文_趙靜波 東方凱特瑞（成都）環(huán)?？萍加邢薰?/p>

1 玻璃產(chǎn)業(yè)NOx來源

NOx的來源主要有三個(gè)方面：一是原料中硝酸鹽分解；二是燃料中含氮物質(zhì)的燃燒；三是助燃空氣中氮的燃燒，由于爐窯的溫度在1500 ～2000℃，大量熱力型NOx生成，也是玻璃爐窯廢氣NOx濃度高的原因。

2 玻璃產(chǎn)業(yè)SCR脫硝技術(shù)的脫硝催化劑運(yùn)行現(xiàn)狀

通過多年對(duì)SCR 脫硝技術(shù)在玻璃產(chǎn)業(yè)NOx減排治理的應(yīng)用跟蹤，對(duì)玻璃產(chǎn)業(yè)中50 多臺(tái)SCR 脫硝工程項(xiàng)目進(jìn)行分析，分析不同燃料工況及工藝布置的催化劑應(yīng)用情況，系統(tǒng)掌握目前SCR 脫硝技術(shù)的脫硝催化劑在玻璃產(chǎn)業(yè)應(yīng)用存在的問題，具體情況如表1 所示。

從目前跟蹤的玻璃產(chǎn)業(yè)NOx減排情況來看，目前存在的主要問題是催化劑的堵塞，導(dǎo)致SCR 脫硝系統(tǒng)頻繁停機(jī)及排放不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象。燃料方面，主要的燃料有重油、石油焦粉、煤制氣和天然氣，煤制氣受到地域的限制，主要在原產(chǎn)地附近的項(xiàng)目上燃用；重要和石油焦粉其燃燒產(chǎn)物的復(fù)雜性及環(huán)保的因素，逐步被天然氣替代；天然氣將成為玻璃產(chǎn)業(yè)主要的燃料。

表1 SCR脫硝技術(shù)脫硝催化劑在玻璃產(chǎn)業(yè)應(yīng)用情況

工藝路線方面，主要的工藝布置是“余熱+SCR 和余熱+ESP+SCR”。初期治理階段，由于對(duì)工藝路線認(rèn)識(shí)不夠，主要采用“余熱+SCR”工藝，但運(yùn)行過程中卻出現(xiàn)了催化劑快速中毒和堵塞等問題。隨著對(duì)應(yīng)用的實(shí)踐積累，工藝布置更傾向于“余熱+ESP+SCR”，先除塵后再脫硝，減緩了催化劑的堵塞和延長催化劑的壽命，可實(shí)現(xiàn)24000h 的穩(wěn)定運(yùn)行。吹灰方面，吹灰器普遍采用壓縮空氣吹灰。

3 典型問題分析及相應(yīng)對(duì)策

3.1 脫硝催化劑的設(shè)計(jì)分析

3.1.1 催化劑的衰減及壽命問題

玻璃產(chǎn)業(yè)中玻璃爐窯會(huì)生產(chǎn)大量用到純堿（引入Na2O）、芒硝（引入Na2O）等含堿金屬原料，煙氣中的飛灰含有很高的鈉物質(zhì)，鈉對(duì)SCRSCR 脫硝技術(shù)脫硝催化劑的中毒影響顯著，同時(shí)飛灰的顆粒較小，黏性大，更易于堵塞催化劑的微孔。通過跟蹤分析發(fā)現(xiàn)見圖1，催化劑的活性衰減相對(duì)火電行業(yè)燃煤機(jī)組更急劇，燃用重油且未布置ESP 的應(yīng)用工況下，脫硝催化劑運(yùn)行至16000h 已達(dá)到性能臨界點(diǎn)，而燃用天然氣且布置有ESP 的應(yīng)用工況下，脫硝催化劑運(yùn)行至24000h 到達(dá)性能臨界點(diǎn)。

圖 1 不同燃料及工藝應(yīng)用催化劑活性衰減趨勢(shì)

3.1.2 催化劑的節(jié)距選取問題

玻璃爐窯煙氣含塵濃度＜1000mg/Nm3，按常規(guī)催化劑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，選取的催化劑型號(hào)在25 孔以下，然而在實(shí)際的項(xiàng)目應(yīng)用過程中，25 孔催化劑出現(xiàn)較嚴(yán)重堵塞現(xiàn)象，主要是由于灰中含有高濃度的Na、Ca 等堿金屬物質(zhì)，黏性大，且灰粒徑?。?0%粒徑分布＜30μm），增大了灰的粘附堆積幾率?；谶@一現(xiàn)象，考慮通過增大催化劑的通孔尺寸，選取20 孔以下的催化劑進(jìn)行應(yīng)用實(shí)踐，催化劑的堵塞現(xiàn)象減少，但仍無法根本解決堵塞問題。從應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)性方面推薦玻璃爐窯催化劑應(yīng)選取孔數(shù)小于20 孔的產(chǎn)品。

