玻璃窯爐煙氣綜合治理的工藝選擇與方案設(shè)計(jì)

      摘要：近兩年，國(guó)家環(huán)保要求的提高，玻璃窯爐也進(jìn)入了脫硝快車道，現(xiàn)部分玻璃生產(chǎn)企業(yè)已陸續(xù)安裝了SCR脫硝裝置。根據(jù)玻璃窯爐脫硝工程經(jīng)驗(yàn)及各種工藝的了解，對(duì)比各種工藝，為后期項(xiàng)目實(shí)施提出參考。

      關(guān)鍵詞：玻璃窯、SCR工藝、玻璃窯灰分、工藝布置

      Abstract：The past two years, With the Country environmental requirements increased, glass kilns entered the fast lane of denitrification. Now part of the glass manufacturers have been gradually installed SCR denitration devices. According the engineering experience of glass kilns denitrification and the understanding of various process, comparison of the different techniques, made ​​reference to the late implementation of the project.

      Keywords：Glass kilns; SCR process; Glass kiln ash; Process layout.

      隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，“十二五”期間，NOx首次列入約束性指標(biāo)體系。今年，全國(guó)各地除在火電上提出了嚴(yán)格要求和整改期限，在水泥、玻璃等建材行業(yè)同樣受到環(huán)保部門的重視。在平板玻璃行業(yè)，部分廠家已經(jīng)安裝了SCR脫硝裝置，效果達(dá)到《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB26453-2011要求。但由于玻璃行業(yè)整體的低迷，脫硝減排工作也受到一定的影響?，F(xiàn)有必要玻璃行業(yè)脫硝技術(shù)的分析比較和沉淀總結(jié)。

      1 平板玻璃行業(yè)大氣污染物排放現(xiàn)狀

      玻璃行業(yè)在除塵、脫硫方面較火電及其它工業(yè)窯爐起步晚。根據(jù)調(diào)查，至今仍有部分平板玻璃廠仍未有有效的除塵措施。前期國(guó)內(nèi)大部分平板玻璃生產(chǎn)企業(yè)采用重油為燃料，少部分采用了天然氣、煤制氣、甚至石油焦。由于燃料的多樣性，不同窯爐的污染物排放有較大區(qū)別。見下表.

      表1 平板玻璃窯爐煙氣各污染物原始排放濃度表（標(biāo)況，8%O2）

      隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能環(huán)保政策宣傳和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，部分企業(yè)正在積極做油改氣工作。

      表2《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB26453-2011

      2 成熟技術(shù)選擇

      2.1除塵技術(shù)

      成熟的玻璃窯爐粉塵治理可選擇電除塵、袋式除塵、濕法除塵等技術(shù)。除塵技術(shù)的選擇，將根據(jù)工程項(xiàng)目的適用工藝來確定。如選擇濕法脫硫時(shí)，濕法除塵將具有更好的協(xié)同適應(yīng)性。

      各種除塵技術(shù)性能表如下

      2.2脫硫技術(shù)

      脫硫方案中，可選擇成熟的濕法脫硫（雙堿法、石灰石石膏法）、半干法、高溫干法。濕法中成功應(yīng)用的方案有雙堿法、石灰石石膏法、MgO法、氨法，根據(jù)調(diào)研情況，雙堿法和石灰石石膏法在運(yùn)行成本和操作維護(hù)上具有優(yōu)勢(shì)。另脫硫技術(shù)的簡(jiǎn)化應(yīng)用，可滿足玻璃窯爐煙氣的調(diào)質(zhì)要求。

      2.3脫硝技術(shù)

      脫硝主流技術(shù)有選擇性催化還原反應(yīng)（SCR）、選擇性非催化還原反應(yīng)（SNCR）及濕法脫硝。SCR是被證明可適應(yīng)玻璃窯爐脫硝的技術(shù)方法；SNCR無法應(yīng)用于玻璃行業(yè)；濕法脫硝效率較低（＜40%），無法單獨(dú)滿足玻璃脫硝要求，在濕法脫硫應(yīng)用中，作為組合技術(shù)使用。

在SCR技術(shù)的應(yīng)用受限于催化劑的技術(shù)發(fā)展，先應(yīng)用的均為中溫催化劑（溫度270℃~400℃間），更適用的低溫催化劑（溫度＜180℃）仍處于研發(fā)階段。

      3 玻璃窯爐污染物整體減排工藝

      從協(xié)同治理玻璃熔窯粉塵、NOx、SO2等污染物的整體工藝考慮，整體設(shè)計(jì)工藝方案。以下工藝方案，依據(jù)窯爐產(chǎn)量、現(xiàn)有生產(chǎn)線工藝、技術(shù)適用性和成本等因素選擇

