一種協同除塵的脫硝工藝

吳振山　鮑倩　任鵬程

摘要：玻璃、火電等行業脫硝問題多，傳統治污技術很難達到優良的脫硝指標。文章闡述了一種協同治污工藝技術，通過高溫LP濾芯除塵與中高溫SCR脫硝技術的組合，彌補了含塵脫硝或低溫除塵工藝裝置技術缺陷。新工藝裝備除塵效率高，節能降耗顯著，還原劑混合效果好，脫硝效率高，催化劑使用壽命長，真正實現了高溫下的協同脫硝除塵。

關鍵詞：高溫除塵；SCR脫硝；除塵脫硝一體化；LP濾芯；陶瓷膜；協同除塵 文獻標識碼：A

中圖分類號：X703 文章編號：1009-2374（2015）23-0104-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.053

某浮法玻璃企業采用天然氣燃料生產平板玻璃，廢氣中NOX含量2000～2300mg/m3、SO2濃度2000～2800mg/m3、粉塵200～600mg/m3，2013年10月該企業新上中溫SCR脫硝裝置一套，投運后2～12天，脫硝催化劑床層壓差快速增加，窯爐尾排風機電流急劇增大，脫硝效率從70%～85%降到20%～30%，還原劑利用率降到40%以下，氨逃逸嚴重，運行半個月，切換到SCR脫硝塔旁路系統進行維修。經過一年多的改造，脫硝設備依然不能長期穩定運行。無獨有偶，火電行業規模大，NOX產量多，脫硝任務重，2012年以來，國內舉辦的火電行業技術交流會中，都會設計降低SCR脫硝系統運行費用問題以及如何有效避免脫硝運行后空預器頻繁堵塞事故的發生。

1 問題歸納

玻璃熔煉過程溫度高，單位產品NOX排放量大，脫硝壓力重。分析其原因在于上述玻璃窯在脫硝前未進行除塵，玻璃生產過程中的粉塵幾乎都是堿金屬或堿土金屬。堿金屬、堿土金屬粉塵能使SCR脫硝催化劑中毒，直接降低催化劑的有效活性當量，進而導致脫硝效率偏低。2011年《火電廠大氣污染物排放標準（GB 13223-2011）》頒布后，行業內脫硝問題開始廣泛暴露出來。產生上述現象的另一個原因在于工況劇烈波動時，局部易形成低溫環境，在低溫下煙氣中的粉塵、高濃度SO2/SO3、高濃度逃逸氨以及水蒸氣易形成糊狀物質，進而黏附更多的粉塵，導致SCR催化劑床層堵塞、空預器堵塞等，致使系統阻力升高，甚至是影響正常生產。

2 解決方案

衡量脫硝工藝裝備性能優劣的三個重要指標分別為脫硝效率、氨逃逸率、對工況系統的影響率。脫硝前待脫硝氣體與還原劑混合均勻、脫硝時待脫硝氣流速度分布均勻、脫硝前待脫硝氣體中沒有粉塵等都能大幅提升脫硝效率、降低氨逃逸率，進而降低脫硝系統對整個工況系統的影響率。要滿足上述三個條件，改進措施有：（1）改進現有的噴氨混風模式、脫硝前預留充足的混風時間；（2）盡可能降低待脫硝氣體穿過脫硝催化劑床層的速率；（3）脫硝前對待脫硝氣體進行高效除塵；（4）盡可能增加脫硝催化劑量等。受當前技術、資金的限制，上述四項措施通常難以被實現：（1）若延長混風時間，無論是增大管道橫斷面積還是延長管道長度，都會增加設備投資，如增加催化劑用量也會大幅增加設備投資，實際操作中都很難實現；（2）待脫硝氣體往往含有大量粉塵，為降低脫硝催化劑被粉塵堵塞的速率，待脫硝氣體穿過催化劑床層時需要保持一定的速率，一般在4～6m/s之間甚至更高，高流速下，溝流、偏流程度加重；（3）目前市場上尚未發現能在高溫或中溫SCR脫硝溫度范圍內高效處理含塵煙氣的工藝技術。因此要從根本上解決問題，需走協同治污技術路線。

3 實施細則

設計一臺高溫除塵設備，以除塵器為母體，將SCR脫硝催化劑植入除塵設備凈氣室中，高溫下除塵，除塵脫后脫硝，一步實現粉塵及NOX的超低排放。

3.1 工藝流程描述

含塵和含氮氧化物（NOX）的廢氣進入混合氣進風通道，與還原劑噴槍噴出的還原劑進行初步混合形成混合氣，還原劑的流量通過原煙氣前端NOX檢測信號以及煙氣溫度信號進行控制。

混合氣從灰斗的中上部進入除塵室，先在灰斗入口處發生流速與流向的快速改變，再在除塵室內發生流速與流向的改變，而后從LP濾芯的外表面進入其內部空腔，透過的混合氣體沿LP濾芯的內部空腔上升并穿過花板進入催化劑床層。煙氣中的粉塵被截留在LP濾芯外表面。當LP濾芯內外壓差升到設定值時，系統啟動再生模式，低壓壓縮氣流在極短的時間內由脈噴管上的脈噴嘴射入到LP濾芯的內部空腔，使LP濾芯內部空腔形成正壓，將附著在LP濾芯外表層的粉料吹落，粉料在自身重力作用下落入灰斗，再經過灰斗下料器輸送到灰庫；透過LP濾芯的氣體，垂直進入凈氣室，并自下而上穿過催化劑床層，在SCR脫硝催化劑的作用下，NOX與NH3發生氧化還原反應，生成無毒的N2和H2O，生成物與未參加反應的物質一起在凈氣室的上部匯集，從凈氣出風口中離開裝置，完成煙氣的除塵、脫硝任務，見圖1：

