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平板玻璃行业大气污染防治的问题与对策

来源:北京济元紫能 浏览次数:10583 发布日期:2018-11-08 手机版



  平板玻璃行业大气污染防治技术运行中存在余热锅炉积灰结垢;布袋除尘器清灰困难,高温静电除尘经常短路故障;SCR脱硝技术缺少成功应用案例;烟气脱硫技术普遍存在脱硫塔及附属管道堵塞及处理后烟气粉尘浓度增高等问题,导致烟气呈“有规律”不稳定排放、“周期性”非正常排放。结合行业大气污染整改情况,从理论和实践上提出该行业污染控制对策及建议,满足当前行业急需实现稳定达标和进行深度治理需求。


  2011年《平板玻璃行业大气污染物排放标准》颁布实施后,玻璃行业大气污染治理呈现出前所未有的环保压力,为有效控制颗粒物、SO2、NOx等污染物排放,玻璃生产企业陆续投建了脱硫、脱硝、除尘等环保设施。因玻璃窑炉原辅材料较多,涉及石英砂纯碱、芒硝、石灰石等,产生烟气特性较为复杂,粘性强,易结垢,较易附着在环保设施中,导致环保系统维修频率高,每隔1~3月需检修一次,每次需1~3d,严重影响了防治设施的高效运行。因此急需对现状进行深入分析,提升玻璃行业污染控制技术水平,实现该行业的稳定达标排放。

  1、平板玻璃行业大气污染治理现状

  我国平板玻璃行业SO2、NOx减排压力依然较大,节能减排技术亟待提升。当前窑炉烟气采用的大气污染防治工艺路线主要有两条:“除尘+脱硝+脱硫”和“脱硝+除尘+脱硫”。其中,除尘技术主要采用高温电除尘和布袋除尘,处理后,颗粒物浓度在20~30mg/m3;采用的脱硫技术主要为双碱法、石灰石/石膏法和循环流化床技术,应用最多的是石灰石/石膏法,经脱硫设施处置后,烟气中SO2浓度在150~300mg/m3;玻璃窑炉脱硝技术主要照搬电力行业,全部采用SCR技术,处理后,NOx的浓度<400mg/m3。

  目前,因平板玻璃各环保设施投建运行时间较短,缺乏成熟的运行管理机制,烟气带有粘性,炉窑需周期性“换火”操作等,导致玻璃熔窑废气排放浓度呈现出周期性不稳定排放的突出问题。

  2、大气污染防治技术存在的问题及对策

  2.1余热锅炉积灰存在问题及其对策

  正常情况下,玻璃熔窑排烟温度在420~450℃,与烟温相适应的SCR反应器温度范围为320~420℃。熔窑烟气进入SCR反应器前后需经余热锅炉冷却。余热锅炉内易发生积灰现象,SCR脱硝前换热管表面积尘较易清理,水冲洗即可;而SCR脱硝后烟气中水分含量增大,使得一部分粘性飞灰粘附于余热锅炉内换热管道和余热锅炉出口的引风机风叶上,且换热管表面会产生结晶现象,较难清理。

  据研究,在脱硝过程中,反应生成的逃逸氨与SO3反应形成硫酸氢铵,易与烟气中的飞灰粒子相结合,在换热管上形成粘结性极强的融盐状的积灰结晶。可通过控制SCR脱硝过程氨逃逸量和烟气中SO2氧化率的方法减少硫酸氢铵的生成量。可优化SCR脱硝装置入口导流叶片的类型、数量和位置,使入口烟气流速、温度和浓度均匀,同时调整加氨系统,严控逃逸氨限值,使NH3混合均匀,最终减少氨逃逸量。可调节控制烟气温度,合理选择催化剂类型,最大限度降低SO2/SO3的转化率,以减少SO3与NH3反应量,亦可降低硫酸氢铵的产生。针对锅炉清灰系统,采用过热蒸汽吹灰、压缩空气吹灰、激波清灰等方式效果明显。

  针对设施运行现状,增加备用余热锅炉或者余热管路,用于余热锅炉维护、清灰时切换,是短期内解决问题的最快捷方案。

  2.2除尘存在的问题及其对策

  2.2.1布袋除尘

  玻璃熔窑烟气具有温度高,因生产换火在一定范围内温度频繁波动的特点,布袋除尘器前一般布设烟气冷却系统。但烟尘颗粒较小且具有粘性,在一定温度下易堵塞布袋除尘器,发生“糊袋”“板结”等现象,导致清灰困难。为使布袋除尘器正常运行,烟气温度的控制至关重要。齐晓芳等提出,采用模糊控制策略对布袋除尘器烟气进行温度控制,当烟气温度瞬时过高时,可迅速打开混风阀,使除尘器入口温度保持在许可范围内,有效维持布袋除尘效率。王仲等提出,通过袋式除尘器的管道阻力分析设计,购选适合的布袋除尘器也能达到较为理想的除尘效果。

  选用耐高温材料布袋,改善清灰方式,或者将布袋更换为湿式电除尘器是当前最为直接有效的解决途径。

  2.2.2电除尘

  电除尘器内部易出现极板短路问题,电场内部易出现放电、闪络等问题。主要极板长期高温作用下容易发生变形,积灰粘附在极板上,导致极线与极板距离过近,则出现短路现象;而阴极绝缘距离、阳极板卡涩、防尘板结露积灰、阴极线断线导致的极间距超标,是造成电压闪络的主要原因。

