CN107243253A - 一种玻璃熔窑烟气多污染物联合处理装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种玻璃熔窑烟气多污染物联合处理装置，包括烟气进口处设置的冷却器，烟气经过布袋除尘器由中低温SCR反应器出烟，所述的布袋除尘器包括除尘器灰斗、除尘器中间箱体和净气室，所述的除尘器灰斗内设置有导流板I，所述的除尘器中间箱体上设置有滤袋和花板，所述的冷却器为列管式风冷冷却器，冷却器的出口连接至布袋除尘器的除尘器灰斗，冷却器与除尘器灰斗之间设有吸收剂投料器，所述的吸收剂投料器包括吸收剂粉仓和吸收剂喷射装置，冷却器的出口管道上位于吸收剂喷射装置的下位设置除尘器进气调节阀，所述的净气室内设置有脉冲清灰装置、喷氨格栅、烟气均流器I，所述的烟气均流器I连接至中低温SCR反应器的上位。

Description

一种玻璃熔窑烟气多污染物联合处理装置及工艺
技术领域
本发明属于玻璃熔窑烟气污染物一体化高效控制领域，具体涉及一种玻璃熔窑烟气多污染物联合处理装置及工艺。
背景技术
随着国家环保标准日益严格，有效治理玻璃窑炉尾气污染物已经成为众人共识。目前国内大多玻璃窑都是采用天然气作为燃烧介质，其烟气主要污染物为碱金属、氟化物、硼氧化物、氮氧化物等。
环保部颁布的GB26453-2011《平板玻璃工业大气污染物排放标准》对新建玻璃窑烟气排放作出了如下严格规定：颗粒物排放浓度小于等于50mg/m3，氮氧化物排放浓度小于等于700mg/m3，氟化物排放浓度小于等于5mg/m3，氯化氢排放浓度小于等于30mg/m3。因此，对玻璃窑烟气多污染物高效控制至关重要。
玻璃熔窑内的高温导致添加剂B2O3挥发，硼氧化物随烟气排放到环境中，会与空气中的水反应生成硼酸产生酸雨，对环境造成污染。烟气中含有的大量B2O3会造成烟气露点较高，易产生结露现象，进而造成玻璃窑布袋除尘器糊袋，增加了工程处理难度。
由于玻璃窑排烟温度为380～480℃，因此现有玻璃窑治理技术多采用先高温SCR脱硝后余热利用再除尘的工艺。玻璃窑炉生产的废气还包括碱金属、氟化物、硼氧化物、氮氧化物等多种污染物，将SCR脱硝装置放至于高尘段，极易使SCR脱硝催化剂堵塞、磨损及中毒。
目前，在玻璃厂建设除尘及脱硝装置场地受限。并且，单独建设多套环保设备存在总投资大、运行能耗高、占地面积大、工艺复杂、维护量大等问题，不符合节能减排和可持续发展的愿景。因此，急需研发设计玻璃窑烟气多污染物一体化高效控制技术。
发明内容
本发明为了解决传统玻璃窑烟气治理方法的不足，公开了一种玻璃熔窑烟气多污染物联合处理装置及工艺。其不仅可以对玻璃窑烟气中的细颗粒粉尘、NOX等进行一体化治理，而且此装置还实现了玻璃窑烟气治理设备的一体化，即将烟气SCR脱硝、除尘等集中于一台设备之内进行处理，具有总投资小、运行能耗低、占地面积小、工艺简洁、维护量小的优点。
为了实现以上目的，本发明的技术方案为：一种玻璃熔窑烟气多污染物联合处理装置，包括烟气进口处设置的冷却器，烟气经过布袋除尘器由中低温SCR反应器出烟，所述的布袋除尘器包括自下而上设置的除尘器灰斗、除尘器中间箱体和净气室，所述的除尘器灰斗内设置有导流板I，所述的除尘器中间箱体上设置有滤袋和花板，所述的冷却器为列管式风冷冷却器，冷却器上的多个列管交错平行排列，冷却器的出口连接至布袋除尘器的除尘器灰斗，冷却器与除尘器灰斗之间设有吸收剂投料器，所述的吸收剂投料器包括吸收剂粉仓和吸收剂喷射装置，所述的吸收剂喷射装置布置于冷却器的出口管道内，冷却器的出口管道上位于吸收剂喷射装置的下位设置除尘器进气调节阀，所述的净气室内下而上依次设置有脉冲清灰装置、喷氨格栅、烟气均流器I，所述的烟气均流器I连接至中低温SCR反应器的上位，所述的中低温SCR反应器内自上而下设置有催化剂预留层和催化剂层。
