不同烟气处理工艺在耐火材料生产中的应用

摘 要：窑炉在耐火材料烧成过程中产生的烟气含有粉尘颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等污染物,为满足烟气处理达标排放,必须进行环保处理。通过对比多种烟气处理方法的稳定性和运维成本后发现:采用高温干法脱硫、高温布袋除尘、低温SCR脱硝等烟气处理工艺,能较好地满足耐火材料烟气处理要求。经处理后的烟气污染物含量指标满足DB37/2376—2013《山东省区域性大气污染物综合排放标准》第四时段标准规定,无白烟现象,实现了烟气无痕排放,且运行成本更低,排放指标控制更稳定。

1 烟气处理工艺现状

某公司2016年完成窑炉清洁能源天然气置换工作。根据环保烟气排放要求，先后新建2套湿法氧化法脱硫、脱硝除尘设备。通过运行发现，烟气氧化法脱硝、双碱法脱硫、动态液膜除尘处理工艺存在以下问题：

(1)反应塔腐蚀严重。脱硝剂具有强氧化性，脱硝剂与烟气中的氮氧化物反应后形成酸类物质。酸类物质具有腐蚀性，长期使用造成反应塔、管路腐蚀严重，同时增加反应塔倒塌的危险性。

(2)污水处理困难。烟气处理工艺采用氧化塔和吸收塔进行脱硫、除尘操作。动态液膜除尘系统采用整体式安装，尘雾粒子通过除尘系统时，在系统表面形成动态液膜，并在离心力作用下与烟气分离。极小部分的尘雾粒子本身则由于其固有的黏性而附着在除尘系统表面，可以通过冲洗的方法将其清除。废水进入循环池经过澄清后再进行循环利用。通过实际应用发现：随着时间的推移，循环水池中沉淀物增加。虽然增加了滤泥机来处理沉淀物，但没从根本上解决问题。循环池中溶液逐渐达到饱和，进而不断在管路、反应塔、循环泵等处结晶。水池中的污水具有强碱性，如不及时更换，会影响系统整体除尘、脱硫效果。池中污水必须经处理后才能进行排放，这些无形之中增加了系统运行成本。

(3)运行与维护成本高。平均每两周必须进行一次系统清理工作，清除烟气管路中的结晶物与循环管路中的结晶物(严重情况下循环管路需更换)。每次清理必须停窑，无形中增加了窑炉的耗能成本，同时增加了延期交货的风险。

综上所述，此处理工艺存在运维成本高，排放指标控制难，设备故障率高，管路结晶堵塞严重，污水处理困难，有白烟排放等问题。

2 烟气处理工艺改进

2.1 高温碳酸氢钠干法脱硫替代湿法脱硫

烟气脱硫系统工艺：碳酸氢钠粉末经给料器并配压缩风把碳酸氢钠粉送至脱硫塔中，在220～300℃时与烟气中二氧化硫反应，生成亚硫酸钠粉末和二氧化碳，达到脱硫的目的。整个脱硫过程中不使用水，没有废水排放，实现烟气处理无白烟排放。

2.2 布袋除尘替代原有湿法动态液膜处理工艺

采用低压脉冲反吹袋式除尘器进行烟气除尘处理[8]。低压脉冲反吹袋式除尘器结构紧凑，过滤风速适中，占地面积较小，处理风量大，清灰效果好，系统烟尘捕集率高。同时，低压脉冲还具有工作稳定，故障少，投资略低等优点。灰斗导流技术解决了一般布袋除尘器常产生的各分室气流不均匀问题。

高温烟气除尘的关键在于滤袋的选用。滤袋采用的PTFE滤料经热定形，通过特氟龙浸渍后在纤维表面和交叉点形成PTFE保护膜，这样易于清灰。同时对滤袋表面进行了防水、防油处理，使该滤料具有优良的抗酸、碱腐蚀能力和水解稳定性。滤袋具有足够的强度，可以承受滤袋和积灰后的附加载荷。除尘器清灰时通过定时启动脉冲喷吹阀，使滤袋径向变形，抖落灰尘。除尘器将未反应的脱硫剂进行过滤，同时压缩空气将未反应的脱硫剂回吹至脱硫塔，增加了脱硫剂的高效利用。