3.2 關鍵參數設計

3.2.1 過濾材料采用耐高溫外濾式LP濾芯，濾芯外徑Φ80～Φ130mm，濾芯長度1500～2600mm，耐溫550℃，凈空阻力<100Pa，孔徑根據煙塵成分而定。

3.2.2 采用低壓脈噴技術對LP濾芯進行再生，選用0.2～0.7MPa的壓縮空氣、壓縮氮氣等為動力。

3.2.3 脫硝催化劑根據煙氣溫度特點選用通道式、蜂窩式、平板式的高溫型或中溫型催化劑，還原劑采用液氨、高濃度氨水或尿素。

3.2.4 進風方式。混合氣從灰斗中上部進風，穿過LP濾芯的流動方向為垂直于濾芯軸向由外向內，在SCR脫硝催化劑床層的流動方向由下而上。

3.2.5 氣流速率。混合氣穿過LP濾芯的過濾速率控制在0.5～3.6m3/（m2/min）之間，穿過SCR脫硝催化劑床層的速率控制在0.17～1.24m/s之間。

3.2.6 還原劑噴槍布置在除塵器進風管入口當量管徑的5～8倍處，噴射方向與混合氣主流動方向呈120°～135°夾角。噴槍分兩組：一組為氣氨噴槍；另一組為氨水噴槍。當混合氣上游溫度介于SCR脫硝催化劑的活性溫度內時，系統啟用氣氨噴槍，當混合氣上游溫度高出SCR脫硝催化劑的活性溫度時，系統啟用氨水噴槍。endprint

4 優缺點分析

4.1 系統優點

4.1.1 節能降耗。高溫下直接對原煙氣進行除塵、脫硝，免除先降溫除塵再升溫脫硝帶來的能量消耗；催化劑床層橫截面積大，待脫硝氣體穿過催化劑床層的速率小，延長了停留時間，幾乎不含粉塵，提高了脫硝效率的同時顯著降低系統阻力，節能降耗明顯；當進入裝備的溫度高于SCR脫硝催化劑溫度時，系統可自動切換噴氨模式，不僅調節了混合氣的溫度，補充了脫硝所需要的還原劑，還能降低煙氣穿過LP濾芯的速率，降低系統阻力。

4.1.2 降低設備投資。不設置獨立的脫硝催化劑塔，催化劑直接布置在除塵凈氣室內，節省“催化劑塔”的投資；還原劑利用LP濾芯作為混合媒介，節省傳統脫硝中噴氨格柵設備的投資；高溫下一次除塵精度達1mg/m3，省去傳統SCR脫硝后的再次除塵工藝裝置。

4.1.3 提高脫硝效率，降低氨逃逸率。還原劑在除塵前進入工藝裝置，在混合氣進風通道內進行強烈的湍流，在脫硝前發生多次流速改變、流向改變，混合強度大，混合時間長，混合均勻度高，脫硝效率增大，安逃逸率降低；催化劑床層上下壓差小，降低了溝流、偏流程度，促使反應更加均勻，氨逃逸低。

4.1.4 降低脫硝系統對整個工況的影響率。脫硝后的凈化氣沒有粉塵，應用在電廠鍋爐除塵脫硝，能大幅度降低空預器的堵塞頻率，甚至能消除脫硝后遺癥——硫酸鹽-粉煤灰形成的空預器堵塞。

4.1.5 經過本工藝裝置處理后的凈化氣幾乎不含粉塵、氨或銨鹽，NOX含量可實現30mg/m3以下排放，使用方在很長一段時間內不必擔憂因相關行業大氣污染物排放標準的提高而去改造或復建除塵、脫硝設備。

4.2 系統缺點

4.2.1 LP濾芯設備制作以及濾芯安裝等要求精度高，安裝費用比傳統除塵+脫硝工藝裝置增加10%～20%。

4.2.2 對高溫廢氣中氨氧化物濃度有一定的要求，NOX初始含量較低時采取此種技術，將會增加環保設備的投資。

4.2.3 裝備占地面積大，不利于對老鍋爐環保裝備的改造。

4.2.4 目前高溫除塵脫硝一體化協同治污單臺設備最大處理風量僅有15000～19000m3/h，10萬m3/h及以上風量的高溫除塵脫硝一體化協同治污工藝技術還不成熟。

5 結語

廢氣污染物治理技術有多種，對于高濃度NOX及高濃度粉塵的高溫廢氣而言，走協同治污路線盡管縮短環保裝備工藝流程，提高除塵、脫硝效率，但也存在諸多不足，企業選擇時需根據具體情況而決策，切莫盲目“棄舊追新”。

作者簡介：吳振山（1985-），男，安徽太和人，合肥豐德科技股份有限公司項目負責人，工程師，研究方向：石油化工技術、化工環保、節能減排技術。

（責任編輯：黃銀芳）endprint