玻璃窑炉烟气干法脱硫和低温脱硝系统的设计

刘宁

山东省轻工业设计院 山东济南 250014

目前，玻璃窑炉烟气脱硝发展的总趋势是一方面向环境保护、节能减排发展，降低污染物排放以达到国家标准；另一重要发展趋势是引进国外先进技术，把国外已经广泛应用于电厂的SCR 技术引入到玻璃行业中，同时提高企业自动化程度，实现企业生产管理自动化。在控制技术方面，应用PLC，DCS 系统提高系统的自动化程度；在传动系统方面，采用变频控制技术，实现节能降耗。计算机控制技术、变频控制技术和现场总线技术等多方面先进技术的应用必将是玻璃窑炉烟气脱硝系统发展的趋势，本论文控制系统的设计与研究正是顺应玻璃窑炉烟气脱硝系统的发展趋势[1]。

1 工艺流程

1.1 干法脱硫和低温脱硝工艺路线的确定

该玻璃熔窑的燃烧换火周期约为45min 左右，在一个换火周期内，两台窑炉出口烟气温度在210-300℃之间周期性波动；烟气中的NOx 和SO2浓度值也会周期性波动，并且当NOx 浓度升高时，SO 浓度值降低，反之亦然，这是由于煤制气工序SO2生成周期性波动和玻璃窑炉燃烧热力型NOx 随温度波动。若采用中高温催化剂，催化剂正常工作温度范围宜在300-420℃之间，需要配套热风炉将窑炉出口烟气升温100℃左右，再将脱硝出口的烟气进行余热利用，再进入脱硫和布袋除尘系统。但是，日用玻璃生产工艺对余热利用需求较少，若窑炉出口烟气先补燃升温脱硝后再降温，将会增加总烟气量，并且余热锅炉产生的蒸汽只能直接外排，为了减少环保设施投资和降低运行成本，决定采用低温催化剂。根据催化剂厂家提供的检测数据，当温度在180℃以上时，在SO2和H2O 存在的烟气条件下，催化剂依然具有很高的低温活性，且氨逃逸低。

氨逃逸量的增加会促进硫酸氢氨的生成，催化剂中的活性组分钒在催化降解NOx 的过程中，也会对SO 的氧化起到一定的催化作用，低温催化剂添加抑制剂，降低烟气中SO2/SO3的转化，有效缓解硫酸氢氨的生成。硫酸氢氨的形成是可逆的，将温度升高到316℃即可使硫酸氢氨升华，但运行温度长期低于硫酸氢氨露点温度的条件下，连续运行的时间必须控制在300h 以内。该项目采用低温催化剂，同时配套安装天然气热风炉系统，定期将部分烟气量升温到370℃以上通过催化剂，让催化剂再生恢复活性。在低温SCR 脱硝之前，先进行干法脱硫和布袋除尘，低温催化剂设计温度在180℃以上，因此，本项目采用低温催化剂是可行的[2]。

1.2 工艺设计参数和反应原理

SCR 脱硝反应原理是在催化剂的作用下，还原剂NHs 有选择性地与烟气中的NOx 反应并生成N2和H2O。无论是何种形式的还原剂，首先要得到气态氨，然后氨气和稀释空气混合，经过喷氨格栅将其喷入SCR 反应器上游的烟气中并均匀混合。该脱硫工艺简洁、占地面积小、操作维护简单；与湿法脱硫工艺进行比较，碳酸氢钠脱硫还能将SO3脱除因此可以避免出现有色烟羽。在湿法脱硫系统中会生成气溶胶，因为湿法烟气脱硫系统不仅不能有效脱除烟气中的SO3或H2SO4而且会快速形成难于捕集的亚微米级的HSOa 酸雾，通过烟囱排入大气，形成可见烟羽。NaHCO3超细粉磨机目前通常采用进口品牌分级磨价格昂贵，本项目直接采购碳酸氢钠超细粉成品作为原料。

2 技术优化

2.1 碳酸氢钠超细粉的存储和输送系统

本项目原设计在料仓锥斗采用振动器进行辅助下料，但是在料仓中形成了中间凹陷而周边并没有流化的状态，下粉不能连续运行。修改设计在内部设置助流气垫进行流态化后下粉顺畅，脉冲流化用的压缩空气最好达到冷冻干燥后的仪表空气品质。粉体输送采用减压后的压缩空气作为气源，由于当地空气潮湿不宜采用罗茨风机。粉仓下料经过星型给粉机和风粉混合器后，由气力输送管道至1#、2#支管和母管烟道的3 个喷口，管道弯头采用10D 的大半径弯管，并且在管路上设置压缩空气吹堵接口[3]。

2.2 热风炉系统

为了将沉积在催化剂微孔内的硫酸氢氨分解完全，最大可能的恢复催化剂的活性，加热时间也就会比较长，一般情况下加热再生的时间为12-24 小时以上。催化剂再生频率主要受到实际运行工况的影响，不同的工况条件，其再生频率有所差异，对反应器内的测试模块进行取样后送催化剂厂家检测后决定。在除尘器出口至反应器入口烟道上，掺入热风炉来的热烟气（400-600℃），来自布袋出口的180℃烟气是窑炉出口的一部分烟气，混合后温度达到370℃进入反应器供催化剂再生，在引风机入口烟道上设置掺冷风阀，满足引风机的运行温度要求。热风炉的最小设计热负荷，根据设备、烟道的散热损失和催化剂的温升速度确定，当反应器内温度在200℃以上时控制缓慢升温，在50℃/h 以内，防止超温造成催化剂烧结失活。

3 结语

综上，该日用玻璃厂窑废气已转化为干脱硫、高温袋除尘、低温可控硅脱硝，自投入使用以来运行良好。碳酸氢钠超细粉体涂料添加了几层辅助空气垫，冷却干燥压缩空气用作脉冲流化介质，粉末顺利输送到整个粉体涂料中，管肘被大半径弯头和压缩空气扫描堵塞，材料运输过程中出现堵塞问题由于低温催化剂体积受温度影响较大，必须保证最后一层催化剂温度高于设计值，因此热空气炉在运行过程中负荷较低，可保证SCR 反应器废气温度符合要求。在下一阶段，可以通过合理选择碳酸氢钠超细粉碎剂，并在工厂购买原料制成超细粉末，从而降低运营成本。