日用玻璃工业SCR脱硝问题分析及其对策

引言玻璃工业是我国大气污染物控制的重点行业之一，玻璃工业的大气污染物主要由玻璃熔窑产生，主要污染物为SO2、NOx、粉尘。玻璃熔窑采用的燃料主要有天然气、煤制气、重油、石油焦等。同时，由于玻璃生产中原料成分复杂，部分厂家会使用芒硝（Na2SO4）以及白砒（氧化砷）作为澄清剂，因此，玻璃工业的污染物主要是在燃料燃烧以及玻璃原料熔融过程中产生的。玻璃窑温度在玻璃液澄清过程中可以达到1500℃，其中NOx浓度1200～3000mg/Nm3（在温度为273K，压力为101325Pa时的标准状态下），远远超出了国家标准的要求，因此对玻璃工业烟气中的NOx治理刻不容缓。日用玻璃工业烟气特点日用玻璃工业烟气主要表现为“3高1小”及波动大的特点，“3高”即SO2、NOx、粉尘浓度高，“1小”即粉尘粒径小，烟气污染物浓度波动大。玻璃熔窑出口烟气中SO2主要由燃料以及作为原料的Na2O引入物芒硝产生，浓度在800～1200mg/Nm3之间波动。NOx主要的来源为燃料型NOx及热力型NOx，其中热力型NOx占多数，浓度为1500～3000mg/Nm3。在燃料燃烧以及原料熔融过程中均会产生大量颗粒物，特别是配料的熔融过程中会产生大量的含Na、K、Ca的粉尘，粉尘颜色呈灰白色，粒径极小粘附性很强，极易粘附在催化剂孔道内造成催化剂堵塞。玻璃工业中粉尘初始排放浓度为80～200mg/m3中。玻璃工业烟气的上述特点，为玻璃熔窑脱硝治理带来了极大的难度。虽然SCR脱硝技术在燃煤火电行业是非常成熟的技术，但是在玻璃行业设计SCR脱硝装置时不能照搬火电SCR的设计经验，需要结合玻璃工业的烟气特点进行有针对性的设计。日用玻璃工业SCR脱硝的问题玻璃工业SCR脱硝存在的主要问题有催化剂堵塞、磨损、催化剂化学中毒等，具体见图1。催化剂堵塞主要指催化剂表面及孔道内粘附了粉尘或者粘附了低温下产生的硫酸氢铵使得烟气无法与催化剂接触造成催化剂失效的情况。图1催化剂失效日用玻璃工业SCR问题针对性工程解决方案（1）SCR工艺流程的选择目前日用玻璃行业烟气治理常用工艺主要有三种，见图2、图3、图4。这三种工艺的应用场合不同，使用时需要谨慎选择。当排烟温度较高，如高于260℃的情况时可选择除尘后置工艺。当玻璃窑烟气温度较低同时烟气中SO2浓度较低（＜30mg/Nm3）时可以选择除尘前置工艺，必要时可以开启补燃装置进行烟气升温。当烟气中SO2浓度较高（≥30mg/Nm3）时推荐采用脱硫前置工艺，可以减少硫酸氢铵堵塞的风险。特别是烟气温度较低时推荐使用脱硫前置工艺，能减少硫酸氢铵及催化剂积灰的产生，从而能保证低温下催化剂能正常运行。图2除尘后置工艺图3除尘前置工艺图4脱硫前置工艺（2）SCR催化剂防堵措施催化剂堵塞是目前SCR系统催化剂失活最常见的原因，而催化剂粉尘堵塞主要由催化剂的选型不合理、反应器流速过低造成烟气携灰能力不足、反应器流场设计缺失及吹灰器选型不合理等因素造成。防堵层的作用主要有两点：整流作用，使流出防堵层的烟气流向变为垂直向下，减小烟气进入催化剂的入射角；利用粉尘的团聚作用，将玻璃窑烟气中携带的细颗粒粉尘碰撞拦截团聚为较大颗粒，增大自身重力从而能从催化剂孔道中排出。火电行业催化剂铁框入口会布设铁丝拦截网，其主要作用为防止锅炉产生的爆米花颗粒堵塞催化剂孔道。玻璃行业窑炉使用的燃料一般为气体燃料，很少产生爆米花颗粒，同时由于玻璃窑炉烟气“3高1小”的特点，粉尘颗粒很小且具有粘附力，会粘附在铁丝拦截网上，因此玻璃行业催化剂模块应拆除铁丝拦截网，防止粉尘堵塞拦截网。吹灰器主要分为耙式吹灰器及声波吹灰器。虽然声波吹灰器作用面更广，但是相对力度更小，因此由于玻璃窑粉尘“3高1小”的特点导致声波吹灰器一般只作为辅助清灰手段，在玻璃窑SCR上若只采用声波吹灰器一般达不到有效清灰的目的。耙式吹灰器分为蒸汽和压缩空气耙式吹灰器两种类型。蒸汽吹灰采用过热蒸汽，因其压力高，进行吹灰时清灰效果较好，但蒸汽耗量较大，成本较高，且日用玻璃行业里自产的过热蒸汽本身就非常少，因此日用玻璃行业SCR主要采用压缩空气耙式吹灰器进行清灰。当采用压缩空气时，由于压缩空气压力较低、温度低且含水量较高，一般压缩空气耙式吹灰器相对于蒸汽吹灰器而言吹灰效果较差，因此当采用压缩空气耙式吹灰器时更需注意吹灰器的设计细节，如吹灰器安装高度、压缩空气压力、吹灰器运行方式等。吹灰器耙管喷嘴距离催化剂模块表面的距离一般控制在300mm左右，若粉尘含量特别高时，安装高度可降低至200mm。压缩空气压力控制在0.6～0.8MPa。如安装两层催化剂时，吹灰器运行方式可为先吹扫一层，完成后立即吹扫另外一层，吹扫完成后立即返回吹扫前一层，中间没有间隔进行连续清灰。但是部分企业吹扫使用的压缩空气量不足，在吹灰过程中压缩空气压力降低很大，因此在设计吹灰系统时可设计为当压缩空气压力降低到设计压力下限时原地停耙，待压力回升至设计值后再继续前进进行吹扫，这种方式相比于连续运行的吹灰器而言可有效避免吹灰器一直处于前半段吹灰有效而后半段无力的情况。近年来出现了一种新型吹灰器：空气炮，见图5、图6，这是一种在反应器内部靠近催化剂表面安装有喷口，喷口以一定角度安装于催化剂上部，吹灰时高速的气流横向吹过催化剂表面，将催化剂表面堆积的积灰打散并扬起再由烟气携带通过催化剂的吹灰器。将空气炮与声波、耙式吹灰器组合使用可以有效解决催化剂表面堆灰问题。空气炮主要针对堆灰的情况，即在催化剂表面灰尘已经集聚成一堆一堆类似小山头样的堆灰时，无论是声波吹灰器还是耙式吹灰器都已经无能为力了，而空气炮可以将这种堆灰打散，再配合使用常规的声波、耙式吹灰器，即可解决催化剂表面堆灰问题。图5空气炮图6工作原理结语日用玻璃行业SCR系统运行中普遍存在催化剂堵塞、中毒等问题，严重影响SCR装置的正常运行。在设计玻璃窑环保系统时应认真分析窑炉的特性，综合