CN204574835U - 一种玻璃熔窑高硼高氟烟气处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种玻璃熔窑高硼高氟烟气处理装置，包括玻璃熔窑，玻璃熔窑连通余热锅炉，在玻璃熔窑和余热锅炉之间设有冷风机，该冷风机将冷风与烟气混合后送入余热锅炉，余热锅炉的出风口连通反应塔的入风口，在反应塔侧面设有用于添加钙粉的料仓，雾化器将水雾化后送入反应塔中用于实现烟气与钙粉反应，反应塔连接除尘器，除尘器连通用于排出废灰的灰仓，除尘器的出风口连接风机，通过风机提供动力将除尘后的烟气从除尘器中输送到烟囱中排出，本实用新型消除了烟气中的氟化物和硼化物，防止烟气排入大气中的污染，增强了环保效果，也节省了能源，提高了能源的利用价值，同时又具有防腐蚀、经济高效、操作简单等优点。

Description

一种玻璃熔窑高硼高氟烟气处理装置

技术领域

    本实用新型涉及节能技术改造领域，特别涉及一种玻璃熔窑高硼高氟烟气处理装置。

背景技术

随着工业技术的发展和社会的进步，重视节能和环保成为玻璃企业的共识，为此，玻璃行业在节能上做出了各种努力。由于富氧燃烧具有节能与环保双重优点，天然气富氧燃烧技术在玻璃行业逐步得到广泛应用。玻璃熔窑采用天然气富氧燃烧，氧含量每增加1%，理论燃烧温度提高约60℃，烟气量平均约减少3%，排放的烟气含尘浓度低于50mg/ Nm³，硼氧化物浓度为95 mg/ Nm³左右，SO₂浓度小于400mg/Nm³ 。硼氧化物(B₂O₃)具有增加玻璃低温黏度、降低高温黏度的作用，还有很高的热吸收系数和质量吸收系数，玻璃生产中通过添加硼元素生产高硼硅酸盐玻璃。高硼硅酸盐玻璃具有优良的化学稳定性、较低的热膨胀系数和良好的机械性能，已经广泛地应用在精密光电领域和药用玻管管制瓶领域。

但是，由于玻璃熔窑内的高温导致B₂O₃挥发，B₂O₃挥发不仅会消耗大量的原料，降低玻璃的质量，同时还对炉窑有很大的侵蚀，缩短炉窑的使用寿命。玻璃熔窑烟气中硼化物来源于投加的硼砂原料，高硼玻璃配合料中硼化物的化学组成一般为11~15%(质量比)。氧化硼熔点为450℃，在低温下容易挥发。刘小青采用差热分析（DSC）和热重分析（TG）进行配合料升温失重研究，结果表明硼酸转变为硼化物是一个逐步脱水的过程（硼硅酸盐玻璃中减少B₂O₃挥发的工艺研究. 武汉理工大学学报. 2013）。在69~100℃范围内H₃BO₃逐渐脱水成为HBO₂，100~231℃范围内HBO₂进一步脱水成为H₂B₄O₇，231~320℃范围内H₂B₄O₇最终脱水成为B₂O₃。在玻璃熔窑1000℃高温作用下，玻璃配合料中B₂O₃挥发率为8.9~12.78%，挥发的B₂O₃成为玻璃熔窑烟气中硼化物的源头(对硼硅酸盐玻璃结构和性能的影响.武汉理工大学学报,2012)。例如，在药用玻璃瓶生产过程中玻璃原料里混入硼砂，排放废气中含有较高浓度的硼化物，达到600~800mg/Nm³(以B₂O₃计)。硼化物包括硼酸，HBO₂，B₂O₃等，其组成取决于温度和水蒸气分压。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，易产生结露现象而糊袋，增加了工程处理难度。

考虑到玻璃熔窑烟气高温、高湿、含较高浓度硼化物和氟化物特点，玻璃熔窑高硼烟气处理是一项系统工程，迄今为止，还没有有效的方法去除烟气中的硼化物，目前大多是单一处理工艺。

