玻璃窑炉SCR 脱硝吹灰器的选择

陈学功，申干成，雷本喜

（江苏科行环保科技有限公司，江苏 盐城 224051）

0 引言

选择性催化还原反应 （Selective Catalyst Reduction,简称SCR）因为其脱硝效率高，不影响生产线运行等优点成为玻璃窑炉脱硝项目的首选技术方案，得到了越来越广泛的应用。 玻璃窑炉脱硝设备长期运行会使灰层沉积在催化剂表面和堵塞在催化剂孔里面，对催化剂的活性和寿命都会产生不利的影响。为此我们需要选择适合玻璃窑炉烟气特性的吹灰器， 以保证反应器长期稳定运行。 目前SCR 脱硝系统中普遍应用的是声波吹灰器、 蒸汽吹灰器和压缩空气吹灰器3 种吹灰器。下面将烟气成分进行分析，将吹灰器种类进行对比，根据不同条件选择出最合适的吹灰器。

1 玻璃窑炉SCR 脱硝及其烟气特性

玻璃熔窑常用燃料主要天然气、煤制气和石油焦粉等，这些燃料的燃烧产物对大气造成严重的污染。 在玻璃熔窑烟气脱硝工艺中，现多使用高温除尘+SCR 脱硝工艺技术，其中烟气中粉尘浓度及化学成分对脱硝设备的选型具有重要影响；不同燃料所排放的粉尘浓度具有一定的差别，见表1,表2。

表1 不同燃料烟气中粉尘浓度

表2 不同燃料烟气中粉尘的化学成分

从表1 中可以看出，以天然气或煤制气为燃料的烟气中粉尘浓度较小，而以石油焦粉为燃料的粉尘浓度相对较高。 从表2 中可以看出，不管以天然气、 煤制气还是以石油焦粉为燃料， 粉尘中SO3，Na2O 含量都比较高， 石油焦燃料还含有V2O5，SO3和Na2O，都很容易引起催化剂的中毒而失效，因而及时清理粉尘，对延长催化剂使用寿命显得尤为重要，而含Na2O 和SO3的粉尘经沉积后，在一定条件下，形成化学反应，溶液粘附在催化剂表面的孔洞中。在已运行的工程中也发现以上粘附情况。结合表3 可以看出，以天然气为燃料的粉尘粒径主要分布在3~65 um 之间，占总粉尘量的91%，以煤制气为燃料的粉尘与第二电场的粉尘粒径主要集中在3~32 um 以内；以石油焦为燃料的粉尘主要分布在3~32 um 之间，这些细小轻浮而粘性又大的粉尘容易在催化剂风速较低的孔内形成搭桥，进而发展成堵塞，从而增大系统运行阻力，降低脱硝效果，因此选出一种适合玻璃窑烟气特性的吹灰器显得尤为重要。

表3 粉尘的粒径分布

2 吹灰器种类形式及特点

当前使用较多的吹灰器主要形式为声波吹灰器、蒸汽吹灰器和压缩空气吹灰器。 声波吹灰器是利用声波周而复始地对积灰施以拉、压高速循环的变动载荷，对灰粒之间及灰粒和容器壁之间的结合力起到减弱和破坏的作用，灰粒与容器壁之间的结合力减弱到一定程度后，最终会导致疲劳破坏而疏松，使积灰松散脱离，或被气流冲刷带走，达到吹灰的目的，较适应于火电脱硝工程应用。 蒸汽吹灰器是采用耙式吹灰形式，利用水蒸汽的自由射流冲击力，消除催化剂表面积灰的吹灰方法，它使用压力P=1.5~2.0 MPa， 温度t≥300 ℃的蒸汽吹除催化剂表面积灰， 可以布置在催化剂层壳体各个部位，对结渣性强、 灰熔点低和较粘的灰消除有明显效果，并可作为火电脱硝工程的标准配置。压缩空气吹灰器的工作原理与蒸汽吹灰器相同，同样为耙式吹灰形式， 仅喷吹介质采用了经加热的热压缩空气，工作压力一般在0.6 MPa 以上，由于气源供应量的制约，一般采用周期运行间歇补气的工作方式，其工作特性如表4 所示。

表4 不同吹灰器的特性

3 玻璃窑SCR 脱硝吹灰器的选择分析

经以上分析，结合玻璃窑炉灰分的特性，声波吹灰器难以适应清除玻璃窑炉烟气粉尘颗粒轻浮而又粘性大的特点。蒸汽吹灰和压缩空气吹灰因其较强力清灰的特点，而更加适应玻璃窑炉脱硝工程的吹灰需要。同时，由于余热锅炉的蒸发能力较小，蒸汽吹灰在使用时，对余热电站影响较大；压缩空气吹灰时，需要瞬间压缩空气耗量较大，正常达到0.6~1 Nm3/s， 且吹灰压力需要控制在0.6 MPa 以上，而无法保证足够的压缩空气量供应，正常采用间歇补气吹灰。

以上分析结论，在由江苏科行环保科技有限公司承建的2 条600 t/d 的玻璃生产线SCR 脱硝工程中得到验证。一条线采用声波吹灰和蒸汽吹灰两种形式吹灰器， 另一条线采用的压缩空气吹灰器。这两条线燃料均为天然气，脱硝工艺均为高温除尘器+SCR 反应器， 催化剂均采用2+1 布置形式，催化剂高度相同。 在仅使用声波吹灰器时（设置为周期10 min 吹灰10 s），一个星期后第一层催化剂层的压差由240 Pa 增加到了270 Pa， 运行一个月以后，催化剂层压差超过350 Pa，停机检查发现催化剂表面有积灰，部分催化剂孔上表面已“搭桥”，甚至连成一小片，部分孔内壁有灰尘粘结。 调整吹灰周期设定后，情况基本相同，确定声波吹灰器效果不好。

单独使用蒸汽吹灰器试验，设置周期为每天吹灰2~3 次，一周后第一层催化剂压差无明显变化，3 个月后仍无明显变化，但每次吹灰时对余热发电有明显影响， 停机检查发现催化剂表面仅有浮灰，催化剂孔无堵塞，孔内壁无粉尘粘结。 但吹灰器耙尺停机位置下发现催化剂有水迹，催化剂表面变色并局部轻微腐烂。 经分析原因，虽然每次吹灰器启动前均采取放蒸汽暖管措施， 但在吹灰器启动时，仍有部分吹灰器耙尺内的冷凝水被喷入到催化剂表面，并在催化剂表面快速蒸发，致使该区域催化剂发生水反应，产生变色和缓慢腐烂，长时间运行对催化剂造成损害。

单独使用压缩空气吹灰器试验， 设置周期为每天吹灰2~3 次，吹灰控制压力为大于等于0.55 MPa，3 个月后第一层催化剂压差无明显变化，吹灰时需间隔停歇补气， 每个行程吹灰时间受补气速度影响，大约需要8 min，超过正常蒸汽吹灰时间约2.5倍。 停机检查发现催化剂表面仅有浮灰，催化剂孔无堵塞，孔内壁无粉尘粘结，催化剂无明显变化，运行效果良好。

4 结语

从目前玻璃窑炉SCR 脱硝吹灰器运行状况看， 在严格吹灰器运行维护和操作管理条件下，可选用蒸汽吹灰器；在现场无300 ℃以上蒸汽、现有空压机气量富裕量较大或有特殊要求时，应优先选择压缩空气吹灰器。但这两种吹灰器的自身运行还存在一些不足。 随着科技的不断进步，人们对设备运行的自动化程度和稳定性要求越来越高，吹灰器的发展也将会得到更大的优化和进步。

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