SCR煙氣脫硝技術(shù)在玻璃窯爐上的應(yīng)用

沈 崢，袁滿巧

（江蘇科行環(huán)保科技有限公司，江蘇 鹽城 224051）

1 引言

近年來我國平板玻璃產(chǎn)量逐年遞增，據(jù)統(tǒng)計2012年全國284條浮法玻璃生產(chǎn)線累計產(chǎn)量為71417萬箱，占全球總產(chǎn)量一半以上，居世界首位。全國平板玻璃生產(chǎn)企業(yè)大氣污染物年排放總量也在逐年增加，大氣污染物排放控制形勢嚴(yán)峻。2012年全國平板玻璃企業(yè)大氣污染物年排放總量估算如表1所示。

表1 2012年平板玻璃生產(chǎn)污染物排放總量 萬t

“十二五”期間頒布實施了《平板玻璃工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB26453－2011），平板玻璃行業(yè)在大力推廣余熱發(fā)電節(jié)能技術(shù)的同時，對氮氧化物（NOx）排放的控制已刻不容緩。吳江南玻率先在平板玻璃窯爐上成功應(yīng)用了選擇性催化還原煙氣脫硝（SCR）技術(shù)，國內(nèi)平板玻璃行業(yè)煙氣脫硝邁出了第一步，具有重要的里程碑意義。

2 平板玻璃窯爐大氣污染物

平板玻璃生產(chǎn)流程包括配料、物料熔化和玻璃成型等工序。配料和成型工序主要是物理過程，主要產(chǎn)生粉塵。物料熔化過程是燃燒燃料產(chǎn)生高溫將物料熔化和分解過程，主要產(chǎn)生煙塵、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、氯化氫（HCl）、氟化氫（HF）等污染物。

我國平板玻璃行業(yè)的玻璃窯爐的燃料主要采用天然氣、水煤漿、煤氣、重油等。作為綠色燃料，天然氣被越來越多的玻璃廠家采用。采用不同的燃料的玻璃窯爐產(chǎn)生的污染物濃度有較大變化，燃料成分變化也會引起煙氣污染物濃度的變化，平板玻璃窯爐煙氣污染物初始排放水平如表2所示，其中NOx排放濃度在1800～2870mg／Nm3之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出排放標(biāo)準(zhǔn)（700mg／Nm3）。

表2 平板玻璃煙氣污染物初始排放水平（干煙氣、273K、101.3kPa、8%含氧量狀態(tài)下） mg／Nm3

3 平板玻璃窯爐氮氧化物控制措施

平板玻璃窯爐的氮氧化物（NOx）控制措施有燃燒過程控制和煙氣控制措施。燃燒過程控制措施有純氧燃燒和低氮燃燒工藝，煙氣控制措施有在窯爐內(nèi)選擇性非催化還原（SNCR）技術(shù)和尾部煙氣選擇性催化還原（SCR）技術(shù)。

3.1 純氧燃燒技術(shù)

純氧燃燒技術(shù)采用純度大于90%的氧氣對燃料進(jìn)行助燃，其優(yōu)點在于不但可以大大減少熱力型氮氧化物（NOx）和煙塵的產(chǎn)生，而且可以實現(xiàn)節(jié)能增產(chǎn)的目的，相對于采用空氣燃燒可以降低70%～90%的熱力型氮氧化物（NOx）的生成。但由于純氧燃燒技術(shù)投資較大，窯爐砌筑需采用特殊的耐火材料，純氧制備工藝不經(jīng)濟(jì)等問題，在國內(nèi)平板玻璃行業(yè)并沒有得到推廣。

3.2 低氮燃燒工藝

低氮燃燒工藝主要是對燃燒過程中空氣和燃料的配比進(jìn)行調(diào)節(jié)，使燃料在低過量空氣系數(shù)的還原性氣氛下燃燒。這種情況下燃料燃燒不充分，窯溫上升慢，雖然可以一定程度地降低氮氧化物（NOx），但在1650～2000℃的高溫下仍會產(chǎn)生大量的熱力型氮氧化物（NOx）。

3.3 選擇性非催化還原法煙氣脫硝工藝

選擇性非催化還原法（SNCR）煙氣脫硝工藝脫硝效率在30%～60%之間，還原劑為氨，其反應(yīng)溫度窗口為850～1100℃，一般采用一定濃度的尿素溶液或氨水在合適的位置噴入玻璃窯爐。這種工藝有很大的局限性，一方面在平板玻璃窯爐上很難準(zhǔn)確找到反應(yīng)溫度窗口，另一方面噴入玻璃窯爐的溶液會導(dǎo)致窯氣局部溫度降低影響玻璃的質(zhì)量。

3.4 選擇性催化還原法煙氣脫硝工藝

選擇性催化還原法（SCR）煙氣脫硝工藝原理是采用氨（NH3）作為還原劑，300～420℃溫度區(qū)間在催化劑（釩、鐵、鉻、鈷、鉬等）作用下將氮氧化物（NOx）還原為氮氣（N2）。選擇性催化還原法（SCR）煙氣脫硝工藝采用工業(yè)化生產(chǎn)的催化劑，結(jié)構(gòu)形式有蜂窩式、板式和波紋板式，以二氧化鈦（TiO2）為載體，以五氧化二釩（V2O5）或釩－鎢（V2O5－WO3）為活性成分。