玻璃熔窑烟气出口温度一般在1000~1200℃，高温对脱硼除尘系统产生很大影响，表现在高温使管道设备老化，除尘设备燃烧损坏等。目前，玻璃熔窑烟气的降温措施主要采用混冷风降温。混风冷却的优点是运行管理方便，在烟道壁开设混风口即可，缺点是混入冷空气会增大烟气处理量、设备负荷和排放口NO_x浓度。比如，设计用气量为1700 Nm³/h的天然气玻璃熔窑烟气产生量为6875Nm³/h，烟气温度从1200℃降低至400℃需要混入冷风20440 Nm³/h，为实际处理烟气量的3倍，配套风机功率从12Kw增长到33Kw。

与硫氧化物、氮氧化物一样，硼化物是酸性物质易溶于水，很多工艺采用碱液吸收和清水洗涤等方法去除玻璃熔窑烟气中的硼化物，通常分为湿法、干法和快速冷却工艺。

湿法工艺是把气体的所有污染成分用液体进行反应吸收，主要分为钠碱法和氨吸收法等。利用B₂O₃的吸湿特性使其溶于水溶液中与吸收剂以离子态反应生成无毒无害的物质，就是目前最广泛使用的技术。肖林采用氢氧化钠碱液吸收塔处理12万Nm³/h含硼烟气，空塔气速保持在1.7m/s，进口温度80~130℃，碱液缓冲池pH 值维持于5.5~8，多层雾化喷嘴喷出的碱液雾滴与含硼烟气充分接触，烟囱出口处B₂O₃浓度小于1 mg /m³（硼硅铁合金电炉烟气净化系统及节能研究.环境工程,2013）。张贵炳的研究也得到相近结果。Teller开发了二段法含硼烟气处理工艺：第一阶段、向烟气中喷洒氢氧化钠，碳酸钠和碳酸氢钠，霞石和正长岩的混合溶液，高温烟气使反应产物在罐底部生成固体盐，烟气温度从260℃降低到100~150℃，相对湿度达到30~50%；第二阶段、喷洒氢氧化钙溶液吸收，烟气温度进一步降低，达到85℃，烟气中硼化物去除率达到93.75%。湿法工艺具有去除效率高的优点，不足之处在于，由于处理气量大，运行费用高；玻璃熔窑烟气中氟化物在湿润环境下，会导致金属设备腐蚀严重，管道设备堵塞，维护工作量大，风机运行达不到标况等现象。玻璃烟气中氟化物对玻璃烟气除尘系统产生很大影响，高效除氟是除硼系统高效运行的重要前提。

Mori Yoichi研究采用碳酸氢钠粉200℃，平均粒径优选为20~50μm，最佳粒径为30μm，碳酸氢钠与B₂O₃摩尔比为15：1时，B₂O₃去除率为52%，摩尔比为25：1时，去除率为82%，提高了30%。但是该工艺只适用于200℃以下的低温烟气，温度稍高，碳酸氢钠会分解，分解产生的碳酸钠不能与硼酸发生反应，不能提高硼化物的去除效率。

霍斯特·格罗霍夫斯基利用硼化物低温凝结特性，采用快速冷却工艺脱除硼化物。500℃玻璃烟气采用空气和水快速冷却，当烟气温度冷却至65-100℃时硼化合物从气相变为固相，通过重力沉降分离，剩余硼化物采用袋式除尘器过滤去除。冈田操也开发了快速冷却净化含硼烟气工艺，所不同的是冷却后硼化物为液态，废液中的硼化物采用压滤分离，液气比为0.5~1.0L/m³，玻璃熔窑1万m³/h烟气量，用水量为10m³/h。快速降温工艺由于降温幅度过大，导致系统冷却水消水量大，热量损失大。

实用新型内容

为解决上述技术中存在的玻璃熔窑高硼高氟烟气带来的能量浪费和环境污染这一问题，本实用新型提供了一种玻璃熔窑高硼高氟烟气处理装置，该装置采用“余热锅炉降温+干法除硼除氟反应塔+袋式除尘器”组合工艺，有效利用玻璃熔窑烟气余热并使烟气温度降低到后续处理系统需要的范围，高效去除烟气中的硼化物和氟化物，达到排放废气污染物浓度达到排放标准的目的。该装置利用余热锅炉节能特性，利用钙粉粉末在湿润条件下与硼化物和氟化物进行化学反应特性，利用袋式除尘器对烟气中的粉尘和未反应钙粉高效去除能力，对高温、高湿、含高浓度硼化物和氟化物的玻璃熔窑烟气进行处理，具有系统节能效率高、设备腐蚀率低、运行维护简单等特点。

