高硼硅玻璃工業(yè)熔窯煙氣脫硼脫酸脫硝除塵技術(shù)

史 薇，時(shí)昌波，高 超，王 騏，汪 江

(深圳凱盛科技工程有限公司，深圳 518000)

高硼硅玻璃(又名硬質(zhì)玻璃)，是利用玻璃在高溫狀態(tài)下導(dǎo)電的特性，通過(guò)在玻璃內(nèi)部加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)玻璃熔化，經(jīng)過(guò)先進(jìn)生產(chǎn)工藝加工而成[1]。它是一種低膨脹率、耐高溫、高強(qiáng)度、高硬度、高透光率和高化學(xué)穩(wěn)定性的特殊玻璃材料，因其優(yōu)異的性能，被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能、化工、醫(yī)藥包裝、電光源、工藝飾品等行業(yè)[2]。國(guó)家環(huán)保部已經(jīng)頒布了《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB26453—2011》和《電子玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB 29495—2013》，并且《日用玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》也正在征求意見(jiàn)。高硼硅玻璃熔窯大氣環(huán)保治理任務(wù)異常艱巨。高硼硅玻璃熔窯煙氣中含有硼酸、氯化氫及氮氧化物等污染物，傳統(tǒng)先脫硝后脫酸的工藝無(wú)法在前端先脫除硼酸，而硼酸在300 ℃以下、169 ℃以上時(shí)為液態(tài)存在會(huì)腐蝕后續(xù)設(shè)備。該文給出了一種先脫酸后脫硝的形式，為高硼硅玻璃工業(yè)熔窯煙氣治理提供了新思路。

1 高硼硅玻璃煙氣特性

高硼硅玻璃作為特種玻璃，其光學(xué)和熱力學(xué)性能優(yōu)良[3]，具有高硅高硼中鋁低堿的特點(diǎn)。高硼硅煙氣中一般含有10%～13%的B2O3，通常是以硼酸和硼砂為原料引入。硼酸和硼砂在火焰窯中揮發(fā)量為10%～20%,即使改用無(wú)水硼砂和無(wú)水硼酸,揮發(fā)量最低也要達(dá)到5%～10%[4]，因此硼酸在熔窯高溫作用下有部分會(huì)以氣態(tài)形式隨煙氣排出。但由于硼酸熔點(diǎn)為169 ℃，沸點(diǎn)為300 ℃，當(dāng)煙氣溫度在300 ℃以下、169 ℃以上時(shí)，硼酸則以液態(tài)形式存在于煙氣中，而這恰好是煙氣在傳統(tǒng)脫硝工藝后鍋爐低溫段出口的溫度，因此若不提前脫除硼酸，會(huì)對(duì)鍋爐及后續(xù)設(shè)備造成腐蝕，降低設(shè)備壽命。

2 高硼硅玻璃工業(yè)熔窯煙氣脫硼脫酸脫硝除塵技術(shù)與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

基于高硼硅玻璃煙氣含硼酸的特性,針對(duì)性的給出一種先脫酸后脫硝的技術(shù)形式，旨在改善現(xiàn)有的高硼硅玻璃工業(yè)熔窯煙氣除塵系統(tǒng)中的硼酸腐蝕除塵設(shè)備的問(wèn)題，其工藝流程見(jiàn)圖1。

此工藝的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，滿足高硼硅玻璃工業(yè)熔窯煙氣脫硼脫酸脫硝除塵的需求，在滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，盡量降低物料消耗，不過(guò)度增加企業(yè)負(fù)擔(dān)。具體工藝流程包括如下步驟：

1)高硼硅玻璃熔窯出口煙氣通過(guò)環(huán)保進(jìn)口煙道進(jìn)入噴水降溫塔，使煙氣溫度降至160 ℃以下，從而達(dá)到大部分硼酸固化的目的，以方便進(jìn)一步去除硼酸。

2)降溫后的煙氣再進(jìn)入脫硼脫酸塔，與噴入的熟石灰進(jìn)行反應(yīng)中和煙氣中剩余酸性物質(zhì)。脫酸后的煙氣進(jìn)入布袋除塵器脫除粉塵、固態(tài)硼酸及脫酸反應(yīng)物。上述煙道及設(shè)備阻力由脫酸風(fēng)機(jī)克服。

3)脫酸風(fēng)機(jī)出口低溫?zé)煔膺M(jìn)入煙氣換熱裝置低溫段與脫硝出口高溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱將溫度升至240 ℃左右，再進(jìn)入煙管道經(jīng)煙氣升溫燃燒裝置將煙溫加熱至320 ℃，達(dá)到脫硝溫度。

