理更具優(yōu)越性,可以根據(jù)用戶處理深度要求采用二電場、三電場,甚至四電場除塵器。綜合除塵效果、運行的經(jīng)濟性,袋式除塵和EP設(shè)備可供天然氣浮法窯爐選擇。三、單-屋頂技術(shù)的選擇(一)生成氮的機理煙氣中NOx產(chǎn)生主要來源于三方面:(二)燃燒后脫硝技術(shù)玻璃窯爐的NOx污染控制可分為燃燒中和燃燒后控制兩種。燃燒中控制主要分為燃料調(diào)節(jié)技術(shù)和氧氣、燃料燃燒技術(shù),目前在天然氣浮法玻璃窯爐實施燃燒中控制需要進行較大的技術(shù)改造,難度較大。燃燒后脫硝技術(shù)主要有SCR、SNCR、濕法脫硝,SCR在電子玻璃窯爐上已經(jīng)有應(yīng)用。天然氣窯爐排放氮氧化物含量為1800~2600mg/Nm3,要求達到700mg/Nm3以下,脫硝效率必須在70%以上才能達標(biāo),國內(nèi)外較為成熟的技術(shù)如下:1.催化劑和脫硝SCR可分為高溫、中溫、低溫三種不同的工藝。高溫SCR一般指的是催化劑的適用溫度在450℃~600℃及以上,中溫SCR是指催化劑的適用溫度在280℃~420℃,而低溫SCR是指催化劑的適用溫度在120℃~300℃。目前商業(yè)上應(yīng)用比較廣泛的是運行溫度處于280℃~420℃的中溫催化劑,以TiO2為載體,上面負載釩、鎢和鉬等主催化劑或助催化劑。在催化劑作用下,向溫度約280℃~420℃的煙氣中噴入氨,將NOX還原成N2和H2O、NH3與煙氣均勻混合后一起通過一個填充了催化劑(如V2O5-TiO2、白金)的反應(yīng)器,NOx與NH3在其中發(fā)生還原反應(yīng),生成N2和H2O。V2O5作為催化劑,TiO2或者WO3抑制SO2氧化。SCR脫硝效率高達90%以上,催化劑的正常使用壽命為24000h,脫硝效果穩(wěn)定。天然氣不含砷,浮法玻璃現(xiàn)在也不使用白砒作為澄清劑,但是配方中重堿用量較大,煙塵中含有一定數(shù)量的Na2O,堿金屬如果與催化劑表面接觸,能夠直接與活性位發(fā)生作用而使催化劑鈍化,造成催化劑堿中毒。催化劑避免潮濕環(huán)境,并選用蜂窩狀催化劑能有效減少煙氣中堿性氧化物的影響。3.脫硝no2旋流板塔技術(shù),采用高錳酸鉀KMnO4和NaOH作為吸收劑,先用KMnO4將煙氣中的NO氧化為NO2,再用NaOH反應(yīng)去除NO2?？梢猿煔庵械腘OX和PbO,煙氣切向進塔,用旋流板使KMnO4和NaOH液體霧化,充分反應(yīng)。該設(shè)備脫硝效果肯定,但是設(shè)備占據(jù)空間較大,處理程序復(fù)雜,廢水處理池容易二次污染。隨著SCR、SNCR技術(shù)國產(chǎn)化的進展,已經(jīng)很少使用。4.低氮燃燒技術(shù)理論上適合天然氣窯爐使用的有空氣、天然氣分級燃燒技術(shù)以及煙氣再循環(huán)技術(shù),因為天然氣被視為環(huán)保能源,國內(nèi)天然氣窯爐在設(shè)計和實際應(yīng)用中均沒有進行低氮燃燒的研究開發(fā)工作,預(yù)期隨著氮氧化物排放標(biāo)準的提高,低氮燃燒技術(shù)逐漸獲得運用。5.爐窯的節(jié)能潛力目前,純氧助燃熔爐尚未在平板玻璃工業(yè)界廣泛應(yīng)用,主要障礙在于:對于不同規(guī)模的爐窯,節(jié)能潛力可能也不盡相同。例如:對于大型平板玻璃熔爐,節(jié)能潛力(5%~15%)不如中小型熔爐(30%~50%);投資較大;爐窯對耐火材料要求高。