本实用新型的目的是通过以下方式实现的：

一种玻璃熔窑高硼高氟烟气处理装置，包括玻璃熔窑，所述玻璃熔窑连通余热锅炉，在玻璃熔窑和余热锅炉之间设有冷风机，该冷风机将冷风与烟气混合后送入余热锅炉，所述余热锅炉的出风口连通反应塔的入风口，在所述的反应塔侧面设有用于添加钙粉的料仓，雾化器将水雾化后送入反应塔中用于实现烟气与钙粉反应，所述反应塔连接除尘器，所述除尘器连通用于排出废灰的灰仓，除尘器的出风口连接风机，通过风机提供动力将除尘后的烟气从除尘器中输送到烟囱中排出。

所述的除尘器内设有多孔板，多孔板将除尘器分割成含尘腔和洁净腔，所述多孔板上设有含有滤料的滤袋。

所述的除尘器底部设有集灰斗，灰仓与集灰斗相通。

所述的玻璃熔窑和余热锅炉之间通过烟道连通，烟道和冷风机的连接处设有若干个进气孔。

所述的进气孔的数量为2~6个。

收益效果：相对于现有技术，本实用新型通过冷风机与烟气混合降低一定的烟气温度，通过余热锅炉将烟气的部分热能转换成蒸汽或者热水，节省了能源，提高了能源的利用价值；在湿润条件下，烟气中的氟化物、硼化物与钙粉反应，生成氟化钙和硼酸钙，消除了烟气中的氟化物和硼化物，经过袋式除尘器过滤去除氟化钙和硼酸钙等杂质，防止烟气排入大气中的污染，增强了环保效果；同时又具有防腐蚀、经济高效、操作简单等优点。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图示标记，1、玻璃熔窑，2、冷风机，3、余热锅炉，4、料仓，5、反应塔，6、雾化器，7、灰仓，8、除尘器，9、风机，10、烟囱，11、多孔板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例以本实用新型技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示的一种玻璃熔窑高硼高氟烟气处理装置，包括玻璃熔窑1，所述玻璃熔窑1通过烟道连通余热锅炉3，余热锅炉3可以采用热管锅炉或卧式烟管锅炉，也可以是其它锅炉，余热锅炉3烟管清灰方式采用热风喷吹清灰，也可以采用钢刷清灰。在玻璃熔窑1和余热锅炉3之间设有冷风机2，冷风机2的出风口方向朝着余热锅炉3，冷风机2将冷风与烟气混合后送入余热锅炉3，所述余热锅炉3的出风口连通反应塔5的入风口，在所述的反应塔5侧面设有用于添加钙粉的料仓4，料仓4将钙粉送入反应塔5内，反应塔5连通一个雾化器6，雾化器6与外部的水箱连通，雾化器6将水箱供给的水雾化后送入反应塔5中用于实现烟气与钙粉反应，所述反应塔5连接除尘器8，所述除尘器8连通用于排出废灰的灰仓7，除尘器8的出风口连接风机9，该风机9将除尘后的烟气从除尘器8中输送到烟囱10中排出。

在除尘器8内设有多孔板11，多孔板11将除尘器8分割成含尘腔和洁净腔，所述多孔板11上设有含有滤料的滤袋。

由于除尘器能过滤钙粉与氟化物、硼化物反应后的氟化钙和硼酸钙等杂质，在除尘器8底部设有集灰斗，氟化钙和硼酸钙能够逐渐沉淀进入集灰斗中，灰仓7与集灰斗相通。

此外，所述玻璃熔窑1和余热锅炉3之间通过烟道连通，烟道和冷风机2的连接处设有若干个进气孔，进气孔的数量为2~6个，孔口尺寸200×200mm。

利用本装置对玻璃熔窑高硼高氟烟气进行处理，包括以下步骤：

步骤一、将玻璃熔窑1中排出的烟气经过烟道输送至余热锅炉内3，并向余热锅炉3内注入冷却水，在输送烟气的同时需通过冷风机2向烟道中输送冷风；

步骤二、与余热锅炉3出口连接的单仓泵加压，与冷风混合后的烟气进入反应塔5内，料仓4内的钙粉输送至反应塔5内，同时雾化器6将雾化后的水雾喷入反应塔5内，烟气中的氟化物以及硼化物钙粉充分反应；

