烟气脱硝工程中烟气调质系统的研发与应用

吕清欣

(汇智工程科技股份有限公司，山东 青岛　266100)

玻璃生产领域的熔窑所用的燃料有石油焦、重油、天然气、煤气等，燃料燃烧时排放的氮氧化物(NOx)是大气污染的元凶之一，该物质达到一定浓度就会对人体健康构成威胁和危害。氮氧化物与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐，随着降水和降尘从空气中落到地面，硝酸是酸雨的原因之一。氮氧化物与其他污染物在一定条件下能产生光化学烟雾污染，会严重破坏生态环境及人体的呼吸系统。

目前通行的烟气脱硝工艺大致可分为干法、半干法和湿法三类。干法包括选择性非催化还原法(SNCR)、选择性催化还原法(SCR)、电子束联合脱硫脱硝法。半干法有活性炭联合脱硫脱硝法。湿法有臭氧氧化吸收法等。

就目前玻璃行业而言，干法脱硝占主流地位。其原因是：NOx与SO2相比缺乏化学活性，难以被水溶液吸收；NH3是良好的还原剂，对烟气中的NOx可选择性吸收还原后成为无毒的N2和H2O，脱硝的副产品便于处理。SCR的原理是在特定催化剂作用下，用NH3或其他还原剂选择性地将NOx还原为N2和H2O，以满足日趋严格的NOx排放标准。催化剂是SCR技术的核心，SCR装置的运行成本在很大程度上取决于催化剂的寿命，催化剂的使用寿命又取决于催化剂活性的衰减速度。

由于玻璃原料中需要芒硝来充当澄清剂，玻璃窑炉烟气中的粉尘主要由硫酸钠盐(Na2SO4)在高温熔化的玻璃液表面气相升华而来，另外燃料的燃烧也会产生有一定浓度的硫氧化物，即SO2气体。在特定温度下(通常为在200℃和500℃)，从高温冷却下来的硫酸钠盐与废气中的气态SO2反应粘度很大，形成具有高度腐蚀性的粉尘。

玻璃生产领域中熔窑烟气成分复杂，某些污染物会使得催化剂中毒从而失去活性；烟气中高分散的粉尘会覆盖催化剂的表面使得催化剂活性下降。脱硝系统中存在的一些未反应的NH3和烟气中的SO2作用，生成易腐蚀和堵塞设备的(NH4)SO4和NH4HSO4，会降低氨的利用率，同时加剧空气预热器的低温腐蚀，即使是不锈钢常年下来也会被腐蚀。

因为玻璃生产领域中熔窑烟气中的灰尘带有很强的粘性，所以需要在SCR系统前向烟气中喷生石灰粉末(CaO)来做吸收剂进行烟气调质，以消除SO2气体和硫酸钠盐，防止粘性粉尘形成。同时在下游加装高温电除尘器收尘。调质除尘后的烟气进入脱硝系统的烟道，在烟道内与喷入的氨水进行充分混合后均匀进入SCR反应器。在催化剂的作用下，反应器内烟气中的氮氧化物与氨发生氧化还原反应。生成氮气和水，从而完成脱硝过程。脱硝后的净烟气从反应器底部流出。

1　烟气调质系统介绍

1.1　烟气调质系统的开发

为了完善上述脱硝工程中的生产困难，作者凭借自己在工作中积累的相关专业知识及丰富经验，成功的开发出烟气调质系统。该系统的开发，完善了脱硝工艺，保障了脱硝工程的安全稳定运行。烟气调质系统构造图见图1。

1.2　烟气调质系统工作过程叙述

将经质检合格的吨袋包装的生石灰粉料倒入倒料仓内，倒料时打开倒料除尘器以避免二次扬尘污染，倒料除尘器配置脉冲反吹振打装置，将收集的生石灰粉尘排至倒料仓内。倒料仓的底端用蝴蝶阀与秤斗连接，倒料仓下部配有助流气锤及料位计，这样物料在倒料仓内不会鼓包冗积，物料容量的多少也能通过料位计得到显示。秤斗与安装架之间通过螺栓固定安装三个呈等边三角形布置的称重传感器，称重传感器通过传感器专用电缆与称重仪表电连接。