进一步的，所述的烟气均流器I出口的下位设置烟气均流器II，所述的烟气均流器II位于催化剂预留层的上位，烟气均流器I与烟气均流器II之间设置导流板II。
本发明还提出了一种使用权利要求所述装置的工艺，包括如下步骤：
烟气从进气口进入冷却器，将烟气进行冷却强制风冷降温至230～260℃，控制在滤袋8的耐温极限260℃之内；经过冷却降温的烟气从冷却器出口流出，进入布袋除尘器的进气管道，采取全干法除硼除酸吸附方法，并加装吸收剂投料器，吸附剂从吸收剂投料器的吸收剂粉仓流入吸收剂喷射装置，均匀喷射进管道之中，与烟气进行充分混合；经过冷却除硼除酸之后的烟气通过布袋除尘器进口进入布袋除尘器内进行除尘，并由中低温SCR反应器出烟。
进一步的，所述的布袋除尘器内进行除尘包括通过喷氨格栅均匀喷射出来的体积浓度小于5％的氨气与烟气进行初步混合；经过初步混合的氨气和烟气通过除尘器净气室的出气口处的烟气均流器I使氨气与烟气进行充分均匀混合，并使气流进行初步均匀分布；均匀混合后的烟气经过中低温SCR反应器进气口直角转弯处的导流板II，对烟气进行均匀分流；经过均匀分流的烟气通过中低温SCR反应器内部的烟气均流器II，使烟气进行再一次均流，并使氨气与烟气进行再一次充分混合；混合后的烟气与氨气进入催化剂层，氨气和烟气中的氮氧化物进行化学反应，生成氮气和水蒸气。
进一步的，所述的吸附剂采用Ca(OH)2粉。
本发明的技术效果在于：采用上述方案不仅可以对玻璃窑烟气中的细颗粒粉尘、NOX等进行一体化治理，而且此装置实现了玻璃窑烟气治理设备的一体化。同时，该装置采用先降温除尘再去除氮氧化物工艺，可以实现中低温SCR催化剂安全高效运行，有效避免粉尘对催化剂的磨损，防止烟气中杂质对中低温SCR催化剂造成中毒，进而影响中低温SCR脱硝效率。同时，该装置在除尘之前的烟气管路中喷入吸收剂，有效去除烟气中硼氧化物、氟化物及氯化物等杂质，防止其对布袋造成结露腐蚀等影响。综上，该一体化装置运行可靠，可以使烟气中污染物达到环保标准所要求的排放限值(细颗粒粉尘≤30mg/m3、NOX≤100mg/m3、氟化物≤5mg/m3，HCl≤30mg/m3)。
附图说明
图1为本发明装置的结构简图；
图中：左侧箭头表示烟气进口，右侧箭头表示烟气出口，1-冷却器，2-吸收剂粉仓，3-吸收剂喷射装置，4-除尘器进气调节阀，5-除尘器灰斗，6-导流板I，7-除尘器中间箱体，8-滤袋，9-花板，10-脉冲清灰装置，11-喷氨格栅，12-净气室，13-烟气均流器I，14-导流板II，15-烟气均流器II，16-催化剂预留层，17-催化剂层，18-中低温SCR脱硝反应器。
具体实施方式
