CN105797555A - 一种玻璃熔窑蓄热室选择性非催化还原法脱硝方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种玻璃熔窑蓄热室选择性非催化还原法脱硝方法，蓄热室呈L型，由垂直通道和水平通道构成，在该垂直通道下部设有支持第一换热块(格子体)的拱形炉条碹，在水平通道内设置有第二换热块，在垂直通道和水平通道的交界处置有还原剂喷枪，喷入氨水或尿素等脱硝剂，使NH3与烟气中NOx进行反应还原，生成对环境无害的氮气和水蒸气。

Description

一种玻璃熔窑蓄热室选择性非催化还原法脱硝方法
技术领域
本发明属于玻璃熔炼领域，具体涉及一种玻璃熔窑L型蓄热室及选择性非催化还原法脱硝方法。
背景技术
在玻璃熔窑生产玻璃的过程中，烟气离开火焰空间的温度很高(可达1400℃以上)，烟气在这样高的温度下离开熔窑，将带走大量的热量，一般占熔窑供热量的50-70％，因此，为提高熔窑的热效率，合理利用能源，在玻璃熔窑的结构设计中都附有蓄热室等余热利用设备。蓄热室是熔窑正常运行中助燃风和废气的通道，它是利用耐火材料做蓄热体(称为格子体)，蓄积从窑内排出烟气的部分热量，用来加热进入窑内的空气。当窑内高温废气流经蓄热室格子体时，将格子砖加热，在这一过程中，格子砖的温度逐渐升高。存储在格子体内的热量在火焰转向后，将流经此格子砖的煤气或空气加热，从而保证火焰有足够高的温度，以满足玻璃熔制的需要，在这一过程中，格子砖温度逐步降低，如此循环。所以，蓄热室的作用就是将废气中所含的热量通过格子砖的吸收、蓄热作用，然后传给空气和煤气，将其加热到一定的温度，以达到节约燃料、降低成本的目的。玻璃熔窑燃烧废气从窑内排出时的温度为1400-1500℃左右，可将煤气预热到1000-1100℃，空气预热到1100-1300℃，废气排出蓄热室时，温度在300～400℃左右。
但是，排出的废气(烟气)中含有氮氧化物(NOx)，而氮氧化物是大气的主要污染物之一，对环境的损害作用极大，它既是形成酸雨的主要物质之一，也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和消耗O3的一个重要因子。因此需要在排放前对废气进行脱硝处理，降低氮氧化物的含量。
现在世界上比较主流的工艺分为：选择性催化还原法(SelectiveCatalyticReduction，SCR)和选择性非催化还原法(SelectiveNon-CatalyticReduction，SNCR)。
选择性催化还原法是指在催化剂的作用下，利用还原剂(如NH3、液氨、尿素)来“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。首先由美国的Engelhard公司发现并于1957年申请专利，后来日本在该国环保政策的驱动下，成功研制出了现今被广泛使用的V2O5/TiO2催化剂，并分别在1977年和1979年在燃油和燃煤锅炉上成功投入商业运用。
选择性催化还原法由于其技术相对成熟且脱除NOx效率高，已成为燃煤发电厂主流的脱硝技术。目前，钒钨钛催化剂因具有良好的脱硝效率和抗二氧化硫毒化性能，已被广泛应用于脱除燃煤发电厂等烟气粘附性差且飞灰中含Na+较少的固定源所排放的氮氧化物。
日用玻璃和平板玻璃均属钠钙玻璃，钠钙玻璃熔窑的烟气中含有高活性Na+、Ca2+及具有粘附性的碱性烟尘；高活性Na+、Ca2+与具有极大表面积和比孔体积的催化剂表面接触时，能直接与活性位发生反应使催化剂钝化，特别是Na+会强烈地与分散的矾结合并抵消酸性位，减弱矾的还原性能，显著地降低SCR活性，而具有粘附性的碱性烟尘粘附在催化剂表面并覆盖催化剂的活性位使催化剂失活；另外，烟气中含有大量的SO2，SO2先被氧化成SO3，然后与NH3发生反应最终生成铵盐(NH4HSO4或(NH4)2SO4)，与其他粘附性盐类胶结在催化剂表面，加剧其堵塞导致失活；此外SO2还可能与金属氧化物反应导致催化剂中毒，且中毒后很难再生。生产实践表明，SCR脱硝技术仅在钠钙玻璃熔窑投产初期有效，而在长期运行中很难发挥脱硝效果直至失去作用，应慎重选用。