步骤三、风机将反应塔5中与钙粉反应后的烟气吸入除尘器8中，在除尘器7中过滤清除未反应的钙粉，同时未反应的钙粉粉尘进一步与烟气中残余的硼化物反应，过滤后的烟尘通过风机9输送至烟囱10排出。

通过上述方法完成对玻璃熔窑高硼高氟烟气处理的原理如下：

玻璃熔窑1中的烟气温度范围为1200~1300℃，冷风机2将一定量的冷风通过进气孔进入烟道内，烟气混入少量冷风后温度降低至800~900℃，降温后烟气进入余热锅炉3，余热锅炉3连接外部的供水系统，余热锅炉3中的换热管内循环供水系统提供的冷却水，烟气对冷却水加热提供热水，热交换后烟气温度为300~360℃。余热锅炉3产生的蒸汽温度为320℃，主蒸汽压力1.4MPa，余热锅炉3产生的蒸汽可驱动蒸汽轮机组带动发电机发电，同时对冷却水加热后产生的热水供洗澡或供暖使用。

余热锅炉3的出风口连通反应塔5，塔内空气流动速度保持在0.9~1.5m/s，塔上部安装烟气整流板，中部呈辐射状安装5个雾化喷头，雾化喷头与连通水箱的雾化器6相连接，雾化喷头角度可旋转调节35~105°，喷水压力2~3MPa，为提高雾化效果，在水箱内投加盐溶液，雾化喷头喷出的水雾粒径范围为60~90μm，液气比为0.03L/m3，保持湿度60%左右。

反应塔5侧面设有用于添加钙粉的料仓，钙粉包括CaCO₃、Ca(OH)₂和CaO，配比分别为13~17%，45~55%，25~30%，钙粉破碎的粉粒平均粒径优选为20~50μm，最佳粒径为30μm，钙粉可以采用单仓泵输入到反应塔5内，也可以采用文丘里管喷入，反应塔5内钙粉与雾化器6产生的水雾接触，钙粉表面得以湿润，烟气中F^-、B₂O₃等酸性气体也同时被湿润，附着并与碱性的钙粉发生反应，生成对应的钙盐，各理论反应如下：

Ca(OH)₂+2F^- → CaF₂+2OH^-

3Ca(OH)₂+B₂O₃ →Ca₃(BO₃)₂+3H₂O

Ca(OH)₂+CO₂ → CaCO₃+H₂O

CaCO₃+2F^- +H₂O →CaF₂+CO₂+2OH^-

CaO+H₂O → Ca(OH)₂，

其中Ca(OH)₂与B₂O₃摩尔比范围为8~15：1，钙粉处于过量状态，有助于强化氟化物和硼化物的吸收。

反应塔5下部安装出气口，出气口与除尘器8连通，在反应塔5中反应后的烟气、钙盐、及未反应的粉料进入除尘器8中，除尘器8内设有多孔板11，多孔板11将除尘器8分割成含尘腔和洁净腔，所述多孔板11上设有含有滤料的滤袋，滤袋采用耐酸碱PTFE制作，厚度1.80mm，透气度为15~40cm/s。PTFE支座而成的滤袋持续工作温度250℃以上，瞬间温度280℃；耐酸碱和氧化，纤维不易老化，滤袋还有另一特点是防水防堵，即使表面接触液滴也能保持整体过滤性能。，除尘器8内部有钢框架作支撑。除尘器8底部安装集灰斗，沉降的灰分排入连通集灰斗的灰仓7中，灰仓7中的一部分收集尘返回进入反应塔管道，强化反应和再利用，使其达到饱和利用，反应塔3底部沉降的灰尘也可进入反应塔管道内。