参照附图，一种玻璃熔窑烟气多污染物联合处理装置，包括烟气进口处设置的冷却器1，烟气经过布袋除尘器由中低温SCR反应器18出烟，所述的布袋除尘器包括自下而上设置的除尘器灰斗5、除尘器中间箱体7和净气室12，所述的除尘器灰斗5内设置有导流板I6，所述的除尘器中间箱体7上设置有滤袋8和花板9，所述的冷却器1为列管式风冷冷却器，冷却器1上的多个列管交错平行排列，冷却器1的出口连接至布袋除尘器的除尘器灰斗5，冷却器1与除尘器灰斗5之间设有吸收剂投料器，所述的吸收剂投料器包括吸收剂粉仓2和吸收剂喷射装置3，所述的吸收剂喷射装置3布置于冷却器1的出口管道内，冷却器1的出口管道上位于吸收剂喷射装置3的下位设置除尘器进气调节阀4，所述的净气室12内自下而上依次设置有脉冲清灰装置10、喷氨格栅11、烟气均流器I13，所述的烟气均流器I13连接至中低温SCR反应器18的上位，所述的中低温SCR反应器18内自上而下设置有催化剂预留层16和催化剂层17。
进一步的，所述的烟气均流器I13出口的下位设置烟气均流器II15，所述的烟气均流器II15位于催化剂预留层16的上位，烟气均流器I13与烟气均流器II15之间设置导流板II14。该装置可以实现颗粒物、氮氧化物等多污染物集中于一台设备进行处理。
本发明还提出了一种使用权利要求1所述装置的工艺，包括如下步骤：
烟气从进气口进入冷却器1，将烟气进行冷却强制风冷降温至230～260℃，控制在滤袋8的耐温极限260℃之内；经过冷却降温的烟气从冷却器1出口流出，进入布袋除尘器的进气管道，采取全干法除硼除酸吸附方法，并加装吸收剂投料器，吸附剂从吸收剂投料器的吸收剂粉仓2流入吸收剂喷射装置3，均匀喷射进管道之中，与烟气进行充分混合；经过冷却除硼除酸之后的烟气通过布袋除尘器进口进入布袋除尘器内进行除尘，并由中低温SCR反应器18出烟。
进一步的，所述的布袋除尘器内进行除尘包括通过喷氨格栅11均匀喷射出来的体积浓度小于5％的氨气与烟气进行初步混合；经过初步混合的氨气和烟气通过除尘器净气室12的出气口处的烟气均流器I 13使氨气与烟气进行充分均匀混合，并使气流进行初步均匀分布；均匀混合后的烟气经过中低温SCR反应器18进气口直角转弯处的导流板II 14，对烟气进行均匀分流；经过均匀分流的烟气通过中低温SCR反应器18内部的烟气均流器II15，使烟气进行再一次均流，并使氨气与烟气进行再一次充分混合；混合后的烟气与氨气进入催化剂层17，氨气和烟气中的氮氧化物进行化学反应，生成氮气和水蒸气。
进一步的，所述的吸附剂采用Ca(OH)2粉。
烟气从进气口进入冷却器1，将烟气进行冷却强制风冷降温至230～260℃，控制在滤袋8的耐温极限260℃之内，以防烟气温度过高对滤袋8产生损伤(烧袋)现象。
经过冷却降温的烟气从冷却器1出口流出，进入除尘器进气管道。由于烟气中含有硼的氧化物，烟气露点为240～260℃，为了防止烟气进入除尘器内部结露造成糊袋现象，同时避免HF及HCl对滤袋产生腐蚀，采取全干法除硼除酸吸附方法，并加装吸收剂投料器(包括吸附剂粉仓2及吸附剂喷射装置3)。吸附剂采用Ca(OH)2粉。吸附剂从吸收剂投料器的吸附剂粉仓2流入吸附剂喷射装置3，均匀喷射进管道之中，与烟气进行充分混合，产生物理化学反应，最终去除烟气中的硼氧化物及酸性物质等。主要反应化学方程式如下所示：
Ca(OH)2+2B2O3+H2O—CaB4O5(OH)4
Ca(OH)2+2HCl—CaCl2+2H2O
Ca(OH)2+2HF—CaF2+2H2O