  高温电除尘在玻璃行业应用时间较短,根据以上问题应采取进一步优化电除尘器框架结构减少高温形变;降低电场风速,减少二次扬尘;阴阳极振打改为侧部振打;采用“BS”型管状芒刺线减少阴极线形变,合理控制振打速度减少因振打清灰引起的二次扬尘等对策。高温电除尘器技术应用于玻璃熔窑烟气,有待技术升级和改进。

  2.3脱硝存在问题及其对策

  2.3.1催化剂物理堵塞部分

  玻璃企业烟气处理工艺路线采用的是“脱硝+除尘+脱硫”。脱硝装置布置在除尘装置之前,反应器内会产生严重积灰,造成脱硝反应器堵塞,致使催化剂物理中毒。因此,SCR脱硝装置内的积灰需定期进行清理,但是部分厂家由于缺乏运行经验,催化剂纤维板吹烂、风化、塌散现象时有发生。

  脱硝催化剂的形态主要有蜂窝式、平板式和波纹板式三种类型。当前玻璃行业应用的主要是蜂窝式催化剂,该种类型催化剂气固接触面积大,反应物停留时间长,但是机械强度较低,容易发生堵塞,不适用于烟尘浓度较高的玻璃行业的脱硝。平板式催化剂具有较好的机械性和较强的抗腐蚀和防堵塞特性,更适合于该行业。此外,在催化剂运行管理过程中,要注意清灰与温度控制,改进SCR吹灰系统,加大压缩空气气压,增加吹扫次数,减少反应器堵塞。

  2.3.2NOx超标和氨逃逸超标

  在生产过程中,煤气“换火”时烟气温度提升快,烟道烟气量大,玻璃窑炉烟气内NOx波动幅度较大,自动喷氨系统不完善,手动喷氨又带有滞后性,难以控制,喷氨量大,容易造成催化剂失去活性,降低脱硝效率,产生NOx超标和氨逃逸超标问题。

  为缓冲玻璃窑炉因“换火”操作导致的NOx浓度波动,可在SCR装置前设计烟气预处理塔,保持脱硝效率稳定。此外,通过完善喷氨系统,实现自动化精确控制喷氨量;增强催化剂反应活性,提高氨水和NOx反应效率,均可在一定程度上降低氨逃逸率,确保NOx达标排放。目前平板玻璃行业中缺少SCR脱硝技术成熟的应用案例,SCR玻璃熔窑烟气应用研究有待加强。

  2.3.3SO2浓度增高

  现场测试数据显示,在脱硝设施出口SO2浓度明显高于脱硝设施入口。以天然气为燃料的玻璃窑炉,SO2浓度增幅在50%~100%;以煤制气为燃料的熔窑,增幅在40%~70%。尤其以天然气为燃料的熔窑,脱硝前,SO2浓度均低于250mg/m3,无需再经脱硫环节,SO2即可实现达标排放。经脱硝后,反需追加脱硫设施才能满足标准要求。

  初步判断是熔窑烟气中含有HS类物质,经催化后反应生成了SO2。因此需开展玻璃熔窑烟气成份分析,进一步确定脱硝装置入口处含硫物质的种类和浓度。

  2.4脱硫存在问题及其对策

  玻璃企业脱硫装置多采用双碱法、石灰石/石膏法等湿法脱硫。实际运行中,脱硫装置出口处的烟气里含有部分脱硫浆液,脱硫液里溶解有脱硫剂或脱硫产物,造成烟气颗粒物增加;另外脱硫塔中喷头堵塞,除雾器和旋转隔板结垢、管道结晶等现象严重。

  SO2溶解、石灰石溶解、氧化反应和石膏结晶均会不同程度地受浆液pH值的影响,故可加强运行管理,加大脱硫设备喷射药剂管路口径,改手动加药为机械加药,调节脱硫塔内溶液pH值稳定在6~8之间。此外,增大脱硫循环池面积,使循环池达到最好的澄清效果,亦可减少沉淀物堵塞装置组件。

  摸索实践经验的同时,需进一步加强半干法脱硫技术和脱硫与其他环保一体化技术的研发与示范,并在该行业限制煤、重油等高污燃料的使用,减少原料中芒硝的配比,从源头降低SO2的产生。

  3、结论

  (1)在更为严格的产业政策和行业标准的驱动下,玻璃熔窑烟气治理技术工程实践进展显著,但设施投建运行时间较短,不稳定达标共性问题突出,若实现稳定达标排放,仍需一段时间探索和相关环保技术的改进。

  (2)玻璃熔窑烟气和污染物特性与电厂有一定区别,具有颗粒细小、有粘性、温度高等特点,建议开展污染物烟气特性机理及多污染物控制技术多功能耦合机理研究,开发超细颗粒物高效捕集、多污染物脱硫、脱硝、除尘一体化稳定达标排放技术。

  (3)玻璃熔窑配套SCR脱硝设施后烟气SO2浓度增高,增加脱硫设施后粉尘浓度增高,继而增加湿式电除尘器。“头痛医头,脚痛医脚”的烟气治理现状,导致大气环保治理工艺路线冗长,并陷入问题循环中。建议加强玻璃烟气治理工艺路线优化研究,尤其加强脱硝技术研发。

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