選擇性催化還原法脫硝技術

選擇性催化還原法脫硝技術是目前應用最廣、技術最為成熟的脫硝技術之一在玻璃煙氣治理中得到了廣泛運用。本文簡單敘述了玻璃熔窯煙氣特點、排放標準以及典型的煙氣脫硝工藝并對比分析應用于玻璃行業的兩種常見類型SCＲ催化劑:蜂窩式和平板式以期為業主在后期項目實施中提供參考。

相比較燃煤機組煙氣脫硝玻璃行業由于煙氣成分復雜等原因凈化治理困難得多。目前玻璃行業除塵和脫硫工藝已經較為成熟基本上沒什么技術障礙而玻璃行業煙氣脫硝工藝雖然較多但大多工藝存在可行性不高、經濟性差、運行條件不確定等問題其中應用最廣、技術最為成熟的一項脫硝技術當屬 SCR脫硝技術。SCR 脫硝技術是在催化劑的作用下向煙氣中噴入還原劑( 氨水、液氨或尿素) 還原劑在脫硝反應器內迅速分解并選擇性地將廢氣中的 NOx還原生成對環境無污染的 N2及 H2O 從而實現降低 NOx排放量反應式如下:

4NO + 4NH3+ O2→ 4N2+ 6H2O

6NO2+ 8NH3→ 7N2+ 12H2O

常見的典型玻璃熔窯煙氣 SCＲ 脫硝工藝流程如圖 1 所示尤其適用以石油焦、重油為燃料的復雜煙氣條件。玻璃熔窯出口煙氣(450～550℃) 首先進入余熱鍋爐( Ⅰ段) ，振動測量儀回收熱量( 煙溫降至350～450℃) ; 然后煙氣通過高溫電除塵裝置煙氣除塵( 煙溫降至300～420℃) 凈化后進入 SCR反應器在 SCR反應器中與氨反應后將煙氣再次送至余熱鍋爐( Ⅱ段) 換熱對余熱再次回收利用后通過脫硫除塵工藝處理后到達煙囪達標排放。該工藝的優勢在于:

(1) 利用余熱鍋爐進行熱量回收可實現能源再利用;

(2) 煙氣經余熱鍋爐后進入 SCR反應器時溫度正好又能滿足脫硝催化溫度;

(3) 脫硝前除塵能有效降低煙氣中粉塵對 SCR催化劑的毒化作用延長催化劑的使用壽命。

SCR催化劑

國內玻璃熔窯大部分已啟動了 SCR脫硝工程其中 SCR催化劑是脫硝系統的核心是決定著整個脫硝系統的關鍵是關乎玻璃企業的效益、環保壓力乃至企業生存的關鍵。目前在玻璃行業SCR催化劑使用較多的是平板式催化劑和蜂窩式催化劑。

平板式催化劑以不銹鋼網為骨架采取雙側擠壓的方式將活性物質( V2O5、MoO3等) 與金屬網柵結合成型節距為 6.0～7.0mm幾何比表面積相對較小具有較強的抗磨損和防堵塞特性適合于煤質不穩定、含灰量高及灰粘性較強的煙氣環境。同樣由于基材使用鋼網和鋼板作為支撐性材料不會產生坍塌等嚴重的環保事件通用性強適合于幾克到百克灰份。

蜂窩式催化劑屬于均質催化劑以 TiO2、V2O5和 WO3為主要成分催化劑本體全部為催化劑活性材料因此其表面遭到灰分等磨損后仍然能夠維持原有的催化劑性能。其特點是單位體積的催化劑幾何比表面積大催化活性相對較高達到相同效率所用的催化劑體積較小。但由于蜂窩形狀夾角較多易堵灰，數字式超聲波探傷儀僅適合于低灰分、灰粘性小的煙氣環境。

與蜂窩式催化劑相比平板式催化劑有如下優劣勢：

(1) 長條開孔壓損小抗堵灰能力強。平板式催化劑的節點少飛灰在催化劑端面不易搭橋，時代布氏硬度計同時平板式催化劑長方形開口具有彈性結構。由單板組裝而成板與板之間并沒有完全固定在煙氣的流通中板會有微小的顫動從而使飛灰不易聚集減少了飛灰對催化劑的堵塞。蜂窩式催化劑模塊是將擠出的蜂窩單體組裝固定為正方形開口剛性結構。每個單體都牢牢固定在煙氣的流通過程中催化劑不會發生抖動不僅使飛灰在其端面易搭橋聚集同時固定的催化劑增加了飛灰與其直接摩擦的幾率使得催化劑的磨損也嚴重。

在壓力損失方面平板式催化劑也有顯著的優勢。一般地說在同一反應器內平板式催化劑的孔隙率在 85%左右蜂窩式催化劑的孔隙率在 70%左右大孔隙率意味著小的壓力損失。

(2) 不銹鋼柵網做骨架抗磨損能力強。蜂窩式催化劑以陶土作為催化劑載體平板式催化劑以不銹鋼柵網為載體煙氣中飛灰對催化劑的磨損是不可避免的而且隨著運行時間的增加對催化劑的磨損也逐漸嚴重如果沒有相應的措施會導致催化劑完全損壞。而平板式催化劑內不銹鋼柵網可以有效保護催化劑免受煙氣中的飛灰對催化劑的進一步磨損不會對 SCR系統的安全運行產生影響。用于玻璃熔窯煙氣脫硝治理的兩種催化劑在同一工藝( 煙氣+余熱鍋爐+脫硝+余熱鍋爐+脫硫+除塵+煙囪) 不同燃料( a 為煤制氣、b 為天然氣) 和相同傳統空氣助燃的工況條件下運行近一年的表現�？梢钥闯鲭m然平板式催化劑煙氣運行條件更苛刻但在耐磨和抗堵灰性能上比蜂窩式催化劑有優勢。

(3) 幾何比表面積小體積量相對較多。蜂窩式催化劑比表面積較平板式催化劑大導致在同等設計條件下所用的平板式催化劑體積量較蜂窩催化劑要多一般體積量為蜂窩催化劑的1.1～1.2倍但在玻璃項目催化劑總體積量不大以及平板式催化劑采用大比表面積鈦白粉作為原料的情況下差距越來越小。

現如今玻璃在人們生活中無處不在玻璃行業規模逐年壯大尤以平板玻璃產量為最大我國的平板玻璃產量已連續 26 年位居世界首位截至2017年底全國浮法玻璃生產線362條產能12.95億重箱。其中玻璃熔窯作為玻璃生產企業的核心消耗70%以上的能源同時也是造成污染物的主要排放來源。玻璃熔窯排放的煙氣成分復雜內含有大量粉塵顆粒物、硫氧化物(SOx) 和氮氧化物(NOx) 等污染物對大氣造成了嚴重的污染。為了控制污染排放總量和濃度促進玻璃行業的節能減排采取有效的煙氣治理措施已刻不容緩。