选择性非催化还原技术是一种不用催化剂，在850℃～1100℃范围内还原NOx的方法，还原剂常用氨或尿素，最初由美国的Exxon公司发明并于1974在日本成功投入工业应用，后经美国FuelTech公司推广，目前美国是世界上应用实例最多的国家。
该方法是把含有NHx基的还原剂喷入炉膛温度为850℃～1100℃的区域后，迅速热分解成NH3和其它副产物，随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR反应而生成N2。从图3中可以看出，废气温度在850～1100℃时，NH3与NOx能发生反应使NOx急剧减少。
SNCR还原NOx的反应对于温度条件非常敏感，炉膛上喷入点的选择，也就是所谓的温度窗口的选择，是SNCR还原NOx效率高低的关键。一般认为理想的温度范围为850℃～1100℃(如图3所示，其中1ppmNOx相当于2.05mgNOx/m3废气)，并随反应器类型的变化而有所不同。当反应温度低于温度窗口时，由于停留时间的限制，往往使化学反应进行不够充分，从而造成NO的还原率较低，同时未参与反应的NH3增加也会造成氨气的逃逸，遇到SO2会产生NH4HSO4和(NH4)2SO4，易造成空气预热器堵塞，并有腐蚀的危险。而当反应温度高于温度窗口时，NH3的氧化反应开始起主导作用：4NH3+5O2→4NO+6H2O。
因此，如何在玻璃生产过程中寻找合适的时机进行烟气脱硝，仍需要不断摸索。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玻璃熔窑蓄热室选择性非催化还原法脱硝方法，采用该方法可以使废气中NOx在850～900℃范围与NH3进行反应还原，生成对环境无害的氮气和水蒸气。
本发明的另一目的在于提供一种玻璃熔窑的蓄热室结构，以适应选择性非催化还原法脱硝的过程。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种玻璃熔窑蓄热室选择性非催化还原法脱硝方法，其中，该蓄热室呈L型，由垂直通道和水平通道构成，在该垂直通道下部设有支持第一换热块(格子体)的拱形炉条碹，在水平通道内设置有第二换热块，在垂直通道和水平通道的交界处置有还原剂喷枪，具体脱硝过程为：
1)烟气从玻璃熔窑排出后，进入蓄热室的垂直通道，与第一换热块进行第一次换热降温；
2)降温后的烟气进入垂直通道和水平通道的交界处，设置在交界处的还原剂喷枪喷入还原剂与烟气反应以去除氮氧化物；
3)反应后的烟气进入水平通道，与第二换热块进行第二次换热降温后排入大气。
优选地，所述第一次降温后温度为850～900℃。
优选地，所述第二次降温后温度为300～400℃。
优选地，所述还原剂为氨水或尿素。
优选地，所述第一换热块为格子砖。所述第二换热块为格子砖。所述还原剂喷枪设置在靠近第二换热块的交界处顶部。
本发明还提供一种玻璃熔窑蓄热室，该蓄热室呈L型，由垂直通道和水平通道构成，在该垂直通道下部设有支持第一换热块(格子体)的拱形炉条碹，在水平通道内设置有第二换热块，在垂直通道和水平通道的交界处置有还原剂喷枪。
本发明的有益效果在于
本发明提供一种玻璃熔窑蓄热室选择性非催化还原法脱硝方法，将传统的单通道蓄热室结构设计成垂直和水平通道，使其交接处温度控制在850～900℃，通入氨水或尿素等脱硝剂，使NH3与烟气中NOx进行反应还原，生成对环境无害的氮气和水蒸气。
附图说明
图1为现有的单通道蓄热室。
图2为本发明提供的玻璃熔窑蓄热室的结构示意图。
图3为利用NH3使热的NOx减少的温度关系图
具体实施方式
以下将以具体实施例结合附图来说明本发明所要达到的技术效果，但所选用的实施例仅用于说明解释，并非用以限制本发明的范围。
如图1所示，为现有的单通道蓄热室，包括垂直通道1，炉条碹2，烟气从玻璃熔窑排出后进入蓄热室，经过换热块11的换热降温，到达炉条碹2以下区域的温度为300～400℃。
