玻璃熔窑烟气高温脱硫除尘脱硝一体化工艺

王桂彩 鲁晓鹏 刘柳 杨泽广

（秦皇岛玻璃工业研究设计院有限公司 秦皇岛 066001）

0 引言

1 高温脱硫除尘脱硝一体化工艺流程

在玻璃熔炉运行过程中，去除燃料燃烧产生的烟气中的各种污染物的一般工艺包含了三个独立系统：脱除硫氧化物系统（SDR）、集尘系统（ESP布袋式过滤器）和脱除氮氧化物系统（SCR）。SDR可清除硫氧化物、氟化氢和氯化氢；ESP可清除灰尘；SCR可清除氮氧化物。但是，SDR＋ESP＋SCR工艺存在很多问题，比如废热回收率低、投资成本以及运营成本高。

本文介绍一种高温脱硫除尘脱硝一体化工艺，能够同步去除烟气中的硫氧化物、氮氧化物、氯、氟和灰尘，比传统三步组合工艺更高效，提高烟气净化效果，使烟气达到超净排放。

工艺路线：玻璃熔窑燃烧烟气→一级余热回收→烟道注入吸附剂脱硫→陶瓷催化剂袋式过滤器脱硫除尘脱硝→二级余热回收→引风机→烟囱

整个工艺过程是在完全干燥无水的条件下进行的。玻璃窑炉出口的烟气温度一般可到达400～500 ℃，首先对窑炉出来的烟气经过一级余热换热，经过换热后烟气温度可降至350 ℃左右。然后在烟气通过烟道时喷射脱硫剂，使烟气中的二氧化硫与氢氧化钙发生反应，生成硫酸钙和亚硫酸钙。初步脱硫后的含尘烟气通过气流分布装置均匀地进入若干个布满陶瓷滤筒的仓室。当烟气来到陶瓷滤筒表面时，会与陶瓷滤筒表面预涂层中的石灰或碳酸氢盐进一步反应脱硫。

与此同时，烟气中的粉尘和含硫灰被阻隔在陶瓷滤筒的表面，粒径较大的粉尘在重力作用下沉降，粒径较小的粉尘则沉积在陶瓷滤筒表面，形成粉饼层。随着烟气流经陶瓷滤管，被烟气携带来的Ca（OH）2均匀地分布在陶瓷滤筒表面的粉饼层上，形成很大的脱硫反应面积，使得烟气中的二氧化硫等酸性气体脱除的更充分，提高脱硫效率。粉饼层也杜绝了有害物质与催化剂的直接接触，降低了催化剂受重金属砷、硒以及汞毒化的概率，延长催化剂寿命。当粉尘在滤筒表面沉积到一定值时，利用压缩空气对滤筒脉冲清灰。

经过脱硫除尘后的烟气缓慢穿过复合陶瓷滤筒，烟气中的氮氧化物与氨气在滤筒内壁催化剂的作用下发生反应，产生氮气和水。经过处理后的洁净烟气温度降至330 ℃左右，可设置二级余热回收系统，最后利用引风机通过烟囱排放。该工艺具有流程简单，反应速度快，充分利用余热，系统能耗低的特点。

2 陶瓷催化剂袋式过滤器

高温脱硫除尘脱硝一体化工艺的核心设备是陶瓷催化剂袋式过滤器。陶瓷催化剂袋式过滤器是一项具有国际创新的系统集成技术，可以通过单一的单元控制过程同步脱除烟气中的硫氧化物、氮氧化物、氯、氟和灰尘。

陶瓷催化剂过滤器的基础材质是陶瓷纤维，陶瓷纤维是在高温高压下用模具压制而成。采用独特的陶瓷过滤管母体材料催化纳米剂浸泡技术，使高效脱氮SCR催化剂浸透在成型的袋式过滤器母体材料上，制作成陶瓷催化剂袋式过滤器复合材料。催化剂均匀分布于整根滤管上，接触面积大，停留时间长，使反应更彻底，去除效果更佳。陶瓷催化剂袋式过滤器复合材料单位面积上SCR催化剂的负载量比传统蜂窝式大5倍，催化活性更高。含有NOx和NH3的烟气在通过细过滤层时和SCR催化剂表面直接碰撞发生还原反应，具有脱硝效率高和氨逃逸效率低等特点。

