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玻璃窯爐脫硝技術

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人氣:發表時間:2017-10-09 13:27:33【
玻璃窯爐脫硝技術
    隨著我國社會經濟的快速發展,大氣污染物排放在不斷增加,由此引發了一系列的環境問題,一些地區的環境質量有惡化的趨勢,形勢相當嚴峻,如果不及時采取有效措施,將嚴重影響到我國經濟和社會的健康發展。
    目前以二氧化硫(SO2 )、氮氧化物(NOx )為主的區域性酸雨污染嚴重,61.8%的南方城市出現酸雨,酸雨面積占國土面積的30%,是世界三大酸雨區之一。我國玻璃行業現在執行的標準是《工業窯爐大氣污染物排放標準》(GB 9078—1996)和《大氣污染物綜合排放標準》(GB 16297—1996),此標準已經滯后于我國經濟的發展速度,不適應玻璃行業大氣污染物的排放控制,因此環境?;げ亢凸抑柿考嘍郊煅榧煲咦芫鐘?011年4月2日發布了《 平 板 玻 璃 工 業 大 氣 污 染 物 排 放 標 準 》(GB 26453—2011),已明確新的污染物排放標準于2011年10月1日起實施。在 《 平 板 玻 璃 工 業 大 氣 污 染 物 排 放 標 準 》(GB 26453—2011)中比較突出的一點就是嚴格規范SO2 和NOx 的排放。新標準中規定SO2的排放濃度小于400 mg/m3 ,NOx 的排放濃度小于700 mg/m3 ,煙塵的排放濃度小于50 mg/m3,而此前的玻璃行業并未對SO2 和NOx 的排放濃度進行嚴格限制,因此如何選擇玻璃窯爐的煙氣脫硝脫硫除塵方案將是玻璃行業健康發展的重點之一。
1 煙氣脫硝技術
    目前主要的商業化煙氣脫硝技術包括選擇性非催化還原(Selective Non—Catalytic Reduction, SNCR)技術、選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction,SCR)技術和SNCR/SCR混合技術等。SNCR和SCR技術均采用某種化學反應劑(氨、尿素等)作為還原劑,將煙氣中的NOx 還原,生成無害的氮氣和水。反應的基本原理是:
   4NO+4NH3 +O2 →4N2 +6H2O (1)
  6NO2 +8NH3 →7N2 +12H2O?。?)
  NO+NO2 +2NH3 →2N2 +3H2O (3)
    SNCR脫硝技術采用高溫反應方式,由鍋爐爐膛作為脫硝反應器,還原劑被噴入爐膛中,在950~1 010℃的溫度范圍內由還原劑與NO、NO 發生還原反應,生成無害的氮氣和水。由于受爐膛內煙氣溫度、停留時間、煙氣流場等條件的影響,此技術方案用于玻璃窯爐的氮氧化物脫除處理有一定的局限性。
    SCR脫硝技術是在催 化劑作用下 ,向溫度280~420℃的煙氣中噴入氨氣,將NOx 還原成無害的氮氣和水。此技術最初于1959年在美國發明,在20世紀60年代和70年代發展起來。1975年在日本Shimoneski電廠建立了第一個SCR脫硝系統的示范工程,其后SCR脫硝技術在日本得到了廣泛應用。
    SCR脫硝技術受鍋爐運行條件影響較小,反應條件易于控制,能夠達到很高的脫硝效率(可達90%以上),能夠滿足嚴格的環保要求。根據目前玻璃行業的生產規模及燃料使用情況,玻璃窯爐的排煙溫度為450~500℃,主要污染物有SOx、粉塵和NOx。SOx主要是SO2,一般濃度在500~3000 mg/Nm3,其濃度取決于所用燃料的種類及其含硫量、原料配料中芒硝的使用量及燃料燃燒時生成的煙氣量;玻璃窯爐產生的粉塵粒徑小,黏結性較強;NOx的濃度一般在1200~3000 mg/Nm3。NOx濃度高,且粉塵中含有的重金屬及堿金屬含量高,對極易造成催化劑中毒,這些都是造成玻璃窯爐煙氣處理困難的主要原因,目前國內一些玻璃窯爐廠采用高溫電除塵+SCR(選擇性催化還原法)進行煙氣脫硝,但在實際運行中高溫電除塵經常出問題,導致脫硝反應器堵塞現象嚴重(如圖所示),經常需要停爐清理。
