玄武岩纤维滤袋在玻璃窑炉脱硝除尘上的应用

刘锦飞，云高杰

（1.无锡奥富环境技术有限公司，江苏 无锡 214135；2.南京百朋纺织材料有限公司，南京 211505）

玄武岩纤维滤袋在玻璃窑炉脱硝除尘上的应用

刘锦飞1，云高杰2

（1.无锡奥富环境技术有限公司，江苏 无锡 214135；2.南京百朋纺织材料有限公司，南京 211505）

简要介绍了玻璃工业窑炉的烟尘特性，以及目前国内玻璃行业脱硝除尘的状况和技术难点。玄武岩纤维滤袋可在380℃高温下长期使用，能有效解决玻璃工业窑炉烟气温度高、粉尘超细且有黏性、NOx和SOx含量高等问题，并成功应用于200t/d的玻璃窑炉。

玻璃窑炉除尘；玄武岩纤维滤袋；耐高温纤维材料

引言

近年来全国范围内频繁出现雾霾天气，PM2.5的治理成为全社会关注的焦点之一。工业污染源是PM2.5的主要来源，是造成雾霾天气的罪魁祸首[1]。玻璃工业作为建材行业的主要组成部分之一，同时也是高污染、高耗能产业，由于之前国家环保标准要求较低、脱硝除尘在玻璃工业窑炉还存在技术瓶颈，导致国内绝大部分玻璃工业窑炉的烟气未经脱硝除尘处理就被直接排放，玻璃行业的脱硝除尘技术应用目前尚处于初始阶段[2-4]。

2011年国家出台《平板玻璃工业大气污染物排放标准》（GB26453），提出NOx排放浓度应＜700mg/m3，粉尘排放浓度应＜50mg/m3[5]。目前，国内仅有几条玻璃生产线进行脱硝除尘处理，采用先电除尘再脱硝的工艺，但在实际使用中出现了较多问题，电极板经常被玻璃粉尘黏附难以清灰，并受高浓度的酸性气体腐蚀，需要经常更换电极板，而且由于电除尘效率不能满足50mg/m3的排放标准，造成粉尘堵塞脱硝孔道并会导致催化剂中毒，大大影响了脱硝效果[6、7]。

国内企业开发出的能在380℃下长期使用的玄武岩纤维滤袋，解决了目前绝大部分滤袋在380℃下无法使用的难题，并克服了电除尘器排放不达标和易腐蚀、易黏附极板等缺点，又能满足后道高效脱硝的低浓度粉尘和320℃以上高温两个必要条件。该超高温滤袋现已成功应用于200t/d玻璃窑炉。

1 玻璃工业窑炉除尘与脱硝

1.1 玻璃工业窑炉烟尘特点

玻璃工业窑炉由于其工业原料和工艺特殊性，烟尘工况较为复杂，而脱硝又要求低尘和320℃～380℃高温条件[8、9]，导致脱硝除尘较为棘手。玻璃窑炉工况特殊性主要集中在以下方面：

（1）除尘温度高达380℃。目前玻纤滤料、P84滤料、PTFE滤料等高温滤料长期工作温度最高为260℃，不能满足380℃下除尘的需要。

（2）粉尘粒径小。粉尘粒径在20μm以下的约占50%，大都属于较难除去的超细粉尘。表1为南方某玻璃窑炉烟气中粉尘粒径分布情况。

表1 南方某玻璃窑炉粉尘粒径分布

（3）酸性气体含量高。NOx化合物气体的浓度一般在1200～3000mg/m3，其浓度取决于原料配料中芒硝的使用量及燃料燃烧时生成的烟气量；SOx化合物气体的浓度一般在500～2500mg/m3，其浓度取决于所用燃料的种类及其含硫量。如天然气窑炉的SO2初始排放浓度在300～500mg/m3，NOx初始排放浓度在1800～2870mg/m3。

（4）水气含量高。从窑炉出来的烟气温度在500℃以上，期间需通过喷淋措施或混入冷风方式，将温度降至350℃，利于后道脱硝工艺。进入除尘器的水气含量能达到10%以上。

（5）粉尘种类多且杂，主要由惰性金属盐类、金属氧化物或不完全燃烧物质等组成。如含有SiO2、CaO、Na2O、MgO、K2O、FeO、Fe2O3、ZnO和PbO等物质，在高温含水气的工况下会潮解而形成一定的黏性，不利于除尘滤袋的清灰，甚至造成除尘滤袋“糊袋”现象。

（6）玻璃窑炉内烟气压力要求稳定[2、6]。在生产玻璃类产品时，必须要保证炉内压力稳定，且呈微正压3～5Pa。也意味着滤袋本身清灰要及时并保持稳定。

因此，开发一种能够在上述工况下长期使用的滤袋已显得非常迫切。

1.2 玻璃窑炉脱硝与除尘关系

现有的脱硝技术有SNCR、SCR、低氮燃烧技术和纯氧燃烧技术等，其中SCR脱硝技术运用最广泛。SCR脱硝效率高达90%以上，脱硝效果最稳定，但其要求要具备两个条件：

一是需满足320℃～380℃的脱硝温度，这主要是由于SCR催化剂在此温度下，催化活性最佳，而一旦低于这个温度，将无法去除玻璃窑炉中的NOx，即脱硝效果不能满足700mg/m3的排放要求；

