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玻璃工业氮氧化物经济性解决方案

2022-06-23 09:34来源:江苏宁天环境科技有限公司作者:王小霖关键词:SCR脱硝催化剂SCR脱硝技术玻璃工业烟气收藏点赞

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一、玻璃工业背景

随着经济社会的不断发展,工业化建设日趋成熟、城镇化脚步加快,房地产、汽车、现代电子设备等相关行业的快速发展极大地拉动玻璃产品的需求,拓宽了玻璃产品应用范围,促进了玻璃工业整体发展。玻璃工业主要分为平板玻璃、电子玻璃、日用玻璃和其他玻璃制造。

平板玻璃规模最大,主要用于建筑、汽车、制镜、光伏行业。平板玻璃生产工艺主要包括浮法和压延法两种,我国平板玻璃产能自 1989 年以来已连续30 多年位居世界第一,产量约占世界总产量的 50%。

电子玻璃是指应用于电子、微电子、光电子领域的玻璃产品,以平板显示器件的基板玻璃为代表,并得到突飞猛进的发展。

日用玻璃工业属于传统民生经济产业,与人民日常生活和下游产业的发展密切相关,是国民经济发展中不可或缺的重要产业。其主要包括玻璃仪器制造、日用玻璃制品及玻璃包装容器制造、玻璃保温容器制造。日用玻璃制造工业主要分布在四川省、山东省、广东省、河北省、湖北省、安徽省、重庆市等地区。

二、玻璃工业污染物排放要求

对玻璃工业大气污染物排放的国家和地方标准进行统计,内容如表1

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三、玻璃工业烟气特点及NOX处理工艺[1]

玻璃是非晶无机非金属材料,主要原料为:石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸钡、石灰石、长石、纯碱等,主要辅助原料为澄清剂、助熔剂、乳浊剂、着色剂、脱色剂等。玻璃工业是我国大气污染物控制的重点行业之一。

平板玻璃大气污染物主要由玻璃熔窑产生,其熔窑出口烟气中SO2主要由燃料以及作为原料的引入物芒硝产生,浓度在800-1200 mg/Nm3之间波动。NOx主要的来源为燃料型NOx及热力型NOx,其中热力型NOx占多数,浓度为1500~3000 mg/Nm3。在燃料燃烧以及原料熔融过程中均会产生大量颗粒物,特别是配料的熔融过程中会产生大量的含Na、K、Ca的粉尘,粉尘颜色呈灰白色,粒径极小粘附性很强,玻璃工业中粉尘初始排放浓度为300~800 mg/Nm3。

平板玻璃污染物的处理主要采用以下几种工艺路线:

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日用玻璃工业具有企业规模小、数量多、产业集中度低等特征,其生产过程是以煤(发生炉煤气)、重油、天然气、电等为能源形式,以石英砂等矿物原料为主,纯碱等化工原料为辅,在窑炉中经 1400℃以上高温熔化、澄清、均化、冷却,经成型、退火等设备加工成最终产品。

日用玻璃工业大气污染物主要由玻璃熔窑产生,主要污染物为SO2、NOx和粉尘。据对日用玻璃企业的调研,目前仅少数大型企业安装了除尘、脱硫脱硝装置。使用不同燃料的玻璃窑炉烟气污染物成分有较大区别,如煤(发生炉煤气)、重油为燃料的玻璃窑炉烟气具有温度高,气量适中,且含有高浓度S02、NOx和粉尘等特点;以天然气或电为能源形式的玻璃窑炉烟气中S02浓度较低,基本视为达标,但NOx浓度高达600-2000 mg/Nm3,玻璃窑炉高浓度的氮氧化物治理是行业难点所在[2]。

日用玻璃工业大气污染物主要采用对窑炉废气末端治理的方式,主要分为余热回收、除尘、脱硫、脱硝四个部分,其相互制约,前后排列顺序对治理效果影响较大。目前采用的处理工艺流程主要如下:烟气→余热回收→预除尘→SCR脱硝→半干法脱硫→布袋除尘→风机→烟囱。但此种处理工艺仍需解决诸多困难,如由于脱硝工艺在脱硫之前,易使催化剂因硫酸铵/硫酸氢铵晶体附着中毒,造成脱硝效果降低。若采用脱硝置于脱硫之后的工艺,则会因烟气温度过低,不能达到现目前催化剂280℃以上的使用条件,需进行烟气复热处理,但其综合能耗会超过日用玻璃能耗限额标准[3]。

日用玻璃工业污染物治理最大问题在于对氮氧化物的脱除。目前脱硝技术主要以低 NOx 燃烧、纯氧燃烧、SCR、3R和SNCR为主,为适应趋严的环保标准以及超低排放要求,SCR已成为最广泛、最适用的脱硝技术。

SCR脱硝技术的问题就是催化剂的问题,目前市场应用广泛的脱硝催化剂可分为中低温催化剂和高温催化剂,中低温催化剂活性温度通常在180-280℃,高温催化剂活性温度通常在280-400℃,高温催化剂主要适用于平板玻璃工业玻璃熔窑的烟气脱硝,中低温催化剂通常适用于平板显示玻璃工业熔窑的烟气脱硝,而对于日用玻璃工业,为匹配更优的先脱硫再脱硝工艺路线,进入脱硝催化剂的烟气温度已不足180℃,甚至一些小型的电熔炉烟气温度已低于100℃,中低温催化剂或高温催化剂已不宜适合企业运行费用低、能耗小的要求。

结合玻璃工业烟气的特点,开发与玻璃工业排烟温度相匹配的高活性、长寿命、抗硫能力强的低温SCR脱硝催化剂是近年来研究的方向和热点。

至今国内研发团队已开发出超低温SCR脱硝催化剂,并在大型电厂、燃煤锅炉、燃气锅炉、化工尾气、水泥窑烟气、有色行业烟气、玻璃行业烟气等进行了侧线和应用示范。

四、SCR脱硝催化剂对比

针对玻璃行业采用的SCR脱硝催化剂,主要分为高温、中低温、超低温SCR脱硝催化剂,不同温度催化剂在实际应用过程中都有不同的特点,对比如下:

参考文献

[1] HJ 2305-2018.玻璃制造业污染防治可行技术指南[S].

[2] 黄友华, 邓立锋, 王勇. 日用玻璃工业SCR脱硝问题分析及其对策[J]. 玻璃, 2021, 48(11):5.

[3] 生态环境部办公厅.玻璃工业大气污染物排放标准(征求意见稿)编制说明.

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