選擇性催化還原法（SCR）煙氣脫硝主要發(fā)生的反應(yīng)為：

選擇性催化還原法（SCR）煙氣脫硝工藝在火電廠應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟可靠，在電子玻璃窯爐上也有所應(yīng)用。

4 工程應(yīng)用實例

2011年國內(nèi)首個平板玻璃窯爐煙氣脫硝項目在吳江南玻玻璃有限公司新建的2條天然氣平板玻璃窯爐上成功實施。

4.1 吳江南玻玻璃窯爐概況

吳江南玻玻璃有限公司新建900t／d＋600t／d兩條浮法平板玻璃生產(chǎn)線，采用天然氣為燃料，玻璃窯爐的煙氣量分別為125000Nm3／h和97500Nm3／h，煙氣中的主要污染物為煙塵、NOx、SO2、HCl和HF，其初始濃度如表3所示。

表3 煙氣污染物初始濃度 mg／Nm3

4.2 吳江南玻玻璃窯爐工藝設(shè)計

結(jié)合吳江南玻玻璃窯爐工藝特點在充分分析其煙氣特性基礎(chǔ)上，經(jīng)過多方認(rèn)真論證最終采用液氨為還原劑的SCR煙氣脫硝工藝。由于玻璃原料采用Na2SO4和Na2CO3等作為添加劑，所以煙塵中堿金屬氧化物含量較高，如表4所示。堿金屬氧化物是造成SCR催化劑堿中毒的重要原因，所以在SCR煙氣脫硝系統(tǒng)設(shè)計和催化劑選型時需要充分考慮其不利影響。為了降低SCR催化劑堿中毒的風(fēng)險，在SCR反應(yīng)器前設(shè)計了高溫電除塵器。

在對粉塵比電阻測試時發(fā)現(xiàn)吳江南玻窯爐的煙塵比電阻比較低，如表5所示。在實驗室測試過程中當(dāng)溫度升高到200℃時測試電壓降到了300V，當(dāng)溫度升高到260℃時測試已無法進(jìn)行。因此針對該粉塵比電阻特性，在高溫電除塵器前設(shè)計了煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)，如圖1所示。

表4 煙塵成分分析 %

表5 煙塵比電阻測試數(shù)據(jù)

圖1 吳江南玻玻璃窯爐SCR工藝流程

4.3 吳江南玻玻璃窯爐煙氣脫硝工藝流程

吳江南玻玻璃窯爐SCR工藝流程如圖1所示，玻璃窯爐排出的高溫原煙氣先進(jìn)入余熱鍋爐I段回收熱量，把煙氣溫度降低至320～350℃范圍內(nèi)；然后將煙氣經(jīng)過調(diào)質(zhì)后進(jìn)入高溫電除塵器，去除其中含堿金屬氧化物的煙塵后進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在反應(yīng)器中煙氣中的氮氧化物（NOx）和氨（NH3）在催化劑的作用下反應(yīng)生成水和氮氣，凈化后的煙氣進(jìn)入余熱鍋爐Ⅱ段，進(jìn)一步回收余熱，最后由引風(fēng)機通過煙囪排放。

4.4 吳江南玻玻璃窯爐煙氣脫硝系統(tǒng)組成

吳江南玻玻璃窯爐煙氣處理系統(tǒng)有3個區(qū)域：除塵區(qū)、氨區(qū)、SCR反應(yīng)區(qū)。

除塵區(qū)包括高溫電除塵器、煙氣調(diào)質(zhì)裝置。煙氣調(diào)質(zhì)裝置包括調(diào)質(zhì)劑儲倉、計量給料裝置、調(diào)質(zhì)劑發(fā)送管線、噴槍、靜態(tài)混合器等。

氨區(qū)按2條玻璃窯爐生產(chǎn)線脫硝公用設(shè)計，包括把液氨從運輸罐車轉(zhuǎn)移到液氨儲罐的卸氨壓縮機、2條生產(chǎn)線最大負(fù)荷時168h儲量的液氨儲罐、氨蒸發(fā)槽、氨氣緩沖罐、稀釋槽等。氨區(qū)設(shè)計有消防噴淋系統(tǒng)、氨泄露檢測系統(tǒng)。

SCR反應(yīng)區(qū)包括稀釋風(fēng)機、氨＼空氣混合器、噴氨格珊、靜態(tài)混合器、反應(yīng)器、催化劑和檢測儀表等。

在SCR反應(yīng)器進(jìn)口和出口分別安裝了煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS），實時監(jiān)測SCR反應(yīng)器進(jìn)出口的煙氣參數(shù)，通過邏輯控制器（PLC）自動控制還原劑NH3的噴射量。

4.5 吳江南玻玻璃窯爐煙氣脫硝性能指標(biāo)

該項目設(shè)計NOx排放濃度低于700mg／Nm3，脫硝設(shè)計效率大于72%，粉塵排放濃度低于50mg／Nm3，氨逃逸濃度≤2.5mg／Nm3，SO2／SO3轉(zhuǎn)化率≤1%，滿足國家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

吳江南玻天然氣平板玻璃窯爐采用煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)和高溫電除塵器進(jìn)行除塵的基礎(chǔ)上，選用先進(jìn)的SCR煙氣脫硝技術(shù)取得了成功，解決了平板玻璃窯爐煙氣脫硝工藝選擇的難題，并同時成功地解決了平板玻璃窯爐超細(xì)粉塵的收集問題，可以在玻璃行業(yè)和其他類似高溫?zé)煔庵卫矸矫嫱茝V應(yīng)用。

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