二是玻璃窑炉烟尘中含有大量的碱金属氧化物（如Na2O），含量在40%以上，会造成催化剂碱中毒。

另外，如果粉尘浓度过大的话，也会造成脱硝装置堵塞，造成窑炉整体系统运行不畅。

2 玄武岩纤维除尘滤袋性能

2.1 玄武岩纤维性能优势

玄武岩纤维（CBF）是以玄武岩为原料，经熔融拉丝而成。玄武岩纤维具有优异的耐温性能、强度，良好的耐化学腐蚀性能[10、11]，适合制作工业除尘滤袋。CBF与常用制作滤袋的E-玻纤性能数据对比见表2。

表2 玄武岩纤维与E-玻纤性能对比

从表2可看出，CBF抗拉强度为3800M～4800MPa，高于无碱玻纤的3100M～3800MPa；在400℃高温下CBF断裂强度保持率能达到85%；CBF与E-玻璃纤维在3小时沸煮后纤维质量分数损失的对比情况：在水中CBF损失0.002，而E-玻璃纤维则损失0.007；2N NaOH的溶液里两者分别为0.0275和0.06；在2N HCl中CBF仅损失0.022，而E-玻璃纤维则损失0.389。因此，从表2中的数据来看，CBF在耐温性、强度及耐化学腐蚀性上要远胜于E-玻纤，非常适合制作超高温工业除尘滤袋。

2.2 玄武岩纤维滤袋制作

使用CBF纱及复合纱为原料，制成玄武岩纤维滤布，可提高其耐磨性、改善其耐折性；考虑到玻璃窑炉酸性气体含量高、粉尘粒径小且具有黏性的特点，对玄武岩纤维滤袋进行无机纳米后整理和拒水拒油后处理，以提高滤袋清灰性能和耐化学腐蚀性能。为满足在380℃下长期使用，采用超细玄武岩缝纫线，使之成为真正意义上的100%玄武岩纤维滤袋。

2.3 玄武岩纤维滤袋的性能

经检测，加工后的玄武岩纤维滤袋性能见表3。

3 玄武岩纤维滤袋在玻璃窑炉除尘上的应用

3.1 石家庄某玻璃窑炉

该滤袋于2013年7月在石家庄市某200t/d玻璃窑炉进行挂袋实验，玻璃窑炉排出的初始烟气温度为450℃～550℃，经降温后温度为350℃～380℃，再进入袋式除尘器，保证进入SCR脱硝工段时温度为330℃左右，利于保持脱硝催化活性。

表3 玄武岩纤维滤袋性能检测数据

该袋式除尘器内的烟尘工况如表4所示。

表4 石家庄市某玻璃窑炉除尘器参数

3.2 运行情况

该玄武岩纤维除尘滤袋在挂袋7个月后，运行状况良好，粉尘排放浓度＜30mg/m3，烟尘排放浓度达标；由于进入脱硝系统温度高达330℃左右，且粉尘已得到有效去除，因此脱硝效率较好，NOx排放量已降至200mg/m3以下。除尘器实际运行参数见表5。

表5 除尘器实际运行参数

除尘器内实际温度为330℃～340℃，在线喷吹压力设计为0.3MPa，实际清灰过程中，发现清灰困难而调高到0.35MPa，清灰效果得到改善。除尘器运行阻力在运行半月后达到1100Pa，之后一直稳定在1200Pa。

3.3 运行结果

该玻璃窑炉烟尘排放达到《平板玻璃工业大气污染物排放标准》（GB26453-2011）中提出的玻璃窑炉烟气中NOx排放浓度小于700mg/m3，颗粒物的排放浓度应小于50mg/m3的要求。

运行7个月后进行例行检修，发现有几条滤袋出现破损，主要原因是滤袋与龙骨磨擦导致。将破损滤袋更换后，运行正常。从拆下来的滤袋外观、强度保持上来看，仍具有一定的使用寿命。

4 结论

实验室测试及实际应用结果说明，玄武岩纤维除尘滤袋能够在350℃高温下长期使用，耐酸碱性能优异，清灰性能良好，除尘效率较高，适合玻璃工业窑炉的特殊工况，能有效解决玻璃工业窑脱硝除尘遇到的问题，因而可在玻璃工业窑炉推广应用，并具有良好的市场前景。

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Application of Basalt Fibre Filter Bag in Denitration and Dust Removal of Glass Kiln

LIU Jin-fei1, YUN Gao-jie2
(1.Wuxi Schonder Environmental Science & Technology Co., Ltd, Jiangsu Wuxi 214135; 2. Nanjing Baipeng Textile Material Co., Ltd, Nanjing 211505, China)

The paper briefly presents the smoke dust characteristics in glass industry kiln and denitration and dust removal status and technical difficulties in glass industry of the country at present time. The basalt fibre filter bags can be used under the high temperature of 380℃ for a long time, and can solve effectively the problems in glass industry kilns, such as high temperature of flue gas, extra fine and viscosity of powder dusts, high content of NOx and SOx. The basalt fiber filter bags can be successfully applied in glass kilns of 200t/d.

dust removal of glass kiln; basalt fibre filter bag; refractory fibre material

X701

B

1006-5377（2015）02-0031-04