经过冷却除硼除酸之后的烟气通过布袋除尘器进口进入布袋除尘器内进行除尘，有效防止烟气中的颗粒物对催化剂层17产生堵塞。除尘器灰斗5进气口前设置除尘器进气调节阀4，可以通过调节除尘器进气调节阀4来使进入袋室内的烟气量。灰斗进气口设有导流板I 6，导流板I 6对烟气中的大颗粒进行惯性预分离。同时，导流板I 6对进入袋室内的气流具有均布的作用，使气流在除尘器中箱体7内截面分布均匀。烟气沿着滤袋8间隙逐渐上升，并通过滤袋8过滤掉粉尘，最后经过过滤的烟气从花板9的小孔排出进入净气室12。净气室12为高净气室，其高度为2.5m～3.5m，并设有人孔，当需要检修或更换滤袋时，可以直接在净气室内进行检修或者更换。同时，高净气室12的布置方式，可以有效避免传统低净气室(带检修门)密封不严、漏水等问题。滤袋8布置有脉冲清灰装置10，当滤袋8表面粉尘累积到一定程度，其可通过喷吹压缩空气或者氮气在线对滤袋进行清灰。
脉冲清灰装置10上部布置有喷氨格栅11，通过喷氨格栅11均匀喷射出来的体积浓度小于5％的氨气与烟气进行初步混合，喷氨格栅11为网状结构，由多根开有小孔的不锈钢管平行布置，小孔直径为4～20mm，开孔方向为顺着烟气流向，小孔间距为150～300mm。
净气室12出口与中低温SCR反应器18进气口相连接，净气室12出口处设有烟气均流器I 13，经过初步混合的氨气和烟气通过除尘器净气室12的出气口处的烟气均流器I 13使氨气与烟气进行充分均匀混合，并使气流进行初步均匀分布。
均匀混合后的烟气经过中低温SCR反应器18进气口直角转弯处的导流板II 14，对烟气进行均匀分流，使进入中低温SCR反应器18截面的气流均匀分布。导流板II 14为多块成等差数列分布的圆弧板组成。
经过均匀分流的烟气通过中低温SCR反应器18内部的烟气均流器II15，使烟气进行再一次均流，并使氨气与烟气进行再一次充分混合。烟气均流器I 13和烟气均流器II15为耐高温三维多孔介质金属平板，孔隙率为60％～90％。
中低温SCR反应器18内部设有2层催化剂层17及一层催化剂预留层16，均匀混合后的烟气与氨气从烟气均流器II 15均匀流出，经过一段距离缓冲，进入催化剂层17。在催化剂17的催化作用下，氨气和烟气中的氮氧化物进行化学反应，生成氮气和水蒸气。中低温SCR选择性还原脱硝主要化学反应式如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
6NO+4NH3→5N2+6H2O
6NO2+8NH3→3N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
该方法在NH3泄漏量小于10ppm时，脱硝效率大于90％；SO2/SO3＜0.5％。
脱硝催化剂可以采用专利号ZL20121 0167211.5(一种SCR烟气脱硝催化剂及其原料钛钨的制备方法)或专利号ZL2011 1 0149575.6(一种表面沉积型蜂窝状烟气脱硝催化剂及其制备方法)或专利号ZL 2009 1 0145015.6(一种低温选择性催化还原脱硝催化剂及其制备方法)中的催化剂。
当催化剂达到或接近活性寿命周期时，可以在催化剂预留层16上安装新的催化剂，来保证脱硝效率。
最后，经过除尘脱硝后的净烟气，在引风机的作用下，通过中低温SCR反应器18底部的出气口返回烟囱排放。
由于气流均布对除尘和脱硝有着至关重要的作用，同时中低温SCR反应器18中喷氨均匀性及氨气/烟气混合进行性决定了中低温脱硝效果。本装置采用计算流体力学(CFD)方法对其进行数值模拟优化设计。数值模拟优化方法可采用专利—袋式除尘器气流组织多参数优化方法(公开号CN105912745A)中的数值模拟优化设计方法。

