选择性催化还原法脱硝技术

选择性催化还原法脱硝技术是目前应用最广、技术最为成熟的脱硝技术之一在玻璃烟气治理中得到了广泛运用。本文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:蜂窝式和平板式以期为业主在后期项目实施中提供参考。

相比较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基本上没什么技术障碍而玻璃行业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当属 SCR脱硝技术。SCR 脱硝技术是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迅速分解并选择性地将废气中的 NOx还原生成对环境无污染的 N2及 H2O 从而实现降低 NOx排放量反应式如下:

4NO + 4NH3+ O2→ 4N2+ 6H2O

6NO2+ 8NH3→ 7N2+ 12H2O

常见的典型玻璃熔窑烟气 SCＲ 脱硝工艺流程如图 1 所示尤其适用以石油焦、重油为燃料的复杂烟气条件。玻璃熔窑出口烟气(450～550℃) 首先进入余热锅炉( Ⅰ段) ，振动测量仪回收热量( 烟温降至350～450℃) ; 然后烟气通过高温电除尘装置烟气除尘( 烟温降至300～420℃) 净化后进入 SCR反应器在 SCR反应器中与氨反应后将烟气再次送至余热锅炉( Ⅱ段) 换热对余热再次回收利用后通过脱硫除尘工艺处理后到达烟囱达标排放。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催化剂的毒化作用延长催化剂的使用寿命。

SCR催化剂

国内玻璃熔窑大部分已启动了 SCR脱硝工程其中 SCR催化剂是脱硝系统的核心是决定着整个脱硝系统的关键是关乎玻璃企业的效益、环保压力乃至企业生存的关键。目前在玻璃行业SCR催化剂使用较多的是平板式催化剂和蜂窝式催化剂。

平板式催化剂以不锈钢网为骨架采取双侧挤压的方式将活性物质( V2O5、MoO3等) 与金属网栅结合成型节距为 6.0～7.0mm几何比表面积相对较小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合于几克到百克灰份。

蜂窝式催化剂属于均质催化剂以 TiO2、V2O5和 WO3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，数字式超声波探伤仪仅适合于低灰分、灰粘性小的烟气环境。

与蜂窝式催化剂相比平板式催化剂有如下优劣势：

(1) 长条开孔压损小抗堵灰能力强。平板式催化剂的节点少飞灰在催化剂端面不易搭桥，时代布氏硬度计同时平板式催化剂长方形开口具有弹性结构。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使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为正方形开口刚性结构。每个单体都牢牢固定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几率使得催化剂的磨损也严重。

在压力损失方面平板式催化剂也有显著的优势。一般地说在同一反应器内平板式催化剂的孔隙率在 85%左右蜂窝式催化剂的孔隙率在 70%左右大孔隙率意味着小的压力损失。

(2) 不锈钢栅网做骨架抗磨损能力强。蜂窝式催化剂以陶土作为催化剂载体平板式催化剂以不锈钢栅网为载体烟气中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。而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。用于玻璃熔窑烟气脱硝治理的两种催化剂在同一工艺( 烟气+余热锅炉+脱硝+余热锅炉+脱硫+除尘+烟囱) 不同燃料( a 为煤制气、b 为天然气) 和相同传统空气助燃的工况条件下运行近一年的表现。可以看出虽然平板式催化剂烟气运行条件更苛刻但在耐磨和抗堵灰性能上比蜂窝式催化剂有优势。

(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平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1.1～1.2倍但在玻璃项目催化剂总体积量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。

现如今玻璃在人们生活中无处不在玻璃行业规模逐年壮大尤以平板玻璃产量为最大我国的平板玻璃产量已连续 26 年位居世界首位截至2017年底全国浮法玻璃生产线362条产能12.95亿重箱。其中玻璃熔窑作为玻璃生产企业的核心消耗70%以上的能源同时也是造成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粉尘颗粒物、硫氧化物(SOx) 和氮氧化物(NOx) 等污染物对大气造成了严重的污染。为了控制污染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。