CN106994299A - 一种单通道玻璃窑炉烟气脱硝装置及其脱硝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单通道玻璃窑炉烟气脱硝装置及其脱硝方法，包括玻璃窑炉和两个对称设置的蓄热室，蓄热室内分别设有蓄热砖，蓄热砖之间形成热交换通道，在蓄热砖上方、且温度为1051‑1450℃的蓄热室侧面、顶面或侧面及顶面，设置有用于喷射中性、液态脱硝剂的若干喷射器。当玻璃窑炉内产生的烟气经过蓄热室的中上部，喷射器喷射脱硝剂，烟气与脱硝剂混合发生脱硝反应，达到烟气脱硝的目的。本发明与现有的脱硝技术相比，具有技术先进、操作简便、节省成本和安全性高的有益效果。
Description
技术领域
本专利涉及玻璃窑炉烟气脱硝的技术领域，具体涉及一种单通道玻璃窑炉烟气脱硝装置及其脱硝方法。
背景技术
在玻璃制品的生产过程中，玻璃窑炉排放的烟气含有大量的氮氧化物，而氮氧化物对环境、人体和其他动植物的危害都十分严重，对玻璃窑炉排放的烟气进行脱硝成了玻璃行业的当务之急。
目前玻璃行业研究最多和工业化应用最广的脱硝技术是SCR脱硝技术。SCR脱硝技术在大型燃煤蒸汽锅炉烟气脱硝中，得到广泛应用，一般情况下脱硝率可达80％以上。但是SCR脱硝技术的缺点是：脱硝设备占地面积大，设备投资高；催化剂费用昂贵，约占整个脱硝系统装置总造价的40～60％，定期更换催化剂会使脱硝的运行成本显著增加；NH3刺激性大且会对管道腐蚀，泄露后造成二次污染。更重要的是，玻璃窑烟气中含尘量大，粘结性强，容易导致催化剂中毒或堵塞而失效，严重降低了脱硝效率。
为解决SCR脱硝技术设备投资大、运行成本高、需要消耗大量催化剂的问题，专利公开号为CN104524939A的中国专利《基于SNCR技术的玻璃脱硝系统》公开了一种基于SNCR脱硝技术的玻璃脱硝系统，其在玻璃窑炉的蓄热室的中上部温度为850～1050℃且没有火焰的高温区域布置多台氨气喷射器，且多台氨气喷射器分多层设置，每个氨气喷射器均为多点面状辐射，使氨气能在反映区域停留至少0.5秒。此技术方案看似可行，但却与实际蓄热室中上部的温度区间相矛盾。
此技术方案选择的温度区间和脱硝剂均不合理，不合理的原因有两点：(1)通常玻璃窑炉内玻璃液形成的温度在1450℃左右，有时会高达1600℃，此时玻璃窑炉烧制玻璃产生的烟气通过烟气通道到达蓄热室中上部的温度是高于1050℃的。而实际蓄热室内温度区间为850～1050℃的区域布满蓄热砖，而在蓄热砖的位置是无法安装氨气喷射器的。(2)喷射器的安装位置只能在蓄热室内的蓄热砖上方到蓄热室的顶部，但由于此位置区间内温度很高，超出了脱硝剂氨水发挥作用的温度区间，所以用普通的氨水/氨气脱硝剂无法对高温状态的烟气脱硝。
此外，此技术方案中的氨气喷射器是多层设置，但在实际的蓄热室内，氨气喷射器由于空间限制是无法多层设置的。
此外，此技术方案中使用的脱硝剂为氨气，但氨气属于碱性气体，是有腐蚀性的有毒气体，会对蓄热砖造成腐蚀。且喷射器喷射的氨气是气态，气态喷射的距离短，进而无法对距离较远的烟气进行脱硝。
发明内容
为克服上述现有技术所述的至少一种不足，本专利提供了一种单通道玻璃窑炉烟气脱硝装置及其脱硝方法。本专利通过在蓄热砖上方，且温度区间为1051-1450℃的蓄热室侧面、顶面或侧面及顶面，设置若干用于喷射中性、液态脱硝剂的喷射器，达到脱硝的效果。本专利与现有技术相比，具有技术先进、操作简便、节省成本和安全性高的效果。
为实现本专利的目的，采用以下技术方案予以实现：