如图2所示，为本发明的玻璃熔窑蓄热室选择性非催化还原法脱硝方法的一优选实施例，该蓄热室呈L型，由垂直通道3、水平通道5构成，在该垂直通道3下部设有拱形的炉条碹4，炉条碹4顶部支撑与垂直通道3内腔配合的第一换热块31，在水平通道5内设置有第二换热块51，在垂直通道3和水平通道5的交界处设置有还原剂喷枪6，具体脱硝过程为：1)烟气从玻璃熔窑(图中未显示)排出后，进入蓄热室的垂直通道3，与第一换热块进行第一次换热降温，换热后温度为850～900℃；2)降温后的烟气进入交界处，还原剂喷枪6喷入还原剂氨水与烟气反应，NH3与烟气中NOx进行反应还原，生成对环境无害的氮气和水蒸气，从而去除氮氧化物；3)反应后的烟气进入水平通道5，与第二换热块进行第二次换热降温至300～400℃后排入大气。脱硝后烟气中氮氧化物的浓度由从玻璃熔窑中排出时的1500mg/Nm3降低至500mg/Nm3，可直接排放到大气。
本发明的玻璃熔窑蓄热室呈L型，由垂直通道3、水平通道5构成，在该垂直通道3下部设有拱形炉条碹4，炉条碹4顶部支撑与垂直通道3内腔配合的第一换热块31，在水平通道5内设置有第二换热块51，在垂直通道3和水平通道5交界处设置有还原剂喷枪6，其中垂直通道3和相配合的第一换热块31的换热容积根据现有玻璃熔窑的换热容积和热工参数按比例进行调整，使得第一次换热后的温度控制在850～900℃，该温度处于脱硝反应窗口内，通过喷入还原剂氨水与烟气反应，生成氮气和水蒸气，反应后烟气继续通过第二换热块51，将余热吸收，经过第二换热块51后，温度降到300～400℃。其中，本实施例中还原剂喷枪6靠近第二换热块61，远离炉条碹4，可降低温度变化对炉条碹4的耐火材料的损伤，延长其使用寿命。
从上述实施例可以看出，与现有的玻璃熔窑单通道蓄热室相比，本发明提供的玻璃熔窑蓄热室的垂直通道3的换热容积通过控制较传统单通道蓄热室的垂直通道1要小，炉条碹4以下温度增高，垂直通道和水平通道交界处可以达到反应还原脱硝方法的温度要求；同时运行中影响脱销的各种因素较少，稳定脱销效率高，烟气通过蓄热室时一次性脱硝，无需再另添加专门的脱硝设备，节约了生产的成本，降低了氮氧化物对环境的危害。
需要指出的是，上述发明的实施方式仅仅是一个实施例。可以在不背离本发明原理和范围的情况下对上述本发明的实施方式进行许多变化和修改。所有这些修改和变化都包括在本发明揭示的范围中，并且受到所附权利要求的保护。

Claims (10)

1.一种玻璃熔窑蓄热室选择性非催化还原法脱硝方法，其特征在于：该蓄热室呈L型，由垂直通道和水平通道构成，在该垂直通道下部设有支持第一换热块的拱形炉条碹，在水平通道内设置有第二换热块，在垂直通道和水平通道的交界处还设有一还原剂喷枪，具体脱硝过程为：
1)烟气从玻璃熔窑排出后，进入蓄热室的垂直通道，与第一换热块进行第一次换热降温；
2)降温后的烟气进入交界区域，该处还原剂喷枪喷入还原剂与烟气反应以去除氮氧化物；
3)反应后的烟气进入水平通道，与第二换热块进行第二次换热降温后通过排烟系统排入大气。
2.如权利要求1所述的玻璃熔窑蓄热室选择性非催化还原法脱硝方法，其特征在于，所述第一次降温后温度为850～900℃，所述第二次降温后温度为300～400℃。
3.如权利要求1所述的玻璃熔窑蓄热室选择性非催化还原法脱硝方法，其特征在于，所述还原剂为氨水或尿素。
4.如权利要求1所述的玻璃熔窑蓄热室选择性非催化还原法脱硝方法，其特征在于，所述第一换热块为格子砖。
5.如权利要求1所述的玻璃熔窑蓄热室选择性非催化还原法脱硝方法，其特征在于，所述第二换热块为格子砖。
6.如权利要求1所述的玻璃熔窑蓄热室选择性非催化还原法脱硝方法，其特征在于，所述还原剂喷枪设置在靠近第二换热块的交界处顶部。
7.一种玻璃熔窑蓄热室，其特征在于，该蓄热室呈L型，由垂直通道、水平通道构成，在该垂直通道下部设有拱形的炉条碹，炉条碹顶部支撑与垂直通道内腔配合的第一换热块，在水平通道内设置有第二换热块，在垂直通道和水平通道交界处设置有还原剂喷枪。
8.如权利要求7所述的玻璃熔窑蓄热室，其特征在于，所述第一换热块为格子砖。
9.如权利要求7所述的玻璃熔窑蓄热室，其特征在于，所述第二换热块为格子砖。
10.如权利要求7所述的玻璃熔窑蓄热室，其特征在于，所述还原剂喷枪设置在靠近第二换热块的交界处顶部。
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