綜上所述,適合天然氣窯爐的脫硝方式選擇SCR。四、天然氣處理系統(tǒng)的設(shè)計根據(jù)天然氣浮法玻璃窯爐和各項環(huán)保技術(shù)的特點,設(shè)計天然氣煙氣處理系統(tǒng)如下:(一)不同灰的配置按照SCR反應(yīng)室所布設(shè)的位置不同,可以分為高灰、低灰配置。高灰分工藝要求催化劑有較強的抗阻塞能力,有較強的抗堿金屬毒性、抗SO2毒性。1.催化劑的用量高灰即SCR的前置式,優(yōu)點是進入反應(yīng)器的煙氣溫度達300℃~500℃,催化劑活性大,煙氣不需要加熱即可獲得良好的脫硝效果。但催化劑處于高煙塵中,飛灰中的K、Na、Ca等易使催化劑中毒,也造成蜂窩狀催化劑中的煙氣通道堵塞,另外煙氣溫度高也有燒壞催化劑的危險。但該配置工藝布置容易,余熱鍋爐利用比較充分。(二)scr前置袋式除塵器的工作溫度要求200℃以下,若SCR安裝到袋式除塵器之后,煙氣必須加熱升高到280℃以上,勢必耗用大量能源,從經(jīng)濟角度看,必須使用高灰配置,也即SCR前置。袋式除塵器的工作溫度較低,所以脫硝后還需要噴淋降溫,但是因為袋式除塵器效率高達99%,設(shè)備價格低,隨著國家環(huán)保標(biāo)準的不斷提高,使用會越來越廣泛。五、除塵和慣性除塵器通過高效除塵和SCR脫硝,天然氣玻璃窯爐的煙氣完全可以達到最新的環(huán)保要求。隨著技術(shù)的不斷進步,純氧燃燒、空氣和天然氣分級燃燒技術(shù)、煙氣再循環(huán)技術(shù)以及SNCR在玻璃窯爐中的逐漸開發(fā),運行效率更高、更加經(jīng)濟的煙氣處理系統(tǒng)會不斷進入應(yīng)用階段。1.重力除塵:重力除塵和慣性除塵對1μm以下顆粒分離效率低,不能達到50mg/Nm3的目標(biāo)。2.離心分離器(旋風(fēng)除塵器):對顆粒度較大,含塵量高的煙氣處理效果較好,一般作為除塵工序的預(yù)處理設(shè)備。3.袋式除塵器:袋式除塵器的過濾機理是一個綜合效應(yīng)的結(jié)果。粉塵一般由超細微粒到粗粒的各粒徑按一定分散度曲線分布的。雖然濾布纖維問的孔隙也許大于100mm以上,但織物過濾卻能捕集微米粒子,過濾機理各種效應(yīng)是重力、篩濾、慣性碰撞、鉤附效應(yīng)和擴散與靜電吸引。袋式除塵器對溫度要求為180℃~200℃之間,需先降溫。袋式除塵器的壓損為1700Pa,使用風(fēng)機的功率要明顯高于EP設(shè)備。1.原料中少量硝酸鹽分解。2.燃料中含氮物質(zhì)的燃燒。3.空氣中氮的燃燒,即熱NOx,這是最主要的生成方式。玻璃熔窯廢氣中的NOx,初始90%~95%為NO,但在排放過程中,隨著溫度的下降而逐漸轉(zhuǎn)化為NO2。2.srcr2.高溫ep設(shè)備低灰配置優(yōu)點是催化劑不受飛灰影響,使用效果好,壽命長?？捎幸韵聝煞N配置方式:第一種低灰配置工藝配置簡單,余熱利用充分。SCR催化劑的溫度要求280℃~420℃,SCR的煙氣溫度接近下限,脫硝效率降低。EP在300℃以上溫度工作,必須使用高溫EP設(shè)備。第二種低灰配置的優(yōu)點是工藝配置流暢,效果肯定,系統(tǒng)穩(wěn)定。除需要高溫EP設(shè)備外,還需增加噴淋降溫設(shè)備。余熱鍋爐配置到末端,利用效率低一些。選擇性非催化還原(SNCR)脫除NOx技術(shù)是把含有NHx基的還原劑(如氨氣、氨水或者尿素等)噴