SCR技术在玻璃行业的应用及脱硝催化剂

2020-04-22 14:22:16 52

SCR技术在玻璃行业的应用及脱硝催化剂


摘要简单叙述了玻璃熔窑烟气特点、排放标准以及典型的烟气脱硝工艺,并对比分析应用于玻璃行业的两种常见类型 SCR催化剂:蜂窝式和平板式,为业主在后期项目实施中提供参考。

关键词玻璃熔SCR脱硝催化剂平板式蜂窝式

中图分类号X511章标识码:A文章编1003-1987 ( 2018) 11-0045 - 05

Application of Ser Technology in Glass Industry and Denitration Catalyst


Abstract: The characteristics of glass finnace flue gas, emission standards and typical flue gas denitration process are briefly described, and compares, and comparative analysis of two common types of SCR catalysts used in the glass industry: honeycomb and flat catalysts, in order to provide owners with the reference and implementation of later projects.

Key Words: glass furnace, SCR, denitration catalyst, flat, honeycomb


0引言

玻璃熔窑作为玻璃企业生产的核心,其中70% 以上的能源都消耗在玻璃熔窑上,同时这也是大气 污染物的主要排放来源。玻璃熔窑排放的烟气成分 复杂,内含有大量颗粒物、硫氧化物(SOX)和氮氧 化物(NOJ等污染物,对大气造成了严重的污染。 为了控制污染物排放总量和浓度,促进玻璃行业的 节能减排,采取有效的烟气治理措施已刻不容缓。

相比较成熟的燃煤机组烟气脱硝,玻璃行业 由于烟气成分复杂等原因,净化治理困难得多。 目前玻璃行业除尘和脱硫工艺已经较为成熟,烟 气脱硝工艺虽然较多,但大多工艺存在可行性不 高,经济性差、运行条件不确定等问题,其中应 用最广、技术最为成熟的一项脱硝技术为SCR脱硝 技术,已经在玻璃行业得到了广泛应用。

1排放标准

近年来,随着环保要求的日益严苛,玻璃行 业能耗高、污染重的问题越来越受到人们的重 视,为了严控污染物的排放,2011年发布的 GB 26453—2011《平板玻璃工业大气污染物排放 标准》中规定:自201411日起新建平板玻璃 窑炉烟气中颗粒物、SO,NOx的排放限值分别为 50 mg/m\ 400 mg/n?700 mg/m3[l) o 且面对近年 来环保法规的日益加码,也让一些省份开始提前 布局,如河北、山东、北京、天津等省市均制定 了比国家标准更严的地方标准,具体见表1




«1国家和地方平板玻璃企业大气汚染物排放限值

地区

污染物类别

排放限值/mg • m"

备注

国家标准

(GB 26453—2011)

颗粒物

50


二氧化硫

400


氮氧化物(以NO,计,下同)

700



续表1

地区

污染物类别

排放限值/mgnr'

备注

河北省

(DB 13/2168—2015)

颗粒物

30

20191231日前,现有企业执行DB13/2168—2015规 定的大气污染物排放限值。

202窿11日起,现有企业执行征求意见稿规定的大 气污染物超低排放限值。

二氧化硫

250

氮氧化物

500/600

河北省

(2018征求意见稿)

颗粒物

30

二氧化硫

150

氮氧化物

400

山东省

(DB 37/2373—2018)

颗粒物

2

现有企业按表中排放限值执行,并于202011日按 新建企业标准执行;新建企业颗粒物、SO?NOx的排 放限值分别为20mg/n?100 mg/m3200 mg/n?重点 区域分别为 10mg/n?50 mg/n?100 mg/m

二氧化硫

150

氮氧化物

400

"2+26”城市

颗粒物

20


二氧化硫

100

氮氧化物

400


 


2玻璃行业烟气特点

玻璃行业作为高污染行业,在玻璃配料、熔 制和成形等过程中,会产生大量的污染物排放, 玻璃熔窑排放的烟气具有以下特点:

1) 烟气出口温度高(400~550 Y ,玻璃 窑炉烟气带走了35%以上的热量,为加强余热利 用,窑炉出口处一般接有余热锅炉⑵;

2) NOx含量高,玻璃熔化温度高达1 500 以上,高温燃烧产生大量热力型NOx⑶;

