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玻璃窑炉烟气综合治理的工艺选择与方案设计

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玻璃窑炉烟气综合治理的工艺选择与方案设计

发布日期:2017-05-31 作者:www.maiapc.com 点击:

随着国家对环境保护标准的不断提高,“十二五”期间,NOx首次列入约束性指标体系。今年,全国各地除在火电上提出了严格要求和整改期限,在水泥、玻璃等建材行业同样受到环保部门的重视。在平板玻璃行业,部分厂家已经安装了SCR脱硝装置,效果达到《平板玻璃工业大气污染物排放标准》GB26453-2011要求。但由于玻璃行业整体的低迷,脱硝减排工作也受到一定的影响。现有必要玻璃行业脱硝技术的分析比较和沉淀总结。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1平板玻璃行业大气污染物排放现状 
   
  玻璃行业在除尘、脱硫方面较火电及其它工业窑炉起步晚。根据调查,至今仍有部分平板玻璃厂仍未有有效的除尘措施。前期国内大部分平板玻璃生产企业采用重油为燃料,少部分采用了天然气、煤制气、甚至石油焦。由于燃料的多样性,不同窑炉的污染物排放有较大区别。见下图。

1平板玻璃窑炉烟气各污染物原始排放浓度表(标况,8%O2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

随着国家对节能环保政策宣传和环保标准的提高,部分企业正在积极做油改气工作。 
   
  图2《平板玻璃工业大气污染物排放标准》GB26453-2011

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

成熟技术选择
   
  2.1除尘技术
   
  成熟的玻璃窑炉粉尘治理可选择电除尘、袋式除尘、湿法除尘等技术。除尘技术的选择,将根据工程项目的适用工艺来确定。如选择湿法脱硫时,湿法除尘将具有更好的协同适应性。 
   
  各种除尘技术性能表如下



2.2脱硫技术 
   
  脱硫方案中,可选择成熟的湿法脱硫(双碱法、石灰石石膏法)、半干法、高温干法。湿法中成功应用的方案有双碱法、石灰石石膏法、MgO法、氨法,根据调研情况,双碱法和石灰石石膏法在运行成本和操作维护上具有优势。另脱硫技术的简化应用,可满足玻璃窑炉烟气的调质要求。 
   
  2.3脱硝技术 
   
  脱硝主流技术有选择性催化还原反应(SCR)、选择性非催化还原反应(SNCR)及湿法脱硝。SCR是被证明可适应玻璃窑炉脱硝的技术方法;SNCR无法应用于玻璃行业;湿法脱硝效率较低(<40%),无法单独满足玻璃脱硝要求,在湿法脱硫应用中,作为组合技术使用。 
   
  在SCR技术的应用受限于催化剂的技术发展,先应用的均为中温催化剂(温度270℃~400℃间),更适用的低温催化剂(温度<180℃)仍处于研发阶段。 
   
  3玻璃窑炉污染物整体减排工艺 
   
  从协同治理玻璃熔窑粉尘、NOx、SO2等污染物的整体工艺考虑,整体设计工艺方案。以下工艺方案,依据窑炉产量、现有生产线工艺、技术适用性和成本等因素选择 
   
  3.1余热(发电)锅炉+高温电除尘+SCR工艺 
   
  从余热锅炉改造出口引出烟气(350℃左右),经高温除尘器后,将粉尘浓度降低到30mg/Nm3,后进入SCR脱硝反应器,喷入的还原剂在催化剂的作用下,将NOx还原成N2和H2O,后烟气回余热锅炉低温段继续利用。工艺图如下:



工艺考虑因素、优缺点: 
   
  该工艺适用于以天然气或煤制气为燃料的玻璃窑炉,适用于带余热发电的窑炉工艺。由于设置了高温除尘,可同时减排粉尘和NOx,系统占地面积较大,对老线改造较困难,系统温降一般小于20℃。

  3.2余热锅炉+调质(降温)塔+高温电除尘+SCR 
   
  由玻璃窑炉烟道出口的烟气,首先经过调质降温塔,经降温、调质(预脱硫)处理后,烟气进入高温除尘,后进入SCR脱硝反应器,同步完成除尘、脱硝和按要求的脱硫处理,烟气回余热锅炉低温段继续余热利用。工艺图如下:



 该工艺适用于以重油、石油焦等为燃料的玻璃窑炉,且配置余热发电锅炉。设置于除尘器前的烟气调质塔,是增加除尘效果的关键。当使用调质塔作为预脱硫处理时,温降将达30℃。但由于现玻璃行业在推行清洁能源改造,后期用重油和石油焦为燃料的窑炉逐步被天然气取代。 
   