一种单通道玻璃窑炉烟气脱硝装置，包括玻璃窑炉和两个对称设置蓄热室，分别为第一蓄热室和第二蓄热室，所述玻璃窑炉分别与第一蓄热室和第二蓄热室通过空气通道和烟气通道连通，所述烟气通道和所述空气通道对称设置，在空气通道与玻璃窑炉内的空气进口处设有火焰喷射器，所述蓄热室内由下而上分布有若干蓄热砖，所述蓄热砖的砖之间设有热交换通道，其特征在于，至少在所述蓄热砖上方、且温度为1051-1450℃的蓄热室侧面、顶面或侧面及顶面，设置有用于喷射中性、液态脱硝剂的若干喷射器。
玻璃窑炉主要用于熔制玻璃液，空气进入蓄热室后，经蓄热砖预热，然后经空气通道进入玻璃窑炉。火焰喷射器用于喷射燃料，空气与燃料混合，燃料燃烧，使玻璃原料在高温下熔融，成为玻璃液。玻璃窑炉内燃烧产生的烟气经烟气通道进入另一蓄热室，刚进入蓄热室中上部的烟气温度在1051-1450℃，从蓄热砖最上方到蓄热室顶面的蓄热室空间上留有一定的空间，烟气停留在此空间的温度在1051-1450℃，在此空间位置上安装喷射器，喷射脱硝剂，需要注意脱硝剂的适用温度范围。
本专利采用的脱硝剂为广州绿华环保科技有限公司研发生产的脱硝剂，型号为HSR-1/2/3，其为中性(pH值6-9)、液态、耐高温，不容易对设备造成腐蚀影响，喷射范围大，且对温度区间为1051-1450℃的烟气具有很好的脱硝效果。本专利采用的脱硝剂不仅适用于高温(1051-1450℃)的烟气，也适用与中高温(650-1050℃)的烟气，脱硝范围更广。脱硝后的烟气通过热交换通道，与蓄热室内的蓄热砖进行热传导，使烟气的温度降低，同时，蓄热砖的温度升高，有利于后续预热空气使用。
进一步地，所述喷射器喷射的形状包括扇形、锥形和柱形。目前常用的脱硝剂喷射器的喷射形状有扇形、锥形和柱形，可以根据不同的使用场所安装不同的喷射器，以达到最佳的喷射效果。本专利的脱硝装置可以安装不同类型的喷射器，其中，喷射形状为扇形的喷射器因为其喷射范围较大，达到的喷射效果最好。
进一步地，所述喷射器的喷射位置在从所述蓄热砖最顶层到所述蓄热室顶面空间高度的25％-100％之间。
喷射器的安装位置也是影响烟气脱硝效果的重要因素。喷射器安装位置离蓄热砖过低，则容易喷射到蓄热砖，且很难对蓄热室顶面附近的烟气进行脱硝。
进一步地，所述喷射器安装在从所述蓄热砖最顶层到所述蓄热室顶面空间高度的40％-60％之间。
喷射器安装在从所述蓄热砖最顶层到所述蓄热室顶面空间高度的40％-60％之间时，喷射出来的脱硝剂能较大范围地覆盖到烟气存在的位置，进而能对烟气进行最大程度的脱硝。
进一步地，所述喷射器安装在所述蓄热砖上方的蓄热室侧面上，且烟气温度为1051-1450℃的区域，所述蓄热砖的最顶层到所述喷射器安装位置的距离为0.3-1.2m。
进一步地，所述若干喷射器之间的相邻喷射器的安装间距为0.3-1m。喷射器的安装间距主要根据喷射器的喷射脱硝剂范围进行选择，一般在间距为0.3-1m时，相邻喷射器之间的烟气都能被覆盖有脱硝剂，从而实现最大范围的脱硝。
一种适用于上述的一种单通道玻璃窑炉烟气脱硝装置的玻璃窑炉烟气脱硝方法，所述玻璃窑炉烟气脱硝步骤包括：
S1:在第一蓄热室通入的空气，空气经过第一蓄热室的蓄热砖热交换通道，被蓄热砖预热，蓄热砖上的热量被带走；
S2:预热后的空气通过空气通道，进入玻璃窑炉，火焰喷射器喷射燃料，空气与燃料混合，燃料在空气的助燃下，在玻璃窑炉内燃烧，玻璃窑炉内的玻璃原料被加热至熔融状态；