在处理过程中，需要对除尘器8壳体进行保温，对除尘器8壳体采用膨胀珍珠岩棉等材料进行保温，保温层厚度100~200mm，是为了防止除尘器8内表面粉尘聚集而产生坍塌导致设备损坏，防止瞬时大量粉尘堵塞除尘器8下部的集灰斗。在除尘器8的袋室进口切换阀、烟道及袋式除尘器入口等处设置温度传感器，通过PLC系统控制雾化器6的喷入水量大小，调节控制进入除尘器8的烟气温度，使其在280~240℃。

经除尘器8净化后的烟气经风机9送到烟囱10达标排放至周围环境中。

利用所述的一种玻璃熔窑高硼高氟烟气处理装置，既达到了环保节能的效果，又产生了一定的经济效益，如下是本实用新型的具体实施方式，当然并不仅仅局限于下述的实施方式：

规模年产药用玻璃管5万吨，由2条富氧燃烧玻璃熔窑生产线组成，单条生产线日产玻璃溶液70吨。燃料采用焦炉烟气（或天然气），燃气消耗量为600m3/h，助燃气为高纯氧气，92%的氧与7%的氩气，氧气过剩系数1.2。 玻璃熔窑出口烟气量：2250Nm³/h；烟气出口温度：1200~1300℃；粉尘安息角：动安息角45°，静安息角60°；烟气含尘浓度：粉尘1.4—1.7g/Nm³；B₂O₃：0.6—0.8g/Nm³；烟气湿度(体积比)：55%。

表1  全氧燃烧玻璃窑烟气成分表（单位：%）

表2  全氧燃烧玻璃窑烟气中颗粒成分表（单位：%）

其能源的消耗分别为：日耗焦炉烟气1.4万m³ (10.5×10⁶kJ/h)，平均6900kJ/kg玻璃液，其中实际熔制和加热玻璃液4.2×10⁶kJ/h，占40%，窑体散热2.7×10⁶kJ/h，占26%，烟气余热3.57×10⁶kJ/h，占34%。不同吨位的玻璃熔窑，能耗的分布状况不尽相同，吨位越小的熔窑，烟气余热占的比例越大。如对这部分废气余热资源进行回收利用，不仅会节约能源，而且还能减少污染环境。

玻璃熔窑出口为1200℃的高温烟气，该温度下金属设备容易变形破坏，为保证后续余热利用正常进行，采用混入少量冷风方式降低温度到900℃。玻璃熔窑出口烟气量2250Nm³/h，混入冷风后变为3500 Nm³/h。

实施方式1：玻璃熔窑烟气余热发电。玻璃熔窑烟气进入余热锅炉，余热锅炉出口烟气进入反应器。余热发电系统包括两台余热锅炉及一套凝汽式汽轮发电机组，汽轮机的装机容量为0.5MW。余热锅炉生产1.40MPa-320℃的饱和蒸汽。与余热换热器配套，设置凝汽式汽轮发电机组。热管式余热锅炉入口废气参数：3500Nm3/h-900℃，入口废气含尘浓度＜100g/Nm3，出口废气温度≥300℃，给水参数2t/h-45℃，过热蒸汽产量1t/h，P=1.4MPa-320℃，锅炉总漏风≤1%，布置方式露天。凝汽式汽轮机额定功率0.5MW，额定转速3000r/min。0.5MW发电机额定转速3000r/min。发电系统配置锅炉给水泵、循环冷却水泵、机械通风冷却塔和站用变压器等设备。通过余热发电系统，提高能源利用率18%，降低企业综合能耗。

余热锅炉与反应器采用圆形钢制风管相连。平均粒径优选为20~50μm、按比例配制的钙粉存贮于料仓里，经单仓泵加压后与烟气充分混合，干法反应器里。在反应器里，塔内空塔气速保持在0.9~1.5m/s，硼化物、氟化物与CaCO3、Ca(OH)2、CaO粉在湿润环境下反应。部分原料与反应产物沉降到底部灰斗，大部分随烟气进入除尘器。在滤料过滤气速为1m/min，过滤面积为60m²，滤袋及框架费用约为2.1万元。