2.3 低温SCR工艺替代原有烟气氧化法脱硝处理工艺

选择性催化剂还原法简称低温SCR，指在一定的温度和催化剂的作用下，还原剂有选择性地与烟气中的氮氧化物反应并生成无毒无污染的氮气和水。低温SCR脱硝工艺采用催化剂使氮氧化物发生还原反应，反应温度较低(180～300℃为低温型催化剂[12];300～450℃为高温型催化剂)。将还原剂喷入烟气管路内，同时催化剂设计成蜂窝状，烟气通过催化剂与之产生化学反应进行脱硝，此工艺的脱硝率可达90%以上[10]。低温SCR工艺系统主要包括烟道系统、低温SCR反应器、还原剂喷射系统、还原剂储存供应系统。低温SCR反应器入口前配置一套完整的还原剂喷射系统，保证还原剂和烟气混合均匀，喷射系统设置流量调节阀。

2.4 烟气处理系统自动控制

(1)烟气处理系统升级采用DCS自动控制。自动控制系统将原有模糊的定性操作变成可视化操作，实现定量准确调整相关参数。设备均可利用DCS进行远程自动或手动控制，保证了系统整体的稳定性与适应性，现场控制均具有就地操作功能。采用485模块与烟气排放污染物在线监测系统相连，实现了排放数据的准确传递。

(2)多措并举保证系统安全运行。将系统总排烟风机与窑炉天然气控制进行连锁，实现排烟风机故障系统自动关闭天然气阀门，保障烟气处理系统与窑炉安全运行;系统关键位置均安装有测控仪表、测压力仪表，对烟气处理系统的安全运行提供数据参考。系统具有自动识别应急功能，烟道系统设计充分考虑系统的正常运行及紧急情况操作，当烟气温度高于或低于系统所需温度时系统自动进行烟气管路走向调整，保护高温除尘布袋、低温SCR催化剂不受破坏。对隧道窑预热带两侧烟道闸板开度进行调整，增加烧嘴个数，加大烧嘴基础开度，在没有增加窑炉燃耗的前提下，满足了SCR脱硝烟气温度高于200℃的工艺要求。

3 烟气处理后应用效果

3.1 落实环保责任，实现生产正常化运营

烟气经系统处理后所有排放数据实时监控，在线监测，并联网上传环保部门网站后台。烟气处理排放达到DB37/2376—2013《山东省区域性大气污染物综合排放标准》第四时段污染物排放标准，消除了白烟现象，实现无痕排放。烟气处理工艺成功转型升级，为企业绿色、可持续发展提供了重要支撑。

3.2 多举措节能，力促降本

升级改造后的烟气处理工艺的风机采用新型、高效、节能电机;高效、节能、变频双螺杆空压机为系统提供压缩空气。利用变频器控制实现系统调节与节约电能。通过使用新型、高性能保温材料提高烟气处理系统的整体保温性能，使烟气温度更好的满足高温碳酸氢钠干法脱硫、低温SCR工艺需要，进一步提高烟气净化处理效率，减少天然气能源消耗。同时，在管路系统的关键位置安装有测温热电偶，对系统工艺所需要的温度进行实时监控，特别重要的位置安装了两个热电偶进行比对。

3.3 充分利用烟气余热

完成烟气处理工艺升级改造。经系统处理后的烟气纯净度高，且为减少烟气余热的浪费，利用高效烟气超导换热器进行余热回收，而换热器产生的热水用于职工洗澡、冬季取暖等。因经过换热器的烟气纯净度高，大大降低了换热器的清理、维护费用。

3.4 实现程序精准控制，减轻劳动强度

烟气处理工艺升级改造采用DCS控制、PID智能仪表、485通讯等，全面提升了装备的自动化水平，参数化设置，工艺流程可视化程度高，为减轻劳动强度，减少能源消耗，提高效率提供有力支持。烟气处理系统关键部位采用即时自动监控，重要运行工序采用连锁控制，紧急情况自动化控制，有效保障了烟气处理系统以及窑炉的正常运行。

3.5 经济效益显著

原氧化法脱硝、湿法脱硫、动态液膜除尘烟气处理工艺极易造成脱硫管路结晶，增加了设备维护与保养费用。烟气处理升级改造后系统整体运行稳定，故障率低，设备检修维护造成停窑的次数大大减少，降低了窑炉运行风险，提高了烧成合格率，降低了拖期交货的风险。

4 结语

进一步探索选用超低温SCR催化剂，降低烟气处理反应温度，以降低窑炉整体能耗。采用寿命长、性能稳定的高温除尘布袋降低除尘系统运行维护费用;开发DCS自动识别485通讯数据功能，根据在线监测数据结果系统进行自动调节运行。