天然气浮法玻璃窑炉烟气除尘脱硝技术研究

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2010年第16期（总第151期）

NO.16.2010

（CumulativetyNO.151）

China Hi-Tech Enterprises

摘要：通过高效除尘和SCR 脱硝，天然气玻璃窑炉的烟气完全可以达到最新的环保要求。文章对天然气窑炉的

烟气氮氧化物、颗粒物的处理进行了分析，寻求满足新形势下环保要求并具有经济实用性、适合企业采纳的烟气处理系统。关键词：天然气窑炉；浮法玻璃；烟气除尘；SCR 脱硝；烟气处理系统中图分类号：TQ171 文献标识码：A 文章编号：1009-2374 （2010）16-0085-03天然气浮法玻璃窑炉烟气除尘脱硝技术研究

王雁林

（安彩高科股份有限公司，湖南 安阳 455000）

国家“十一五”发展规划强调，坚持以科学发展观统揽经济发展全局，并把产业结构优化升级、资源利用率显著提高、可持续发展能力增强等作为经济发展的主要目标。

2009年9月30日，发展改革委发布《关于抑制部分行业产能过剩和重复建设引导产业健康发展的若干意见》第38号文件，对平板玻璃烟气排放标准提出了具体要求：严格环

保治理措施，CO 2排放低于500mg/Nm 3、

氮氧化物排放低于700mg/Nm 3、

颗粒物排放浓度低于50mg/Nm 3。玻璃行业一直采用《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB9078-1996），没有规定氮氧化物指标，天然气作为环保能源，可直接排放，而按照新的标准，必须进行除尘和脱硝处理。脱硝对温度、含尘量的要求比较苛刻，工艺流程配置比较繁琐，必须深入分析，得到可行的解决方案。

一、浮法玻璃生产线烟气状况

浮法玻璃生产线目前主要使用重油、天然气、煤制气等几种燃料，天然气被称为绿色能源，被越来越多的厂家所采用。

根据目前浮法玻璃行业的生产规模及使用的燃料情况，排气温度大多在450℃～500℃。烟气中的主要污染物为SOx 和NOx，其含量随使用的燃料不同而相差较大。天然气

燃料中本身硫含量极少，采用Na 2SO 4作为玻璃澄清剂，分解微量SO 2产生。对于采用天然气作为燃料的熔炉，

SO 2排放浓度在300～500mg/Nm 3

，排放浓度能满足环保要求，见表1：

表1 天然气玻璃池窑烟气中污染物初始排放水平（干烟气、273K 压力101.3kPa、8%含氧量状态下）

污染物初始排放浓度

（mg/Nm 3）初始吨产品排放量

（kg/t）

颗粒物99～2800.2～0.6氮氧化物（NO 2计）

1800～2870

1.7～7.4

来源：《欧盟IPPC 平板玻璃工业BAT 技术参考文档》

表2 浮法烟尘粒径

粉尘粒径0.5～1μm 0.3～0.5μm 0.1～0.3μm 0.1μm 以下合计

分布（容积%）

25

50

20

5

100

表3 浮法烟尘灰成分质量百分比

成分Fe 2O 3MgO CaO Al 2O 3SiO 2K 2O Na 2O TiO %

2.77

1.26

0.47

2.2

5.83

1.31

29.19

0.46

二、烟气除尘治理技术比选

浮法玻璃烟尘的特点是，烟气量大，含尘量在200~280mg/Nm 3

左右，粉尘粒度小，600吨窑炉烟气量90000Nm 3/h。

常用的除尘方法对比如下：（一）干法除尘1．重力除尘：重力除尘和惯性除尘对1μm 以下颗粒分离效率低，不能达到50mg/Nm 3的目标。

2．离心分离器（旋风除尘器）：对颗粒度较大，含尘量高的烟气处理效果较好，一般作为除尘工序的预处理设备。

3．袋式除尘器：袋式除尘器的过滤机理是一个综合效应的结果。粉尘一般由超细微粒到粗粒的各粒径按一定分散度曲线分布的。虽然滤布纤维问的孔隙也许大于100mm 以上，但织物过滤却能捕集微米粒子，过滤机理各种效应是重力、筛滤、惯性碰撞、钩附效应和扩散与静电吸引。