    我公司采用日本KURABO公司獨創的煙氣脫硫脫硝除塵一體化技術,先脫硫除塵再采用SCR脫硝的工藝流程,在玻璃窯爐廠成功應用,運行穩定。使NOx排放濃度控制在100 mg/Nm3以下,硫化物和粉塵含量達到超低排放標準。玻璃窯爐煙氣經過冷卻降溫的同時脫硫,脫硫后的煙氣經過除濕除塵后進入選擇性催化還原法工段進行脫硝,煙氣經過電除塵后粉塵含量降低,選用催化劑節距小,反應器體積較小,催化劑使用壽命長。脫硝后的煙氣經煙囪排放。
   
玻璃窯爐SCR脫硝系統運行的影響因素
1 玻璃窯爐使用燃料的種類
    當前,國內的平板玻璃工業窯爐采用的燃料主要有天然氣、重油、石油焦等,不同類型燃料產生的煙氣成分差異較大。從煙氣治理的難易程度來看,玻璃窯爐采用天然氣作燃料最為清潔,產生煙氣中的SO2 和粉塵含量極低,煙氣治理物主要為NOx ,運用SCR脫硝技術較為容易,采用重油作燃料次之。而采用石油焦粉作燃料的脫硝較難治理,產生煙氣中的SO2濃度會隨不同批次、品質石油焦的硫含量變化而變化。較高濃度的SO2會影響脫硝催化劑的選擇性,SO2/ SO3 的轉化率雖能夠控制,但轉化量勢必增加,與NH3反應產生銨鹽,粘結煙氣中的粉塵,在催化劑表面造成“搭橋”現象。脫硝系統在280~320 ℃較低溫度區域運行時,該種影響尤為明顯。
    此外煙塵成分也會因石油焦粉未完全燃燒而引入微量的具有催化作用的釩、鎳體系的氧化物,對催化劑的選擇催化還原機理產生影響。如石油焦生產過程中引入的V2O5 ,該物質雖為催化體系中主要催化劑 , 但催化劑體系中已嚴格制定了V2O5 、W 3O等物質的配比,過量的V2O5會破壞催化劑的選擇性,導致 NH 3過多 的參與副反應,影響脫硝效率。
2 玻璃窯爐的燃燒特點
    玻璃窯爐與普通工業鍋爐、電廠鍋爐相比,存在熔制溫度高、左右定時換火等特點。玻璃窯爐在高溫熔制玻璃液過程中,熱點溫度高達1400~1500 ℃,產生大量熱力型NOx,導致煙氣中的NOx 濃度達到1500~2000 mg/Nm3 ,遠遠高于普通工業鍋爐和電廠鍋爐煙氣的 NOx濃度(約400~600 mg/Nm3),為此玻璃窯爐SCR脫硝對催化劑的性能要求更為苛刻。
     在玻璃窯爐左右換火燃燒時,存在燃燒瞬間停止過程,該過程會導致玻璃窯爐煙氣中NOx 濃度下降速度很快,O2 含量增大較多,此時的煙氣通過脫硝反應器時,如及時不調NH3的用量,會出現還原劑瞬間過量的現象,勢必造成NH3 的逃逸和副反應的產生,不利于系統的穩定運行。
3  催化劑的堿金屬中毒
    結合玻璃窯爐熔制玻璃液所使用的原料和燃料,上述堿金屬存在的形式有兩類:一類是活性堿,如硫酸鹽、碳酸鹽等;另一類是非活性堿,存在于長石等硅酸鹽礦物中。通過上述分析,玻璃窯爐用脫硝催化劑存在堿金屬中毒的可能性較大,主要是由于水溶性Na鹽的含量較高,為此需盡可能避免水蒸氣在催化劑表面的凝結和有效控制煙塵在催化劑表面的停留時間,減緩堿金屬對催化劑活性的影響。
    此外,在水溶性狀態下,由于堿金屬離子具有很強的流動性,易進入催化劑材料的內部。因此整體式催化劑會對表面的堿金屬離子進行稀釋,失活速率小于浸漬式催化劑。
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