3.2 脫硝催化劑的堵塞及吹灰分析

3.2.1 催化劑的堵塞問題

玻璃爐窯SCR 脫硝催化劑應(yīng)用過程中，催化劑堵塞問題一直是困擾玻璃產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的一大難題。產(chǎn)業(yè)減排初期，由于沒有成熟的應(yīng)用工程經(jīng)驗(yàn)參考，相關(guān)公司和用戶還處于摸索階段，對(duì)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、吹灰器型式和催化劑節(jié)距的選取認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致SCR 脫硝系統(tǒng)頻繁停機(jī)人工清灰清堵，影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。隨著工程應(yīng)用的不斷摸索及改進(jìn)，脫硝催化劑的適應(yīng)性有較大提高，但催化劑的堵塞依然存在。催化劑的堵塞與燃料、工藝布置、飛灰特性、吹灰方式等因素有關(guān)，重點(diǎn)分析這些因素對(duì)脫硝催化劑的影響。

3.2.2 催化劑堵塞現(xiàn)象及形態(tài)

燃用重油和石油焦?fàn)t窯煙氣中飛灰的濃度通常＞500mg/Nm3，成分較復(fù)雜，灰質(zhì)黏性大，通常這些應(yīng)用前端未布置ESP 裝置，進(jìn)入SCR 脫硝催化劑煙氣中飛灰濃度大于500mg/Nm3，飛灰易于在脫硝催化劑迎風(fēng)面粘附堆積如圖2、圖3 所示，催化劑背風(fēng)面沒發(fā)生粘附堆積情況如圖4、圖5 所示。

圖2 脫硝催化劑迎風(fēng)面飛灰粘附堆積

圖3 脫硝催化劑背風(fēng)面未出現(xiàn)飛灰粘附堆積

圖4 脫硝催化劑迎風(fēng)面飛灰粘附堆積

圖5 脫硝催化劑背風(fēng)面未出現(xiàn)飛灰粘附堆積

燃用煤制氣或天然氣爐窯煙氣中飛灰濃度通常＜200mg/Nm3，成分相對(duì)簡單，但其仍含有較高的堿金屬物質(zhì)，灰質(zhì)黏性大，且灰粒徑更?。?0%粒徑分布＜30μm）。通常這些應(yīng)用前端布置ESP 裝置，進(jìn)入SCR 脫硝催化劑煙氣中飛灰濃度＜50mg/Nm3。隨脫硝催化劑接觸的煙氣中灰濃度小，但由于飛灰的黏性及粒徑小的特性，脫硝催化劑迎風(fēng)面仍出現(xiàn)飛灰粘附堵塞現(xiàn)象如圖6 所示，脫硝催化劑背風(fēng)面未出現(xiàn)粘附現(xiàn)象如圖7 所示。

圖6 脫硝催化劑迎風(fēng)面飛灰粘附堆積

圖7 脫硝催化劑背風(fēng)面未出現(xiàn)飛灰粘附堆積

從玻璃爐窯催化劑的應(yīng)用跟蹤分析發(fā)現(xiàn)，在燃用重油或石油焦且未布置ESP 裝置的工藝下，飛灰對(duì)脫硝催化劑的堵塞明顯；在燃用天然氣或煤制氣且布置ESP 裝置的工藝下，雖煙氣中含塵濃度低，但仍出現(xiàn)飛灰粘附堵塞現(xiàn)象；共性特征是堵塞現(xiàn)象主要發(fā)生在脫硝催化劑的迎風(fēng)端面淺層50cm區(qū)域內(nèi)。

3.2.3 堵塞的對(duì)策分析

脫硝催化劑堵塞給玻璃爐窯SCR 脫硝系統(tǒng)帶來性能不達(dá)標(biāo)、壓阻大、催化劑壽命低等系列問題。通過上述對(duì)玻璃爐窯飛灰特性、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和運(yùn)行跟蹤分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致堵塞的原因不是脫硝催化劑選型不匹配或灰含量大，而是灰粘性大且粒徑小的因素。解決堵塞最直接方式是吹灰，其他行業(yè)的吹灰經(jīng)驗(yàn)由于工況和灰質(zhì)的不同無法借鑒，只有通過不斷探索及實(shí)踐找出適合于該行業(yè)的吹灰方式。

