玻璃窯爐SCR 脫硝吹灰器的選擇

陳學(xué)功，申干成，雷本喜

（江蘇科行環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 鹽城 224051）

0 引言

選擇性催化還原反應(yīng) （Selective Catalyst Reduction,簡(jiǎn)稱SCR）因?yàn)槠涿撓跣矢撸挥绊懮a(chǎn)線運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)成為玻璃窯爐脫硝項(xiàng)目的首選技術(shù)方案，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 玻璃窯爐脫硝設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)使灰層沉積在催化劑表面和堵塞在催化劑孔里面，對(duì)催化劑的活性和壽命都會(huì)產(chǎn)生不利的影響。為此我們需要選擇適合玻璃窯爐煙氣特性的吹灰器， 以保證反應(yīng)器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。 目前SCR 脫硝系統(tǒng)中普遍應(yīng)用的是聲波吹灰器、 蒸汽吹灰器和壓縮空氣吹灰器3 種吹灰器。下面將煙氣成分進(jìn)行分析，將吹灰器種類(lèi)進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)不同條件選擇出最合適的吹灰器。

1 玻璃窯爐SCR 脫硝及其煙氣特性

玻璃熔窯常用燃料主要天然氣、煤制氣和石油焦粉等，這些燃料的燃燒產(chǎn)物對(duì)大氣造成嚴(yán)重的污染。 在玻璃熔窯煙氣脫硝工藝中，現(xiàn)多使用高溫除塵+SCR 脫硝工藝技術(shù)，其中煙氣中粉塵濃度及化學(xué)成分對(duì)脫硝設(shè)備的選型具有重要影響；不同燃料所排放的粉塵濃度具有一定的差別，見(jiàn)表1,表2。

表1 不同燃料煙氣中粉塵濃度

表2 不同燃料煙氣中粉塵的化學(xué)成分

從表1 中可以看出，以天然氣或煤制氣為燃料的煙氣中粉塵濃度較小，而以石油焦粉為燃料的粉塵濃度相對(duì)較高。 從表2 中可以看出，不管以天然氣、 煤制氣還是以石油焦粉為燃料， 粉塵中SO3，Na2O 含量都比較高， 石油焦燃料還含有V2O5，SO3和Na2O，都很容易引起催化劑的中毒而失效，因而及時(shí)清理粉塵，對(duì)延長(zhǎng)催化劑使用壽命顯得尤為重要，而含Na2O 和SO3的粉塵經(jīng)沉積后，在一定條件下，形成化學(xué)反應(yīng)，溶液粘附在催化劑表面的孔洞中。在已運(yùn)行的工程中也發(fā)現(xiàn)以上粘附情況。結(jié)合表3 可以看出，以天然氣為燃料的粉塵粒徑主要分布在3~65 um 之間，占總粉塵量的91%，以煤制氣為燃料的粉塵與第二電場(chǎng)的粉塵粒徑主要集中在3~32 um 以內(nèi)；以石油焦為燃料的粉塵主要分布在3~32 um 之間，這些細(xì)小輕浮而粘性又大的粉塵容易在催化劑風(fēng)速較低的孔內(nèi)形成搭橋，進(jìn)而發(fā)展成堵塞，從而增大系統(tǒng)運(yùn)行阻力，降低脫硝效果，因此選出一種適合玻璃窯煙氣特性的吹灰器顯得尤為重要。

表3 粉塵的粒徑分布

2 吹灰器種類(lèi)形式及特點(diǎn)

當(dāng)前使用較多的吹灰器主要形式為聲波吹灰器、蒸汽吹灰器和壓縮空氣吹灰器。 聲波吹灰器是利用聲波周而復(fù)始地對(duì)積灰施以拉、壓高速循環(huán)的變動(dòng)載荷，對(duì)灰粒之間及灰粒和容器壁之間的結(jié)合力起到減弱和破壞的作用，灰粒與容器壁之間的結(jié)合力減弱到一定程度后，最終會(huì)導(dǎo)致疲勞破壞而疏松，使積灰松散脫離，或被氣流沖刷帶走，達(dá)到吹灰的目的，較適應(yīng)于火電脫硝工程應(yīng)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沖擊力，消除催化劑表面積灰的吹灰方法，它使用壓力P=1.5~2.0 MPa， 溫度t≥300 ℃的蒸汽吹除催化劑表面積灰， 可以布置在催化劑層殼體各個(gè)部位，對(duì)結(jié)渣性強(qiáng)、 灰熔點(diǎn)低和較粘的灰消除有明顯效果，并可作為火電脫硝工程的標(biāo)準(zhǔn)配置。壓縮空氣吹灰器的工作原理與蒸汽吹灰器相同，同樣為耙式吹灰形式， 僅噴吹介質(zhì)采用了經(jīng)加熱的熱壓縮空氣，工作壓力一般在0.6 MPa 以上，由于氣源供應(yīng)量的制約，一般采用周期運(yùn)行間歇補(bǔ)氣的工作方式，其工作特性如表4 所示。