  3.3脱硫调质+高温除尘+SCR脱硝+采暖余热锅炉 
   
  由玻璃窑烟道出口的烟气,首先经过脱硫调质塔,经降温、脱硫处理后,将烟气温度控制在320~380℃,后进入高温除尘器,再进入SCR反应器,后进入采暖余热锅炉,通过前期温度控制保证余热锅炉进口烟气温度大于300℃。并根据工艺要求,在余热锅炉前设置旁路烟道,同步做到脱硫、除尘和脱硝处理。工艺图如下:



该工艺适用于产量比较小的玻璃窑炉,如300t/d以下,且不做余热发电利用的锅炉系统。此类玻璃窑炉,由于产量小,建设时间较早,多为压延及特种玻璃生产线,需处理风量较小(60000Nm3/h以下),通过现场优化,架空等方式,较容易实现新增设备的布置。 

  3.4降温+高尘SCR+采暖锅炉+湿法除尘、脱硫/半干法脱硫系统
   
  由玻璃窑炉主烟道出口的烟气,先经降温(喷水)处理,将烟气温度控制在350℃左右,后经过高尘SCR脱硝反应器,经余热利用后,通过湿法除尘洗涤烟气中粉尘,并具备初步脱硫效果后,进入湿法脱硫,湿法除尘和脱硫工艺相关设备共用。当采用半干法脱硫系统时,将更有利于对粉尘的处理。工艺流程图如下:



该工艺适用于以煤制气、天然气等为燃料,余热不做发电利用,且现场水资源充足的小窑炉(产量在250t/d以下)或是已设置湿法脱硫系统的生产线。采用高尘SCR布置,对催化剂寿命有一定影响,根据经验催化剂的孔径需大于7mm,且孔内流速需大于7m/s;当采用湿法除尘和脱硫,在浆液处理上需做统一规划。 
   
  3.5SCR脱硝相关技术选择 
   
  1还原剂选择 
   
  从还原剂的选用上来看,现可选的还原剂主要有液氨、氨水和尿素。在成本上液氨的运行成本低,但其施工和日常管理均有严格的安全要求,安全空间占地面积大;氨水较为安全,但由于需蒸发多余的水分,对烟气的余热利用有影响,运行成本居中,施工费用较低,无强制的安全要求;尿素,过程为尿素溶液,参与脱硝的是热解出的氨气,而正常玻璃窑炉的主烟道出口温度低于600℃无法用于尿素的热解,尿素的热解需要额外考虑热量来源,节能上不具备优势,另尿素热解工艺设备的成本也是前期较大的投资。在工艺上可行的还原剂主要为液氨和氨水,液氨主要在原厂区有液氨储存(制氢)的情况下考虑采用,一般情况下可采用氨水,采用氨水直喷工艺。 

  2吹灰方式选择 
   
  吹灰方案可选择蒸汽吹灰器、热空气吹灰器、声波吹灰器以及联合吹灰。需针对不同燃料窑炉的不同烟尘形式选择,如天然气窑炉可选择单一的吹灰形式,重油等窑炉需要考虑采用高温除尘、调质工艺措施,并需设置蒸汽吹灰或联合吹灰。 
   
  对于热空气吹灰,是针对玻璃窑炉粉尘特性和催化剂工艺要求的新吹灰形式,在使用原理上具有优势。若使用现有蒸汽吹灰器改造为热空气吹灰器,现有窑炉的压缩空气量多难以供应吹灰气量需要,会致使一次投资成本高(空压机及配套设备)。热空气吹灰器需根据现场情况具体设计,采用多管分段式吹灰形式以降低瞬间耗气量要求。该方案正在设计、完善中。 
   
  3控制方式选择 
   
  现有新上设备均需满足信息化和自动化的要求,控制方式可根据业主厂内现有情况和投资估算进行选择,正常硬件可选择PLC控制形式,如西门子S7-300可满足现有两线共用的脱硝系统需求;对于高配要求,硬件可选用DCS,如ABB的800F系列。国产控制硬件也满足使用要求,可根据现有生产线状况选用。 
   
  4玻璃窑SCR脱硝工艺的设计参考参数 
   
  根据工程经验,玻璃窑炉SCR反应器一般参考以下参数。

 

随着国家对玻璃行业环保要求的提高,玻璃行业环保需求正在扩大,14年上半年也将是第一次集中爆发期。现有脱硝、除尘、脱硫等技术虽在其它行业有较广泛应用,但玻璃脱硝以引进火电脱硝技术为起始,再根据玻璃窑炉的特有工况进行专项优化,将会得到高快速发展。


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