S3:玻璃窑炉内燃烧产生的烟气通过烟气通道进入第二蓄热室，设置在蓄热砖上方的喷射器喷射脱硝剂，烟气在脱硝剂的作用下进行脱硝反应。
S4：烟气经脱硝反应后与第二蓄热室内的蓄热砖进行热交换，加热蓄热砖后经蓄热砖热交换通道排出。
进一步地，所述空气和燃气每隔30分钟互换一次进出蓄热室的方向和位置，即每隔30分钟，空气和烟气的流通方向互换，空气和烟气所在的蓄热室位置互换，即空气由原来的从第一蓄热室通入换为从第二蓄热室通入，烟气由原来的从第二蓄热室流出换为从第一蓄热室流出，所述空气和烟气的流动方向互换通过自动调节装置调节控制，且每隔30分钟自动调节装置调节控制一次。
因为空气需要通过蓄热室加热，升高温度，使其能在进入玻璃窑炉后，尽快助燃料燃烧，所以空气经过蓄热室预热，既能提高空气的温度，又能帮助降低了蓄热室的温度。因为蓄热室另一大作用是降低烟气的温度，玻璃窑炉内产生的烟气温度很高，若直接排出，不仅会对环境造成污染，还会造成热量的浪费。
所以玻璃制造业中巧妙地利用了两个对称设置、作用相反的蓄热室来预热空气和降低烟气的温度。例如第一蓄热室用于预热空气，空气经过蓄热砖热交换通道，温度升高，蓄热砖的温度降低；第二蓄热室用于降低烟气的温度，烟气通过第二蓄热室的蓄热砖热交换通道，温度降低，而第二蓄热室的蓄热砖温度升高。空气和烟气通过多次热交换后，第一蓄热室的温度降低了，而第二蓄热室的温度升高了，为了能让两个蓄热室继续工作，通过自动调节装置调节互换空气和烟气的流动方向，即将空气通入第二蓄热室，第二蓄热室将热量传给空气；将烟气通过第一蓄热室排出，烟气通过蓄热砖热交换通道将热量传给第一蓄热室。空气和烟气两者的流动方向通过自动调节装置每隔30分钟调节互换。
进一步地，所述步骤S3中的脱硝反应的反应温度设在1051-1450℃之间。
进一步地，所述步骤S3中的脱硝反应的反应位置设在蓄热砖上表面0.3-1.2m的区间内。
与现有技术比较，本专利有如下的有益效果：
(1)技术先进：本专利的脱硝剂适用的温度范围广，特别是适用于高温度烟气脱硝，反应温度的有效拓宽，可以扩大脱硝剂的作用范围，延长作用时间，使脱硝剂和含氮氧化物的工业废气充分接触反应，从而提高脱硝效率。
(2)安全性高：本专利采用的脱硝剂为中性或近中性、液态、耐高温、不易结晶，摒弃了传统脱硝剂为碱性，不安全、易腐蚀的缺陷，还可有效避免管路堵塞。
(3)缩减成本：本专利的脱硝技术采用蓄热室内还原，不改变现有窑炉结构，只需在现有设施的基础上，增加脱硝装置和相应的自控系统，投资费用低。
(4)本专利设备占地空间小，且无需加入催化剂，节省了成本，缩小了占用空间，便于现有玻璃窑炉的改造，简化了操作步骤，性价比更高。
附图说明
图1为本专利单通道玻璃窑炉烟气脱硝装置的俯视结构图。
图2为本专利单通道玻璃窑炉烟气脱硝装置的主视结构图。
具体实施方式
为使本专利的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利实施方式作进一步详细地说明。
实施例
如图1所示，一种单通道玻璃窑炉烟气脱硝装置，包括玻璃窑炉1、蓄热室2和火焰喷射器3，蓄热室2包括第一蓄热室201和第二蓄热室202，玻璃窑炉1与蓄热室2之间设置有烟气通道和空气通道，其中虚线箭头表示烟气通道，实线箭头表示空气通道。因为空气和烟气每隔30分钟通过自动调节装置控制流动方向，第一蓄热室201与第二蓄热室202内均设有喷射脱硝剂的喷射器4，喷射器4只在有烟气流出的蓄热室中上部喷射脱硝剂。在玻璃窑炉或空气通道上设有火焰喷射器3，火焰喷射器3只在有空气通入的一边喷射燃料。