称重传感器是将受外力后能够产生形变的弹性体与能够感应这个形变量的电阻应变片组成电桥电路(惠斯通电桥)，电阻应变片固定粘贴在弹性体上，利用惠斯通电桥的工作原理来实现将质量信号转变为可测量的电信号。当弹性体受力变形时，应变片也随之变形，同时应变片的电阻值也发生对应性的线性变化，以此来达到测量质量的目的。因为称重传感器的线性功能，所以称重仪采样的质量数据全部是线性的、直观的与动态的。

图1烟气调制系统

称重仪表根据秤斗中物料重量的减少速率来控制螺旋给料机以达到定量给料的目的,当秤斗内的物料达到称重下限位置时, 螺旋给料机则按照当时的转速固定出料量,同时控制蝴蝶阀打开，倒料仓里的物料快速下到秤斗内,当装料到称重上限时停止装料。蝴蝶阀可以满足快速装料进而缩短进料时间,提高称重的准确度和控制精度。

螺旋给料机把物料精确定量的排到旋转阀内，旋转阀起到定量卸料、锁气的作用。旋转阀下部连接文丘里管式空气加速器。罗茨鼓风机产生具有一定压力、速度的空气流体，经过空气加热器的加热除去水分使其保持干燥，这样与物料接触混合后不会产生结块。气流再经过文丘里管式空气加速器的加速作用，使得从旋转阀卸下的物料在气力管道内高速输往高温烟气的烟道中，进而实现工艺上的烟气进SCR装置前脱硫除尘要求。

1.3　主要系统组成设备

主要的系统组成设备见表1。

表1　烟气调质系统的主要设备表

表1(续)

1.4　系统工作流程

(1)系统启动前检查所有设备、阀门是否存在故障，气、电等公共工程是否正常；

(2)逆流程启动系统：启动罗茨风机→启动空气加热器→启动旋转阀→启动螺旋排料机→到仪表设置的低位时往秤斗内补料；

(3)系统补料步骤：打开倒料仓排料蝶阀→喂料至秤斗称量仪表设置的高位→倒料仓低料位报警→人工倒料→启动倒料除尘器(现场开、关)。

2　烟气调质系统投入使用后存在的问题及改进措施

图2　调整后的喷头结构形式

烟气调质系统在成都某国内知名大型900T/D浮法玻璃生产线投入使用后，在前期试运行时出现生石灰粉料喷入到烟道内的物料量低于系统设计要求的数值。经过调试阶段一个多月钻研摸索，才发现问题的原因，并及时做出针对性完善改进。第一个影响因素是生石灰物料粒度太小，初始设计资料提供的生石灰物料特性为80～100目左右，但厂里实际生产中使用的生石灰物料粒度为300目，如此细的物料非常容易团聚，造成俗称的"老鼠洞"现象，无法发挥助流气锤的作用，后来把倒料仓、秤斗上配置的助流气锤都更改为破拱空气流化器，大大改善了物料的流动性；第二个影响因素是文丘里型空气加速器的喷头一开始的设计不是很完善，造成喷头喷出的空气并未全部进入气流混合加速室，有一部分折返到螺旋给料机内，造成物料流动受阻。后来更改了更为合理的喷头(结构型式见图2)，使得文丘里型空气加速器的使用效果得到很大提升。

3　结语

该浮法玻璃生产线的脱硝工程自投入使用后，经过1个多月的磨合完善，成功达到设计要求的烟气治理指标。烟气中氮氧化物含量大幅降低，顺利通过成都市环保局的考核验收，运行至今使用效果良好。烟气调质系统作为脱硝工程的第一步工艺环节，使烟气在进SCR装置前得到净化，为整个工程的成功实施打下了良好的开端。另外在环保领域本系统也可以应用于干法脱硫工程。

紧跟科技发展潮流，大胆创新，将其使用范围由传统领域拓展延伸至边缘学科领域，扩大设备使用的领域，提高设备的高附加值，以便更好的为生产服务，是包括作者在内的广大设计工作者的挑战与使命，也对我国产业结构升级具有重要意义。

[1]马坤,吕清欣,韩方明,等.窑头料仓料位检测系统的拓展与应用[J].建材世界,2013,34(3):135-137.