某玻璃纤维池窑烟气脱硝工艺路线的选择及应用

杭小君

（南京中电环保科技有限公司，江苏 南京 211100）

引言

2020年，我国为持续推进“蓝天保卫行动”，出台了《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南》，尤其对于重点需改造的行业制定了差异化的重污染天气应急减排措施，对评为A级或在行业中具有引领性的企业，要求烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度不高于15、50、130 mg/Nm3，可自主采取减排措施。建材行业玻璃纤维窑炉烟气特点是NOx含量实测值一般在200～1 000 mg/m3之间，实际烟气氧含量为19.1%，实际按照玻璃液产量和19%的氧含量排放折算。

本课题针对江苏昆山台嘉玻璃纤维有限公司玻璃纤维池窑现状进行工艺路线的选择及分析。该企业玻璃纤维池窑原为“天然气+空气燃烧”方式，为节能减排，考虑改为“天然气+纯氧燃烧”方式。本次改造池窑装置在原系统基础上直接调整燃烧嘴，其他辅助设施及容量大小均执行空气助燃设备选型利旧使用。随着环保标准不断提高，现有NOx排放数据约为280 mg/m3（实测氧含量为19.1%），根据基准氧含量9%折算后，NOx浓度为1 768 mg/Nm3，无法满足当前A级企业排放要求的130 mg/Nm3排放值。本文就此项目烟气脱硝进行分析比选，确定最佳的脱硝工艺路线。

玻璃纤维池窑废气常用的脱硝工艺有SNCR法[1]、SCR法[2]、陶瓷尘硝一体化等技术[3]。针对玻纤窑炉烟气的特性，本文建议使用新的脱硝工艺HTR-3SO，以适应新的排放标准或满足未来超低排放的空间改造要求。

台嘉玻璃纤维有限公司烟气原始参数如表1所示。

表1 烟气原始参数

本项目脱硝效率要求达到93%以上，考虑到脱硝效率及投资、运行成本等因素，采用南京中电环保科技有限公司研发的新技术HTR-3SO高效脱硝工艺路线为最优方案。SNCR法效率仅为30%～50%，无法达到排放标准；SCR法、陶瓷尘硝一体化技术需要进行升温，不仅投资费用大，而且占地面积大且运行费用极高，故不推荐。

1 HTR-3SO脱硝技术

该烟气处理技术路线为：池窑烟气→“HTR-3SO脱硝”→湿法脱酸塔→烟囱。首先，池窑燃烧的高温废气经过池窑出口竖直烟道排放；在竖直烟道烟温1 100～1 200 ℃的区域投加HTR复合生物基脱硝剂，在高温烟气和助剂催化作用下，脱硝剂裂解成单链或短链的C、H、O自由基团，有效活性基团和烟气中的NOx发生还原反应；初步净化的烟气经空气换热器换热后，烟温降低至100 ℃以下；在进入脱酸塔之前投加3SO超重力产生的强氧化剂气体与烟气中的NOx进一步发生氧化反应，将低价态NOx氧化成高价态NOx；通过后部脱酸塔内的碱液洗涤，深度去除烟气中的氮氧化物，最后净烟气达标通过烟囱排放。

此脱硝系统的流程与烟气温度非常契合，无需额外的燃气热风炉对烟气进行辅助加热，HTR-3SO脱硝系统直接在烟气高温段（1 100～1 200 ℃）和低温段（＜100 ℃）分别投加了两种不同脱硝剂，通过前后端的联合控制，将NOx处理至近零排放，满足了本项目较高的脱硝效率要求。

HTR-3SO脱硝技术是常规SNCR脱硝技术的升级，使用HTR高效复合生物基脱硝剂代替常规的氨水或尿素溶液，可将使用温度拓宽至650～1 200 ℃的温域范围。该技术优势明显，无需催化剂，投资成本低；无氨系统风险，安装周期短，无需停炉改造；脱硝效率高且稳定，系统阻力小，几乎不增加能耗；模块化装置，布置灵活，场地适用能力强；系统简单，运行维护成本低；智慧云监控可做到无人值守监控。

HTR-3SO脱硝技术，此前从未使用在玻璃纤维池窑上，业主方最大的担忧是脱硝剂汽化不完全对玻璃纤维液质量的影响。本次试验对系统喷射进行液相压力保护，设置了专用雾化喷枪，经过连续3个月以上的运行观察，发现其对窑炉玻璃纤维液质量无任何影响。

2 SNCR脱硝技术

该烟气处理技术路线为：“池窑烟气→SNCR脱硝”→湿法除尘脱酸塔→烟囱。SNCR脱硝是不用催化剂的选择性还原技术，将氨类溶液通过在线实时计量，喷入安装在池窑高温烟气段的喷枪内，氨类溶液在高温烟气作用下迅速分解出NH3，并与烟气中的NOx进行反应，生成氮气和水汽。