3) 烟气波动大,玻璃熔窑在生产作业时 需要进行换火操作,在此过程中,烟气量和烟气 组分波动较大,导致炉内温度先迅速降低再迅速 升高,容易出现氨逃逸或效率降低⑷;

4) 碱金属(Na盐、K盐等)、碱土金属 CaO等)含量高,烟尘粒径小、有一定黏附性

和腐蚀性,含有多种酸性气体HC1HF等);

5) 采用石油焦、重油、煤制气、天然气 为燃料,导致烟气污染物的成分差异性较大。以 石油焦、重油为燃料的生产企业,其排放烟气中 主要污染物含有颗粒物、SO,NO”且排放浓度

46

较高,明显高于以煤制气、天然气为燃料的玻璃 窑炉烟气,同时烟尘碱金属含量高、黏性大,含 有多种酸性气体等复杂成分⑸。

3玻璃熔窑烟气脱硝的典型SCR工艺

SCR Selective Catalytic Reduction,选择性 催化剂还原法)脱硝技术具有脱硝效率高、技术 成熟、运行可靠、装置结构简单、便于维护等特 点,已成为玻璃烟气脱硝治理典型工艺,其脱硝 原理是指在一定温度下,在催化剂的作用下,向 烟气中喷入还原剂(氨水、液氨或尿素),还原 剂在脱硝反应器内选择性地将废气中的NOx还原 生成对环境无污染的N2SH2O,从而实现去除烟 气中NOx排放的目的,其主要反应式为:

4NO + 4NH3 + O2-^4N2 + 6H2O
6NO2 + 8皿一7 + 12H2O

常见的典型玻璃熔窑烟气SCR脱硝工艺流程如 1所示,尤其适用以石油焦、重油为燃料的复杂 烟气条件,是目前玻璃厂改造以及新建玻璃厂配套 脱硝工程的首选方案。玻璃熔窑烟气(烟道出口的 温度为450550飽)首先进入余热锅炉([段),
回收热量(烟气温度降至350 ~ 450龙);然后烟气 通过高温电除尘装置,烟气除尘(烟气温度降至 300 - 420 °C 净化后进入SCR反应器,在SCR反应 器中与还原剂氨反应后将出口烟气再次送至余热锅 炉(II段)换热,再次回收余热,后通过脱硫除尘 工艺处理后进入烟囱,达标排放。




1玻璃熔窑烟气脱硝工艺流程图

 

 

 

 

 

 


 

该工艺的优势在于:①利用余热锅炉进行热 量回收,可实现能源再利用;②烟气经余热锅炉 后,进入SCR反应器时温度正好又能满足脱硝催 化温度;③脱硝前除尘,能有效降低烟气中粉尘 对SCR催化剂的冲刷及毒化作用,延长催化剂的 使用寿命。

4 SCR催化剂

我国玻璃企业在国家环保的号召下,大多都 已进行了SCR脱硝改造,其中SCR催化剂作为脱硝 系统的核心⑹,占脱硝装置总投资成本的40%, 是决定整个脱硝系统的关键,关乎玻璃企业的运 行成本、环保效果。就目前玻璃行业运行业绩来 说,平板式和蜂窝式两种类型SCR催化剂总和占玻 璃行业烟气SCR脱硝市场份额的100%o平板式和 蜂窝式催化剂的主要成份与反应原理是相同的, 只是两者在结构形式存在差别。见图2和图3, 别为平板式和蜂窝式催化剂单元件,平板式催化 剂模块一般由16个单元盒组成,蜂窝式催化剂模 块一般由72根单元组成。


4.1平板式催化剂

平板式催化剂以不锈钢网为骨架,载体 TiO2. VQsM0O3WO3等作为活性催化原料, 采取双侧挤压的方式将活性物质(VRsM0O3 )与金属网栅结合成型,具有较强的抗磨损和 防堵塞特性,适合于煤质不稳定、含灰量高及灰 粘性较强的烟气环境。同样,由于基材使用钢网 和钢板作为支撑性材料,不会产生坍塌等严重的 环保事件,通用性强,适于灰分含量范围广(几 克~百克)。