      3.1余熱（發(fā)電）鍋爐+高溫電除塵+SCR工藝

      從余熱鍋爐改造出口引出煙氣（350℃左右），經(jīng)高溫除塵器后，將粉塵濃度降低到30mg/Nm3，后進(jìn)入SCR脫硝反應(yīng)器，噴入的還原劑在催化劑的作用下，將NOx還原成N2和H2O，后煙氣回余熱鍋爐低溫段繼續(xù)利用。工藝圖如下：

工藝考慮因素、優(yōu)缺點(diǎn)：

      該工藝適用于以天然氣或煤制氣為燃料的玻璃窯爐，適用于帶余熱發(fā)電的窯爐工藝。由于設(shè)置了高溫除塵，可同時(shí)減排粉塵和NOx，系統(tǒng)占地面積較大，對(duì)老線改造較困難，系統(tǒng)溫降一般小于20℃。

      3.2余熱鍋爐+調(diào)質(zhì)（降溫）塔+高溫電除塵+SCR

      由玻璃窯爐煙道出口的煙氣，首先經(jīng)過調(diào)質(zhì)降溫塔，經(jīng)降溫、調(diào)質(zhì)（預(yù)脫硫）處理后，煙氣進(jìn)入高溫除塵，后進(jìn)入SCR脫硝反應(yīng)器，同步完成除塵、脫硝和按要求的脫硫處理，煙氣回余熱鍋爐低溫段繼續(xù)余熱利用。工藝圖如下：

      該工藝適用于以重油、石油焦等為燃料的玻璃窯爐，且配置余熱發(fā)電鍋爐。設(shè)置于除塵器前的煙氣調(diào)質(zhì)塔，是增加除塵效果的關(guān)鍵。當(dāng)使用調(diào)質(zhì)塔作為預(yù)脫硫處理時(shí)，溫降將達(dá)30℃。但由于現(xiàn)玻璃行業(yè)在推行清潔能源改造，后期用重油和石油焦為燃料的窯爐逐步被天然氣取代。

      3.3脫硫調(diào)質(zhì)+高溫除塵+SCR脫硝+采暖余熱鍋爐

      由玻璃窯煙道出口的煙氣，首先經(jīng)過脫硫調(diào)質(zhì)塔，經(jīng)降溫、脫硫處理后，將煙氣溫度控制在320~380℃，后進(jìn)入高溫除塵器，再進(jìn)入SCR反應(yīng)器，后進(jìn)入采暖余熱鍋爐，通過前期溫度控制保證余熱鍋爐進(jìn)口煙氣溫度大于300℃。并根據(jù)工藝要求，在余熱鍋爐前設(shè)置旁路煙道，同步做到脫硫、除塵和脫硝處理。工藝圖如下：
 

      該工藝適用于產(chǎn)量比較小的玻璃窯爐，如300t/d以下，且不做余熱發(fā)電利用的鍋爐系統(tǒng)。此類玻璃窯爐，由于產(chǎn)量小，建設(shè)時(shí)間較早，多為壓延及特種玻璃生產(chǎn)線，需處理風(fēng)量較?。?0000Nm3/h以下），通過現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化，架空等方式，較容易實(shí)現(xiàn)新增設(shè)備的布置。

      3.4降溫+高塵SCR+采暖鍋爐+濕法除塵、脫硫/半干法脫硫系統(tǒng)

      由玻璃窯爐主煙道出口的煙氣，先經(jīng)降溫（噴水）處理，將煙氣溫度控制在350℃左右，后經(jīng)過高塵SCR脫硝反應(yīng)器，經(jīng)余熱利用后，通過濕法除塵洗滌煙氣中粉塵，并具備初步脫硫效果后，進(jìn)入濕法脫硫，濕法除塵和脫硫工藝相關(guān)設(shè)備共用。當(dāng)采用半干法脫硫系統(tǒng)時(shí)，將更有利于對(duì)粉塵的處理。工藝流程圖如下：
 

      該工藝適用于以煤制氣、天然氣等為燃料，余熱不做發(fā)電利用，且現(xiàn)場(chǎng)水資源充足的小窯爐（產(chǎn)量在250t/d以下）或是已設(shè)置濕法脫硫系統(tǒng)的生產(chǎn)線。采用高塵SCR布置，對(duì)催化劑壽命有一定影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)催化劑的孔徑需大于7mm，且孔內(nèi)流速需大于7m/s；當(dāng)采用濕法除塵和脫硫，在漿液處理上需做統(tǒng)一規(guī)劃。