陶瓷催化剂袋式过滤器克服了传统布袋除尘器无法在高温环境下使用，静电除尘器又无法控制稳定的超低粉尘排放的缺点，既能耐高温，又能保证持续稳定的超粉尘排放。传统布袋具有弹性，反吹时会发生膨胀变形，使尘饼完全剥离，出现粉尘穿透的现象，而陶瓷催化剂袋式过滤器则不存在这种问题。

2.1 机理

首先，通过陶瓷催化剂袋式过滤器表面去除烟气中的灰尘。然后，利用在陶瓷滤筒表面预涂层中的石灰或碳酸氢盐去除硫氧化物。反应为：

最后，使用NH3或尿素作为还原剂，使烟气在通过20 mm的催化层时实现脱硝。反应为：

2.2 设计温度

设计陶瓷催化剂袋式过滤器的运行条件时，要同时考虑脱硫时石灰和硫氧化物的反应效率、反应温度及脱硝时的运行温度。用石灰脱硫的运行温度和反应效率曲线见图1。

从图1可以看出，最佳的脱硫温度是在360 ℃左右，此时硫氧化物脱除率不受烟气含水量（湿度）的影响，反应率是最高的。因此，推荐设计温度为330～380 ℃。

烟气脱硝采用选择性催化还原法（SCR），需考虑SCR 运行温度范围。图2为氮氧化物（NOX）脱除率与温度反应曲线。从图2运行温度和脱硫效率曲线可以看出，最佳运行温度是350～400 ℃。

图2 氮氧化物（NOX）脱除率与温度反应曲线

综合以上两个工艺过程，脱硫和脱硝的最佳温度为350～380 ℃，因此将最佳设计温度选定为350 ℃。

2.3 陶瓷催化剂袋式过滤器优缺点

（1）耐高温，可在350 ℃高温条件下操作运行，使脱硫和脱硝效率达到最佳；

（2）压缩空气用量少，无须用水，节约水资源；

（3）由于该工艺温降只有20～30 ℃，热量损失很少，可最大化进行余热利用；

（4）污染物的脱除效果好，可实现灰尘＜5mg/Nm3，SOx≥95%，HCl≥97%，HF≥95%，NOx≥95%，二噁英≥99%；

（5）系统简单，便于操作和管理；

（6）使用寿命比传统布袋除尘器长，陶瓷催化剂袋式过滤器的使用寿命长达5～8年；

（7）陶瓷纤维不与化学物质反应，化学成本和电力成本少。运行成本低于常规工艺。

3 高温脱硫除尘脱硝一体化工艺应用在玻璃熔窑上的可行性

由于玻璃熔窑一旦点火生产，整个窑期都不能停炉，传统的SDR＋ESP＋SCR三步组合式工艺在运行过程中一旦出现故障，玻璃熔窑的烟气将不得不通过旁路烟道直接排放。随着环保要求的日趋严格，烟气通过烟道旁路直接排放在一些地区是不允许的，这使得一些玻璃厂家不得不安装备用环保设备，增加了投资成本。同时，传统环保设备占地面积大，增加备用环保设备的用地问题也很难解决。

高温脱硫除尘脱硝一体化工艺可以很好地解决这个问题。将陶瓷催化剂袋式过滤器的滤筒分割为若干个仓室，如某工厂的烟气量在经过计算并考虑一定富余量后，需要2400根复合陶瓷滤筒，将这些滤筒分割为6个小仓室，每个仓室单独设置隔热层、进气阀门、反吹系统、输灰系统和清灰系统。当某个仓室出现故障或需要更换滤筒时，可将该仓室单独停止运行，进行设备检修和更换，其余仓室不受影响，从而保证玻璃生产线的继续正常运行。因此，该工艺应用于玻璃行业是可行的。

4 结语

随着国家对节能减排的深入推进，玻璃作为高耗能、高污染的行业被国家纳入控制范围中，国家环保政策对玻璃行业的废气排放也日趋严格。高温脱硫除尘脱硝一体化工艺以其流程简单、处理效果好、设备集成化程度高、占地面积小、系统能耗低等特点为企业减少人力、物力投资，减轻企业负担，为玻璃行业的烟气净化提供了一个更加综合性、一体化的处理方案，以满足日趋严格的环保要求。