如图2所示，因为第一蓄热室201和第二蓄热室202为对称设置，从正面看只能看到其中一个蓄热室的结构图。
如图1所示，当第一蓄热室201通入空气时，第一蓄热室201预热空气，在空气进入玻璃窑炉时，火焰喷射器喷射燃料，燃料与空气混合后燃烧，从而加热熔制玻璃原料。燃料燃烧产生的烟气通过烟气通道进入第二蓄热室202的中上部，喷射器4喷射脱硝剂，烟气与脱硝剂发生脱硝反应。脱硝后的烟气通过第二蓄热室的热交换通道降低温度，再排出外界。
一种适用于上述单通道玻璃窑炉烟气脱硝装置的玻璃窑炉烟气脱硝方法，其脱硝步骤包括：
S1:在第一蓄热室通入的空气，空气经过第一蓄热室的蓄热砖热交换通道，被蓄热砖预热，蓄热砖上的热量被带走；
S2:预热后的空气通过空气通道，进入玻璃窑炉，火焰喷射器喷射燃料，空气与燃料混合，燃料在空气的助燃下，在玻璃窑炉内燃烧，玻璃窑炉内的玻璃原料被加热至熔融状态；
S3:玻璃窑炉内燃烧产生的烟气通过烟气通道进入第二蓄热室，设置在蓄热砖上方的喷射器喷射脱硝剂，烟气在脱硝剂的作用下进行脱硝反应。
S4：烟气经脱硝反应后与第二蓄热室内的蓄热砖进行热交换，加热蓄热砖后经蓄热砖热交换通道排出。
本实施例中，喷射器4选择喷射范围为扇形的喷射器，脱硝剂选择广州绿华环保科技有限公司生产的HSR-3型脱硝剂。
通过自动调节机制控制蓄热室2和预热室3的工作时间，每隔半小时将蓄热室2与预热室3的工作交换一次。
30分钟后，空气和烟气的流通方向通过自动调节装置调节互换方向，即空气从第二蓄热室202通入，第二蓄热室202预热空气，预热后的空气在进入玻璃窑炉1进口处时，火焰喷射器3喷射燃料，燃料与高温空气混合后燃烧，加热玻璃窑炉内的玻璃原料。燃料燃烧产生的烟气流通进入第一蓄热室201，在第一蓄热室201的中上部，喷射器喷射脱硝剂，脱硝剂与烟气混合，发生脱硝反应，脱硝后的烟气经过第一蓄热室201内的蓄热砖热交换通道，将热量传给蓄热砖，再从第一蓄热室201的出口处流入外界。
以此类推，每隔30分钟，空气和烟气的流通方向通过自动调节装置调节互换，第一蓄热室201和第二蓄热室202内喷射器按照烟气所在位置控制是否喷射脱硝剂，当烟气在第一蓄热室201内流通，则第一蓄热室201的喷射器工作，第二蓄热室202的喷射器不工作。而火焰喷射器3的工作位置与喷射器的工作位置相反，当空气从第二蓄热室202流进玻璃窑炉时，在第二蓄热室202与玻璃窑炉1交界位置的火焰喷射器3工作，在第一蓄热室201与玻璃窑炉1交界位置的火焰喷射器3不工作。
脱硝结果分析：
脱硝前，先采用多功能便携式烟气分析仪对玻璃窑炉内产生的氮氧化物浓度进行了监测，监测结果如下表1所示。
表1处理前玻璃窑烟气中氮氧化物的浓度
换算浓度平均值的计算过程：
换算浓度＝排放浓度×过量空气系数＝673×2.55＝1716mg/m3。
由上表监测结果可知，脱硝前，玻璃窑烟气中氮氧化物的平均换算浓度1716mg/m3，不能够满足《平板玻璃工业大气污染物排放标准》(GB26453-2011)的排放限值要求。烟气必须脱氮后才可排入大气环境。
采用上述的一种单通道玻璃窑炉烟气脱硝装置及其脱硝方法后，再次对玻璃窑炉内产生的氮氧化物浓度进行了监测，监测结果如下表2所示。
表2处理后玻璃窑烟气中氮氧化物的浓度
由上表监测结果可知，处理后玻璃窑烟气中氮氧化物的平均换算浓度为153mg/m3，能够满足《平板玻璃工业大气污染物排放标准》(GB26453-2011)的排放限值要求。
脱硝效率＝(1716-153)÷273×100％＝91.08％。