Claims (5)

1.一种玻璃熔窑烟气多污染物联合处理装置，包括烟气进口处设置的冷却器(1)，烟气经过布袋除尘器由中低温SCR反应器(18)出烟，其特征在于：所述的布袋除尘器包括自下而上设置的除尘器灰斗(5)、除尘器中间箱体(7)和净气室(12)，所述的除尘器灰斗(5)内设置有导流板I(6)，所述的除尘器中间箱体(7)上设置有滤袋(8)和花板(9)，所述的冷却器(1)为列管式风冷冷却器，冷却器(1)上的多个列管交错平行排列，冷却器(1)的出口连接至布袋除尘器的除尘器灰斗(5)，冷却器(1)与除尘器灰斗(5)之间设有吸收剂投料器，所述的吸收剂投料器包括吸收剂粉仓(2)和吸收剂喷射装置(3)，所述的吸收剂喷射装置(3)布置于冷却器(1)的出口管道内，冷却器(1)的出口管道上位于吸收剂喷射装置(3)的下位设置除尘器进气调节阀(4)，所述的净气室(12)内自下而上依次设置有脉冲清灰装置(10)、喷氨格栅(11)、烟气均流器I(13)，所述的烟气均流器I(13)连接至中低温SCR反应器(18)的上位，所述的中低温SCR反应器(18)内自上而下设置有催化剂预留层(16)和催化剂层(17)。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃熔窑烟气多污染物联合处理装置，其特征在于：所述的烟气均流器I(13)出口的下位设置烟气均流器II(15)，所述的烟气均流器II(15)位于催化剂预留层(16)的上位，烟气均流器I(13)与烟气均流器II(15)之间设置导流板II(14)。
3.一种使用权利要求1所述装置的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
烟气从进气口进入冷却器(1)，将烟气进行冷却强制风冷降温至230～260℃，控制在滤袋(8)的耐温极限260℃之内；经过冷却降温的烟气从冷却器(1)出口流出，进入布袋除尘器的进气管道，采取全干法除硼除酸吸附方法，并加装吸收剂投料器，吸附剂从吸收剂投料器的吸收剂粉仓(2)流入吸收剂喷射装置(3)，均匀喷射进管道之中，与烟气进行充分混合；经过冷却除硼除酸之后的烟气通过布袋除尘器进口进入布袋除尘器内进行除尘，并由中低温SCR反应器(18)出烟。
4.一种使用权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的布袋除尘器内进行除尘包括通过喷氨格栅(11)均匀喷射出来的体积浓度小于5％的氨气与烟气进行初步混合；经过初步混合的氨气和烟气通过除尘器净气室(12)的出气口处的烟气均流器I(13)使氨气与烟气进行充分均匀混合，并使气流进行初步均匀分布；均匀混合后的烟气经过中低温SCR反应器(18)进气口直角转弯处的导流板II(14)，对烟气进行均匀分流；经过均匀分流的烟气通过中低温SCR反应器(18)内部的烟气均流器II(15)，使烟气进行再一次均流，并使氨气与烟气进行再一次充分混合；混合后的烟气与氨气进入催化剂层(17)，氨气和烟气中的氮氧化物进行化学反应，生成氮气和水蒸气。
5.一种使用权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的吸附剂采用Ca(OH)2粉。
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