袋式除尘器对温度要求为180℃～200℃之间，需先降温。袋式除尘器的压损为1700Pa，使用风机的功率要明显高于EP 设备。（二）湿法除尘

借助液滴或液膜洗涤含尘气体，使尘粒附着于液体上或凝集成大粒，以便使粒子分离的装置。由洗涤塔或文丘里洗涤器和相应的循环水处理系统组成。这种净化工艺具有安全可靠的特点，缺点是水处理设施庞大，水耗和能耗高，易腐蚀、结垢、除尘效率较低、排放二次污染等问题。随着干法除尘特别是EP 技术的不断发展，逐渐被替代。（三）电除尘 （EP）

利用电晕放电使含尘气体中的粒子带电，借助电作用力使带电粒子分离的装置，可分为板式和管极式。板式不适合高比电阻粉尘，而且故障率高，运行效果差，已经淘汰。管极式电除尘器具有以下优点：处理效率高，运行稳定，压降仅300Pa，适用范围广。尤其对气量大、温度高、细小颗粒多或处理深度需求高的废气处理更具优越性，可以根据用户处理深度要求采用二电场、三电场，甚至四电场除尘器。

综合除尘效果、运行的经济性，袋式除尘和EP 设备可供天然气浮法窑炉选择。

- -86三、烟气脱硝技术比选

（一）氮氧化物产生的机理

烟气中NOx产生主要来源于三方面：

1．原料中少量硝酸盐分解。

2．燃料中含氮物质的燃烧。

3．空气中氮的燃烧，即热NOx，这是最主要的生成方式。玻璃熔窑废气中的NOx，初始90%～95%为NO，但在排放过程中，随着温度的下降而逐渐转化为NO2。

（二）脱硝技术的比选

玻璃窑炉的NOx污染控制可分为燃烧中和燃烧后控制两种。燃烧中控制主要分为燃料调节技术和氧气、燃料燃烧技术，目前在天然气浮法玻璃窑炉实施燃烧中控制需要进行较大的技术改造，难度较大。燃烧后脱硝技术主要有SCR、SNCR、湿法脱硝，SCR在电子玻璃窑炉上已经有应用。

天然气窑炉排放氮氧化物含量为1800～2600mg/Nm3，要求达到700mg/Nm3以下，脱硝效率必须在70%以上才能达标，国内外较为成熟的技术如下：

1．SCR：SCR可分为高温、中温、低温三种不同的工艺。高温SCR一般指的是催化剂的适用温度在450℃～600℃及以上，中温SCR是指催化剂的适用温度在280℃～420℃，而低温SCR是指催化剂的适用温度在120℃～300℃。目前商业上应用比较广泛的是运行温度处于280℃～420℃的中温催化剂，以TiO2为载体，上面负载钒、钨和钼等主催化剂或助催化剂。

4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O （1）

8NH3+6NO2=7N2+12H2O （2）

4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O （3）

在催化剂作用下，向温度约280℃～420℃的烟气中喷入氨，将NO X还原成N2和H2O、NH3与烟气均匀混合后一起通过一个填充了催化剂（如V2O5-TiO2、白金）的反应器，NOx与NH3在其中发生还原反应，生成N2和H2O。V2O5作为催化剂，TiO2或者WO3抑制SO2氧化。

SCR脱硝效率高达90%以上，催化剂的正常使用寿命为24000h，脱硝效果稳定。

天然气不含砷，浮法玻璃现在也不使用白砒作为澄清剂，但是配方中重碱用量较大，烟尘中含有一定数量的Na2O，碱金属如果与催化剂表面接触，能够直接与活性位发生作用而使催化剂钝化，造成催化剂碱中毒。催化剂避免潮湿环境，并选用蜂窝状催化剂能有效减少烟气中碱性氧化物的影响。