4)升溫后的煙氣在煙道中與噴入的氨水充分混合，之后進(jìn)入觸媒陶瓷濾管脫硝除塵器，進(jìn)行輔助脫酸脫硝及二次除塵，最終潔凈的高溫?zé)煔膺M(jìn)入之前的煙氣換熱裝置高溫段與脫酸風(fēng)機(jī)出口的低溫?zé)煔膺M(jìn)行熱交換后，通過(guò)脫硝風(fēng)機(jī)至煙囪入口達(dá)標(biāo)排放。

5)布袋除塵器及觸媒陶瓷濾管脫硝除塵器灰斗底部安裝倉(cāng)泵，除塵器脫除的廢灰及反應(yīng)物通過(guò)倉(cāng)泵輸入廢料倉(cāng)。

此工藝特點(diǎn)如下：

1)系統(tǒng)采用噴水降溫塔，通過(guò)降溫水泵控制降溫水流量，以達(dá)到精準(zhǔn)控溫目的，將煙氣降溫至目標(biāo)溫度，使煙氣中的大部分硼酸呈固態(tài)，以方便進(jìn)一步去除硼酸。

2)利用脫硼脫酸塔將硼酸及其他酸性物質(zhì)與熟石灰混合，進(jìn)而中和煙氣中剩余的硼酸和其他酸性物質(zhì)，生成脫酸反應(yīng)物；并利用布袋除塵器去除煙氣中的固態(tài)硼酸和脫酸反應(yīng)物以及煙氣粉塵等，實(shí)現(xiàn)煙氣的脫硼脫酸操作，進(jìn)而使得煙氣進(jìn)入脫硝單元時(shí)，煙氣中的酸性物質(zhì)含量大大降低，減少對(duì)后續(xù)設(shè)備的腐蝕，提升煙氣凈化效率，有效延長(zhǎng)后續(xù)設(shè)備的使用壽命。

3)煙氣換熱裝置采用熱管換熱器，它具有熱交換效率高、體積小、嚴(yán)密性好、不需外加動(dòng)力、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于余熱回收。

4)煙氣升溫燃燒裝置采用天然氣燃燒噴槍，具有燃燒效率高、自動(dòng)點(diǎn)火及斷火檢測(cè)裝置、NOx排放量極低等優(yōu)點(diǎn)。天然氣與空氣配風(fēng)比按照1∶10設(shè)計(jì)。天然氣低熱值為8 200 kcal/Nm3。根據(jù)煙氣升溫所吸收的熱能Q吸=C·m·Δt可求出天然氣耗氣量。

5)脫酸后的煙氣中殘留少量酸、石灰顆粒及粉塵，煙氣中殘留的石灰顆粒粉塵可在陶瓷纖維濾管的積塵過(guò)程中形成石灰顆粒層餅，石灰顆粒層餅增加了脫酸反應(yīng)，對(duì)煙氣進(jìn)一步脫酸，可提高5%～15%的脫酸效率。

3 工程應(yīng)用中減排效果

某50 t/d高硼硅玻璃生產(chǎn)線原始煙氣參數(shù)及設(shè)計(jì)目標(biāo)值見(jiàn)表1。采用圖1的技術(shù)路線對(duì)煙氣污染物進(jìn)行治理后，煙氣污染物排放濃度及效率見(jiàn)表2。折算濃度計(jì)算采用平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB26453—2011)。

表1 煙氣參數(shù)及設(shè)計(jì)目標(biāo)值

表2 煙氣污染物排放濃度及效率

由此可見(jiàn)，該研究的技術(shù)路線各項(xiàng)污染物脫除效率均可達(dá) 90% 以上。不僅如此，該工藝也具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。在滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，全程無(wú)須考慮廢水二次污染治理，合理利用余熱資源，盡量降低物料消耗，不過(guò)度增加企業(yè)負(fù)擔(dān)。

4 結(jié) 論

a.高硼硅玻璃工業(yè)熔窯煙氣含硼酸，且硼酸在300 ℃以下、169 ℃以上時(shí)為液態(tài)存在，會(huì)腐蝕后續(xù)設(shè)備，該研究的技術(shù)路線可以合理地解決此問(wèn)題。

b.高硼硅玻璃工業(yè)熔窯煙氣還含有HCl、SO2等酸性物質(zhì)，利用干法脫酸脫硫+陶瓷纖維濾管二次輔助脫酸脫硫后，脫酸效果可達(dá)90%以上，更好地提高了脫酸效率。

c.通過(guò)工程應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)，玻璃熔窯煙氣經(jīng)該脫硼脫酸脫硝除塵技術(shù)后，粉塵、NOx、SO2、HCl等排放均可達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。