      3.5 SCR脫硝相關(guān)技術(shù)選擇

      1）還原劑選擇

      從還原劑的選用上來看，現(xiàn)可選的還原劑主要有液氨、氨水和尿素。在成本上液氨的運(yùn)行成本最低，但其施工和日常管理均有嚴(yán)格的安全要求，安全空間占地面積大；氨水較為安全，但由于需蒸發(fā)多余的水分，對(duì)煙氣的余熱利用有影響，運(yùn)行成本居中，施工費(fèi)用較低，無強(qiáng)制的安全要求；尿素，過程為尿素溶液，最終參與脫硝的是熱解出的氨氣，而正常玻璃窯爐的主煙道出口溫度低于600℃無法用于尿素的熱解，尿素的熱解需要額外考慮熱量來源，節(jié)能上不具備優(yōu)勢(shì)，另尿素?zé)峤夤に囋O(shè)備的成本也是前期較大的投資。在工藝上可行的還原劑主要為液氨和氨水，液氨主要在原廠區(qū)有液氨儲(chǔ)存（制氫）的情況下考慮采用，一般情況下可采用氨水，采用氨水直噴工藝。

      2）吹灰方式選擇

      吹灰方案可選擇蒸汽吹灰器、熱空氣吹灰器、聲波吹灰器以及聯(lián)合吹灰。需針對(duì)不同燃料窯爐的不同煙塵形式選擇，如天然氣窯爐可選擇單一的吹灰形式，重油等窯爐需要考慮采用高溫除塵、調(diào)質(zhì)工藝措施，并需設(shè)置蒸汽吹灰或聯(lián)合吹灰。

      對(duì)于熱空氣吹灰，是針對(duì)玻璃窯爐粉塵特性和催化劑工藝要求的新吹灰形式，在使用原理上具有優(yōu)勢(shì)。若使用現(xiàn)有蒸汽吹灰器改造為熱空氣吹灰器，現(xiàn)有窯爐的壓縮空氣量多難以供應(yīng)吹灰氣量需要，會(huì)致使一次投資成本高（空壓機(jī)及配套設(shè)備）。熱空氣吹灰器需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況具體設(shè)計(jì)，采用多管分段式吹灰形式以降低瞬間耗氣量要求。該方案正在設(shè)計(jì)、完善中。

      3）控制方式選擇

      現(xiàn)有新上設(shè)備均需滿足信息化和自動(dòng)化的要求，控制方式可根據(jù)業(yè)主廠內(nèi)現(xiàn)有情況和投資估算進(jìn)行選擇，正常硬件可選擇PLC控制形式，如西門子S7-300可滿足現(xiàn)有兩線共用的脫硝系統(tǒng)需求；對(duì)于高配要求，硬件可選用DCS，如ABB的800F系列。國(guó)產(chǎn)控制硬件也滿足使用要求，可根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)線狀況選用。

      4 玻璃窯SCR脫硝工藝的設(shè)計(jì)參考參數(shù)

      根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，玻璃窯爐SCR反應(yīng)器一般參考以下參數(shù)。

序號(hào)	項(xiàng)目	參考數(shù)據(jù)	說明
1	管道氨氣流速	5~10m/s
2	蒸汽管道流速	15~30m/s
3	煙道煙氣流速	15~20m/s
4	空氣管道流速	7~15m/s
5	氨水管道流速	0.5~1.5m/s
6	還原劑存儲(chǔ)設(shè)備	一用一備	關(guān)鍵設(shè)備
7	稀釋風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓	富余1.2倍
8	還原劑存儲(chǔ)量	5天耗量
9	蒸發(fā)槽能力	設(shè)計(jì)效率下，2倍
10	催化劑布置形式	有預(yù)留層
11	反應(yīng)器煙氣溫度	320~350℃
12	催化劑煙氣線速度	6~7m/s
13	催化劑煙氣體積速度	5000~7000
14	催化劑節(jié)距	大于6mm

      隨著國(guó)家對(duì)玻璃行業(yè)環(huán)保要求的提高，玻璃行業(yè)環(huán)保需求正在擴(kuò)大，14年上半年也將是第一次集中爆發(fā)期?，F(xiàn)有脫硝、除塵、脫硫等技術(shù)雖在其它行業(yè)有較廣泛應(yīng)用，但玻璃脫硝以引進(jìn)火電脫硝技術(shù)為起始，再根據(jù)玻璃窯爐的特有工況進(jìn)行專項(xiàng)優(yōu)化，將會(huì)得到高快速發(fā)展。

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