本项目由于存在空气换热器，烟道内无最佳SNCR脱硝反应的温度区间，SNCR脱硝运行的温度窗口工况条件发生在850～1 050 ℃之间，为最高脱硝效率，而玻璃纤维池窑出口烟气温度在1 100～1 200 ℃。当反应温度超过一定标准，投入的氨类还原剂会开始分解并被氧化，从而使氮氧化物的还原率下降[4]，NOx脱除效率显著降低。此外，由于玻璃纤维池窑出口烟道空间及烟气停留时间所限，存在氨分布不均匀的问题，并进一步加剧了脱硝率低的问题。由于本项目要求具有93%以上的较高脱除效率，SNCR脱硝工艺无法达到，故不适合本项目的池窑烟气脱硝处理。

3 SCR脱硝技术

该烟气处理技术路线为：池窑烟气→湿法除尘脱酸塔→“热风炉升温→SCR脱硝”→烟囱。首先，池窑燃烧的高温废气经过池窑出口竖直烟道排放，在竖直烟道经空气换热器快速换热降温后，烟气温度低至100 ℃以下；原烟气经过湿法除尘脱酸塔后，对湿烟气进行热风炉升温至180 ℃以上；升温后的烟气与热解或水解的氨气在氨空气混合器内混合，经喷氨格栅喷入SCR反应器入口烟道内，随后进入反应器中；在低温催化剂作用下，NH3有选择性地与烟气中的NOx发生反应，将烟气中的NOx还原成N2和H2O。此脱硝系统可以通过设置3层催化剂，将NOx处理到20 mg/m3以下的排放标准，满足脱硝的高效率要求。

此脱硝系统的流程不能适用现有烟气温度，采用低温催化剂需要热风炉辅助加热升温，同时为了节省天然气升温的耗量，采用换热器进行高低温烟气换热。此系统放置在脱硫除尘后，将烟气中绝大部分SO2、粉尘等去除，极大地改善了催化剂堵塞及中毒失活的影响。但其存在干湿态运行的情况，对换热器的材质要求较高，且热风炉升温所需天然气的运行费用较高。此外，鉴于玻璃纤维窑炉无法停炉的运行要求，且环保处理数据需实时在线联网并上传环保监测平台，因此必须设置在线备用切换系统，以保证脱硝的处理要求。所以，该技术不仅初期建设成本高，而且运行成本也较高，并会出现备用设备闲置的情况。

4 陶瓷尘硝一体化技术

该烟气处理技术路线为：池窑烟气→热风炉升温→陶瓷尘硝一体化→湿法除尘脱酸塔→烟囱。首先，池窑燃烧的高温废气经池窑出口竖直烟囱及空气换热器快速换热降温至100 ℃以内。本项目拟将陶瓷尘硝一体化装置建设在湿法文氏除尘脱酸塔之前，因烟气中的SO2未脱除，需将烟气温度升高至350 ℃，故需对窑炉烟气进行热风炉加热升温；玻璃纤维烟气中含有大量的氧化硼和SO2，需对其进行调质，调质后的废气再进入陶瓷尘硝一体化装置中。

本项目在陶瓷尘硝一体化装置的前部烟道喷入氨水及钙基调质剂，先去除大量的氧化硼、氟化物及部分SO2；然后在陶瓷滤管内催化剂的催化作用下，NOx迅速与氨气发生反应，把烟气中的NOx还原为N2和H2O。采用陶瓷管，脱硝效率可达93%以上，并将NOx处理到20 mg/m3以下的排放标准，满足脱硝的高效率要求。建设一套陶瓷尘硝一体化装置可以一次性脱除烟气中的粉尘、NOx等污染物，但此系统若烟气中的氧化硼、氟化物调质去除不净，长期运行存在陶瓷管堵塞及腐蚀的风险，从而极大影响催化剂的失活及脱除效率，需要不断更换陶瓷管，造成运行维护成本高昂。但陶瓷尘硝一体化装置可以设置多个单体仓室，每个单体仓室烟气进出均设置检修阀门，保证仓室在出现异常的情况下，可在线检修、更换陶瓷管，无需对窑炉进行停机，不影响运行生产。

5 不同工艺路线的对比分析总结

通过表2对四种工艺路线的分析可知，本玻璃纤维池窑烟气项目最终通过HTR-3SO脱硝试验装置，实现了将NOx处理到20 mg/m3的排放数值；项目试验连续运行后，经检测，数据达到业主方改造要求。经实测，烟气氧含量约在19.1%的情况下，NOx浓度均小于3 mg/m3，折算到基准9%含氧量下，NOx浓度远远低于130 mg/Nm3，符合排放标准要求。烟气NOx检测数据如表3所示。

表2 不同工艺路线的对比

表3 烟气NOx检测数据

6 结语

本工程为建材行业玻璃纤维池窑空气助燃改为纯氧助燃的一个案例，但通过投运HTR-3SO脱硝系统，很好地解决了NOx达标排放基准氧含量折算的问题，同时脱硝系统模块化配置不影响池窑连续生产，无需停炉即可实现在线备用和检修的要求。结合整个玻璃纤维池窑行业环保设施现状来看，对原已建设除尘脱酸塔装置的池窑，HTR-3SO脱硝系统可以很好地进行应用和推广使用，并很好地解决NOx超低排放的环保问题。此脱硝技术为玻璃纤维池窑脱硝治理提供了一个切实可行的技术路径参考。