综上，工业废气中的氮氧化物(NOx)对环境污染和人体健康影响严重，脱除工业废气中的氮氧化物即脱硝是目前国家中要重点解决的环境问题之一。本专利采用的一种单通道玻璃窑炉烟气脱硝装置和烟气脱硝方法，能有效降低氮氧化物气体污染的减排、改善空气质量、降低空气中的PM2.5等。这将对保护大气环境和人体健康，起到重要的实际作用。
Claims (10)
1.一种单通道玻璃窑炉烟气脱硝装置，包括玻璃窑炉和两个对称设置蓄热室，分别为第一蓄热室和第二蓄热室，所述玻璃窑炉分别与第一蓄热室和第二蓄热室通过空气通道和烟气通道连通，所述烟气通道和所述空气通道对称设置，在空气通道与玻璃窑炉内的空气进口处设有火焰喷射器，所述蓄热室内由下而上分布有若干蓄热砖，所述蓄热砖的砖之间设有热交换通道，其特征在于，至少在所述蓄热砖上方、且温度为1051-1450℃的蓄热室侧面、顶面或侧面及顶面，设置有用于喷射中性、液态脱硝剂的若干喷射器。
2.根据权利要求1所述的一种单通道玻璃窑炉烟气脱硝装置，其特征在于，所述喷射器喷射的形状包括扇形、锥形和柱形。
3.根据权利要求1所述的一种单通道玻璃窑炉烟气脱硝装置，其特征在于，所述喷射器的喷射位置在从所述蓄热砖最顶层到所述蓄热室顶面空间高度的25%-100%之间。
4.根据权利要求3所述的一种单通道玻璃窑炉烟气脱硝装置，其特征在于，所述喷射器安装在从所述蓄热砖最顶层到所述蓄热室顶面空间高度的40%-60%之间。
5.根据权利要求1所述的一种单通道玻璃窑炉烟气脱硝装置，其特征在于，所述喷射器安装在所述蓄热砖上方的蓄热室侧面上，且烟气温度为1051-1450℃的区域，所述蓄热砖的最顶层到所述喷射器安装位置的距离为0.3-1.2m。
6.根据权利要求1所述的一种单通道玻璃窑炉烟气脱硝装置，其特征在于，所述若干喷射器之间的相邻喷射器的安装间距为0.3-1m。
7.一种适用于权利要求1-6任一项所述的一种单通道玻璃窑炉烟气脱硝装置的玻璃窑炉烟气脱硝方法，其特征在于，所述玻璃窑炉烟气脱硝步骤包括：
S1:在第一蓄热室通入的空气，空气经过第一蓄热室的蓄热砖热交换通道，被蓄热砖预热，蓄热砖上的热量被带走；
S2:预热后的空气通过空气通道，进入玻璃窑炉，火焰喷射器喷射燃料，空气与燃料混合，燃料在空气的助燃下，在玻璃窑炉内燃烧，玻璃窑炉内的玻璃原料被加热至熔融状态；
S3:玻璃窑炉内燃烧产生的烟气通过烟气通道进入第二蓄热室，设置在蓄热砖上方的喷射器喷射脱硝剂，烟气在脱硝剂的作用下进行脱硝反应；
S4:烟气经脱硝反应后与第二蓄热室内的蓄热砖进行热交换，加热蓄热砖后经蓄热砖热交换通道排出。
8.根据权利要求7所述的一种玻璃窑炉废气脱硝方法，其特征在于，所述空气和燃气每隔30分钟互换一次进出蓄热室的方向和位置，即每隔30分钟，空气和烟气的流通方向互换，空气和烟气所在的蓄热室位置互换，即空气由原来的从第一蓄热室通入换为从第二蓄热室通入，烟气由原来的从第二蓄热室流出换为从第一蓄热室流出，所述空气和烟气的流动方向互换通过自动调节装置调节控制，且每隔30分钟自动调节装置调节控制一次。
9.根据权利要求7所述的一种玻璃窑炉脱硝方法，其特征在于，所述步骤S3中的脱硝反应的反应温度设在1051-1450℃之间。
10.根据权利要求7所述的一种玻璃窑炉脱硝方法，其特征在于，所述步骤S3中的脱硝反应的反应位置设在蓄热砖上表面0.3-1.2m的区间内。
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