4.2蜂窝式催化剂

蜂窝式催化剂属于均质催化剂,以Ti(V V'OsWO3为主要成分,催化剂本体全部为催化 剂活性材料,因此其表面遭到灰分等磨损后,仍 然能够维持原有的催化剂性能。其特点是单位体 积的催化剂几何比表面积大,催化活性相对较 高,达到相同效率所用的催化剂体积较小。但由 于蜂窝形状夹角较多,易堵灰,仅适合于低灰 分、灰粘性小的烟气环境。

4.3两种催化剂性能比较分析

两种催化剂性能对比分析见表2

2两种催化剂在玻璃行业优劣势对比分析

项目

平板式

蜂窝式

加工工艺

双侧挤压涂覆

均匀挤压成型

单体结构

弹性结构

刚性结构

几何比表面积

中等

同等条件所需体积

较大

活性K

一般

压损

一般

抗中毒能力

安全性

发生过坍塌

持久性

可靠性

较好

抗磨损性能

一般

抗堵塞能力

一般

48

从表2中可以看出,与蜂窝式催化剂相比, 平板式催化剂有如下优劣势:

(1) 长条开孔,抗堵灰能力强

板式催化剂由于特殊的开口结构(如图2) 导致板式催化剂的节点少,飞灰在催化剂端面不 易搭桥,同时板式催化剂是由单板组装而成,板 与板之间并没有完全固定,在烟气的流通中,板 会有微小的颤动,从而是飞灰不易聚集,减少了 飞灰对催化剂的堵塞。

蜂窝式催化剂模块是将挤出的蜂窝单体组装 固定,每个单体都牢牢固定(如图3),在烟气的 流通过程中催化剂不会发生抖动,不仅使飞灰在其 端面易搭桥聚集,同时固定的催化剂增加了飞灰与 其直接摩擦的机率,使得催化剂的磨损也严重。

(2) 不锈钢栅网做骨架,抗磨损能力强 烟气中的飞灰对催化剂的磨损是不可避免

的,而且随着运行时间的增加,对催化剂的磨损 也逐渐严重,如果没有相应的措施,会导致催化 剂完全损坏。平板式催化剂内不锈钢栅网可以有 效保护催化剂免受烟气中的飞灰对催化剂的进一 步磨损,不会对SCR系统的安全运行产生影响。 而蜂窝式催化剂为了增强催化剂的抗磨损性能, 在催化剂的顶端增加了端面硬化部分,大约 2 cm,当烟尘将端面硬化下方部位穿透后,催化 剂会出现坍塌,从而导致SCR运行存在安全 隐患。

(3) 几何比表面积小,体积量相对较多。

蜂窝式催化剂比表面积较平板式催化剂大, 导致在同等设计条件下所用的板式催化剂体积量 较蜂窝催化剂要多,一般体积量为蜂窝催化剂的 1.".2倍,但在玻璃项目对催化剂总体积量需 求不大,以及平板式催化剂采用大比表面积钛白 粉作为原料的情况下,差距越来越小。

5结语

(1) 平板玻璃熔窑烟气成分复杂,具有


NOx浓度高、有一定粘性等特点。

(2) 面对玻璃熔窑在生产过程中产生大量 NOx等大气污染物,SCR烟气脱硝技术具有脱硝 效率高、技术成熟等优点,在平板玻璃烟气脱硝 治理上得到了广泛应用。

(3) 结合玻璃熔窑运行及烟气特点选择合 适的治理技术路线,使污染物排放浓度达标,选 “玻璃熔窑烟气+余热锅炉+电除尘+SCR脱硝 +余热锅炉+脱硫+烟囱”工艺,具有环境效益, 经济合理等优势。

(4) 平板式催化剂具有长条开孔,孔隙率 高、压损小,抗堵灰及抗磨损能力强等特点,在 玻璃行业烟气治理中得到了广泛证明,为玻璃生 产企业选择适合的、性价比高的SCR催化剂提供

参考和借鉴。

参考文献

[1 ]中国环境科学研究院,蚌埠玻璃工业设计研究院.平板玻 璃工业大气污染物排放标准GB 26453-2011[S],北京:中 国环境科学出版社,2011.33-35.

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[5] 罗运平.玻璃窑高温烟气净化工艺设计[J].环境工程, 2011,29 (6) : 73-75.

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