2．SNCR：选择性非催化还原（SNCR）脱除NOx技术是把含有NHx基的还原剂（如氨气、氨水或者尿素等）喷入炉膛温度为800℃～1100℃的区域，该还原剂迅速热分解成NH3和其它副产物，随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR反应而生成N2。

SNCR的脱硝效率为50%左右，但是成本较低，因此往往和低氮燃烧器混合使用，也可以和SCR混合使用，从而降低脱硝费用。浮法玻璃窑炉结构和工业锅炉差异较大，可能使用的位置就是蓄热室，温度能够达到反应要求，具体运用技术还有待于开发。

3．湿法脱硝：旋流板塔技术，采用高锰酸钾KMnO4和NaOH作为吸收剂，先用KMnO4将烟气中的NO氧化为NO2，再用NaOH反应去除NO2。可以除去烟气中的NO X和PbO，烟气切向进塔，用旋流板使KMnO4和NaOH液体雾化，充分反应。

该设备脱硝效果肯定，但是设备占据空间较大，处理程序复杂，废水处理池容易二次污染。随着SCR、SNCR技术国产化的进展，已经很少使用。

4．低氮燃烧技术：理论上适合天然气窑炉使用的有空气、天然气分级燃烧技术以及烟气再循环技术，因为天然气被视为环保能源，国内天然气窑炉在设计和实际应用中均没有进行低氮燃烧的研究开发工作，预期随着氮氧化物排放标准的提高，低氮燃烧技术逐渐获得运用。

5．纯氧燃烧技术：目前，纯氧助燃熔炉尚未在平板玻璃工业界广泛应用，主要障碍在于：对于不同规模的炉窑，节能潜力可能也不尽相同。例如：对于大型平板玻璃熔炉，节能潜力（5%～15%）不如中小型熔炉（30%～50%）；投资较大；炉窑对耐火材料要求高。

综上所述，适合天然气窑炉的脱硝方式选择SCR。

四、烟气处理系统设计

根据天然气浮法玻璃窑炉和各项环保技术的特点，设计天然气烟气处理系统如下：

（一）EP和SCR处理系统

按照SCR反应室所布设的位置不同，可以分为高灰、低灰配置。高灰分工艺要求催化剂有较强的抗阻塞能力，有较强的抗碱金属毒性、抗SO2毒性。

1．高灰配置。

图1 高灰EP-SCR温度变化框图

高灰即SCR的前置式，优点是进入反应器的烟气温度达300℃～500℃，催化剂活性大，烟气不需要加热即可获得良好的脱硝效果。但催化剂处于高烟尘中，飞灰中的K、Na、Ca 等易使催化剂中毒，也造成蜂窝状催化剂中的烟气通道堵塞，另外烟气温度高也有烧坏催化剂的危险。但该配置工艺布置容易，余热锅炉利用比较充分。

2．低灰配置。低灰配置优点是催化剂不受飞灰影响，使用效果好，

寿命长。可有以下两种配置方式：

图2 第一种低灰EP-SCR温度变化框图

第一种低灰配置工艺配置简单，余热利用充分。SCR催化剂的温度要求280℃～420℃，SCR的烟气温度接近下限，脱硝效率降低。EP在300℃以上温度工作，必须使用高温EP

设备。

图3 第二种低灰配置EP-SCR温度变化框图第二种低灰配置的优点是工艺配置流畅，效果肯定，系统稳定。除需要高温EP设备外，还需增加喷淋降温设备。余热锅炉配置到末端，利用效率低一些。

（二）袋式除尘和SCR

袋式除尘器的工作温度要求200℃以下，若SCR安装到袋式除尘器之后，烟气必须加热升高到280℃以上，势必耗用大量能源，从经济角度看，必须使用高灰配置，也即SCR前置。