目前成熟的吹灰方式有激波吹灰、聲波吹灰、耙式蒸汽吹灰、耙式空氣吹灰四種。激波吹灰由于其能量大，易損壞催化劑，不適用于脫硝催化劑；聲波吹灰原理無法適用于黏性大的飛灰吹掃；耙式蒸汽吹灰因其對(duì)蒸汽的介質(zhì)要求高，控制不好易出現(xiàn)帶水而導(dǎo)致灰結(jié)塊等問題；耙式空氣吹灰因其介質(zhì)廉價(jià)且易于滿足吹灰品質(zhì)要求，在玻璃產(chǎn)業(yè)得到廣泛應(yīng)用，但其適應(yīng)性仍需要不斷的探索。

3.2.4 吹灰強(qiáng)度研究分析

吹灰強(qiáng)度和吹灰效果呈正相關(guān)關(guān)系，吹灰強(qiáng)度越大，吹灰效果越好。但對(duì)于脫硝催化劑的吹掃不能越強(qiáng)越好，強(qiáng)度大會(huì)吹損催化劑。火電行業(yè)燃煤機(jī)組SCR 脫硝系統(tǒng)的吹掃壓力為6bar，吹灰器距脫硝催化劑的表面不低于500mm，能確保催化劑不受到損傷。但該參數(shù)并不適合玻璃產(chǎn)業(yè)的吹灰，其強(qiáng)度無法清理掉脫硝催化劑表面堆積的黏性飛灰。為提升吹灰效果，通過降低吹灰高度至300mm，可實(shí)現(xiàn)飛灰的清除，但其高強(qiáng)度的吹掃會(huì)帶來脫硝催化劑的損傷。

3.2.5 吹灰介質(zhì)分析

脫硝催化劑是一種近似于陶狀特征產(chǎn)品，當(dāng)催化劑出現(xiàn)超過100℃的溫度差時(shí)，會(huì)因收縮或膨脹形變不均勻而發(fā)生熱應(yīng)力破損，所以對(duì)吹灰介質(zhì)的溫度特性要求較嚴(yán)格，要求吹灰介質(zhì)溫度與催化劑的本體溫度差不能大于100℃。

通過以上堵塞分析，清晰的認(rèn)識(shí)到玻璃爐窯SCR 脫硝催化劑的堵塞主要發(fā)生在迎風(fēng)面淺層區(qū)域，強(qiáng)力吹掃可以清理，但強(qiáng)力吹掃又帶來催化劑損傷的問題。鑒于這些因素，通過在脫硝催化劑迎風(fēng)面鋪設(shè)一層高強(qiáng)度的陶瓷蜂窩載體如圖8 所示，使堵塞發(fā)生在該高強(qiáng)度陶瓷蜂窩載體上，減少催化劑的堵塞；同時(shí)該高強(qiáng)度陶瓷蜂窩載體可以很好的保護(hù)催化劑免受強(qiáng)力沖刷，可進(jìn)一步縮短吹灰距離，提高吹灰效果；另該陶瓷蜂窩載體便于拆卸清理如圖9 所示，大大提高SCR 脫硝催化劑的清灰效率。

圖8 脫硝催化劑表面鋪設(shè)陶瓷蜂窩載體

圖9 運(yùn)行后拆卸下來的陶瓷蜂窩載體

4 建議

通過對(duì)SCR 脫硝技術(shù)在玻璃產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的跟蹤研究，對(duì)應(yīng)用過程中的典型問題進(jìn)行分析，提出應(yīng)用建議：①玻璃產(chǎn)業(yè)脫硝催化劑設(shè)計(jì)優(yōu)先選擇20 孔或18 孔催化劑，該產(chǎn)品既具有較佳的應(yīng)用效果，又可兼顧投資的經(jīng)濟(jì)性。②燃料用重油和石油焦，SCR 反應(yīng)器前端未布置ESP 裝置，脫硝催化劑化學(xué)壽命按16000h 設(shè)計(jì)；燃用天然氣和煤制氣燃料，且SCR 反應(yīng)器前端布置ESP 裝置，脫硝催化劑化學(xué)壽命按24000h 設(shè)計(jì)。③由于玻璃爐窯煙氣中飛灰成分復(fù)雜，堿金屬含量高，黏性大，工藝路線盡量考慮飛灰對(duì)脫硝催化劑的影響，建議優(yōu)先選擇“余熱+ESP+SCR”工藝。④吹灰優(yōu)先選用壓縮空氣，需對(duì)吹灰介質(zhì)進(jìn)行加熱，確保吹灰介質(zhì)與脫硝催化劑本體溫度不超過100℃，同時(shí)在催化劑表面增加可拆卸的陶瓷蜂窩載體，減緩催化劑堵塞和催化劑受強(qiáng)力吹掃沖擊。