除尘器出口洁净烟气经变频风机排入烟囱达标排放至周围环境中。

根据年生产360天、日工作24小时的生产能力估算，每年可发电260万KWh。以每消耗一度电需排放大气二氧化碳0.8 千克计算，累计减少二氧化碳排放量为2080t，这对减少温室效应、保护生态环境起着积极的促进作用。按同规模燃煤电厂煤耗460g/kWh 计算，年可节约标煤1200t。发电量累计为260万千瓦时，按电价0.50元/ kwh计算，创造利润130万元。能源利用率提高18%， 粉尘去除率达到93% ，稳定达到排放标准。

实施方式2：玻璃熔窑烟气余热供热水或供暖。玻璃熔窑烟气进入余热锅炉，余热锅炉出口烟气进入反应器。余热供热水和供暖系统包括2台余热锅炉及2套化学水制水设施，制水能力0.3t/h，综合净水装置制水能力12t/h。通过余热热水或供暖系统，提高能源利用率18%，降低企业综合能耗。

余热锅炉与反应器采用圆形钢制风管相连。平均粒径优选为20~50μm、按比例配制的钙粉存贮于钙粉仓里，经单仓泵加压后与烟气充分混合，进入干法反应器里。在干法反应器里，塔内空塔气速保持在0.9~1.5m/s，硼化物、氟化物与CaCO3、Ca(OH)2、CaO粉在湿润环境下反应。部分原料与反应产物沉降到底部灰斗，排入到循环料仓，大部分随烟气进入PTFE袋式除尘器。在PTFE滤料过滤气速为1m/min，过滤面积为60m²，滤袋及框架费用约为2.1万元。

袋式除尘器出口洁净烟气经变频风机排入烟囱达标排放至周围环境中。

根据年生产360天、日工作24小时的生产能力估算，约合蒸汽量为1.15 t/h，每天产出约55吨蒸汽满足厂区需求，以外购蒸汽每吨200 元计算，每天减少成本约1.1 万元，每年节约蒸汽采购成本约400 万元。能源利用率提高18%， 粉尘去除率达到93% ，稳定达到排放标准。

采用本装置，玻璃熔炉烟气污染物排放浓度达到《工业炉窑大气污染物排放标准GB9078-1996》和《大气污染物综合排放标准GB16297-1996》2级标准，烟尘排放浓度< 100 mg/m³，除尘效率≥93%，见表3。

表3   GB16297-1996中污染物二级排放标准

本实用新型未叙述部分为现有技术。

Claims (5)

1.一种玻璃熔窑高硼高氟烟气处理装置，包括玻璃熔窑（1），其特征在于：所述玻璃熔窑（1）连通余热锅炉（3），在玻璃熔窑（1）和余热锅炉（3）之间设有冷风机（2），该冷风机（2）将冷风与烟气混合后送入余热锅炉（3），所述余热锅炉（3）的出风口连通反应塔（5）的入风口，在所述的反应塔（5）侧面设有用于添加钙粉的料仓（4），雾化器（6）将水雾化后送入反应塔（5）中用于实现烟气与钙粉反应，所述反应塔（5）连接除尘器（8），所述除尘器（8）连通用于排出废灰的灰仓（7），除尘器（8）的出风口连接风机（9），通过风机（9）提供动力将除尘后的烟气从除尘器（8）中输送到烟囱（10）中排出。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃熔窑高硼高氟烟气处理装置，其特征在于：所述除尘器（8）内设有多孔板（11），多孔板（11）将除尘器（8）分割成含尘腔和洁净腔，所述多孔板（11）上设有含有滤料的滤袋。

3.根据权利要求1所述的一种玻璃熔窑高硼高氟烟气处理装置，其特征在于：所述除尘器（8）底部设有集灰斗，灰仓（7）与集灰斗相通。

4.根据权利要求1所述的一种玻璃熔窑高硼高氟烟气处理装置，其特征在于：所述玻璃熔窑（1）和余热锅炉（3）之间通过烟道连通，烟道和冷风机（2）的连接处设有若干个进气孔。

5.根据权利要求4所述的一种玻璃熔窑高硼高氟烟气处理装置，其特征在于：进气孔的数量为2~6个。