表4 不同吹灰器的特性

3 玻璃窯SCR 脫硝吹灰器的選擇分析

經(jīng)以上分析，結(jié)合玻璃窯爐灰分的特性，聲波吹灰器難以適應(yīng)清除玻璃窯爐煙氣粉塵顆粒輕浮而又粘性大的特點(diǎn)。蒸汽吹灰和壓縮空氣吹灰因其較強(qiáng)力清灰的特點(diǎn)，而更加適應(yīng)玻璃窯爐脫硝工程的吹灰需要。同時(shí)，由于余熱鍋爐的蒸發(fā)能力較小，蒸汽吹灰在使用時(shí)，對(duì)余熱電站影響較大；壓縮空氣吹灰時(shí)，需要瞬間壓縮空氣耗量較大，正常達(dá)到0.6~1 Nm3/s， 且吹灰壓力需要控制在0.6 MPa 以上，而無(wú)法保證足夠的壓縮空氣量供應(yīng)，正常采用間歇補(bǔ)氣吹灰。

以上分析結(jié)論，在由江蘇科行環(huán)保科技有限公司承建的2 條600 t/d 的玻璃生產(chǎn)線SCR 脫硝工程中得到驗(yàn)證。一條線采用聲波吹灰和蒸汽吹灰兩種形式吹灰器， 另一條線采用的壓縮空氣吹灰器。這兩條線燃料均為天然氣，脫硝工藝均為高溫除塵器+SCR 反應(yīng)器， 催化劑均采用2+1 布置形式，催化劑高度相同。 在僅使用聲波吹灰器時(shí)（設(shè)置為周期10 min 吹灰10 s），一個(gè)星期后第一層催化劑層的壓差由240 Pa 增加到了270 Pa， 運(yùn)行一個(gè)月以后，催化劑層壓差超過(guò)350 Pa，停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)催化劑表面有積灰，部分催化劑孔上表面已“搭橋”，甚至連成一小片，部分孔內(nèi)壁有灰塵粘結(jié)。 調(diào)整吹灰周期設(shè)定后，情況基本相同，確定聲波吹灰器效果不好。

單獨(dú)使用蒸汽吹灰器試驗(yàn)，設(shè)置周期為每天吹灰2~3 次，一周后第一層催化劑壓差無(wú)明顯變化，3 個(gè)月后仍無(wú)明顯變化，但每次吹灰時(shí)對(duì)余熱發(fā)電有明顯影響， 停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)催化劑表面僅有浮灰，催化劑孔無(wú)堵塞，孔內(nèi)壁無(wú)粉塵粘結(jié)。 但吹灰器耙尺停機(jī)位置下發(fā)現(xiàn)催化劑有水跡，催化劑表面變色并局部輕微腐爛。 經(jīng)分析原因，雖然每次吹灰器啟動(dòng)前均采取放蒸汽暖管措施， 但在吹灰器啟動(dòng)時(shí)，仍有部分吹灰器耙尺內(nèi)的冷凝水被噴入到催化劑表面，并在催化劑表面快速蒸發(fā)，致使該區(qū)域催化劑發(fā)生水反應(yīng)，產(chǎn)生變色和緩慢腐爛，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行對(duì)催化劑造成損害。

單獨(dú)使用壓縮空氣吹灰器試驗(yàn)， 設(shè)置周期為每天吹灰2~3 次，吹灰控制壓力為大于等于0.55 MPa，3 個(gè)月后第一層催化劑壓差無(wú)明顯變化，吹灰時(shí)需間隔停歇補(bǔ)氣， 每個(gè)行程吹灰時(shí)間受補(bǔ)氣速度影響，大約需要8 min，超過(guò)正常蒸汽吹灰時(shí)間約2.5倍。 停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)催化劑表面僅有浮灰，催化劑孔無(wú)堵塞，孔內(nèi)壁無(wú)粉塵粘結(jié)，催化劑無(wú)明顯變化，運(yùn)行效果良好。

4 結(jié)語(yǔ)

從目前玻璃窯爐SCR 脫硝吹灰器運(yùn)行狀況看， 在嚴(yán)格吹灰器運(yùn)行維護(hù)和操作管理?xiàng)l件下，可選用蒸汽吹灰器；在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)300 ℃以上蒸汽、現(xiàn)有空壓機(jī)氣量富裕量較大或有特殊要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇壓縮空氣吹灰器。但這兩種吹灰器的自身運(yùn)行還存在一些不足。 隨著科技的不斷進(jìn)步，人們對(duì)設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化程度和穩(wěn)定性要求越來(lái)越高，吹灰器的發(fā)展也將會(huì)得到更大的優(yōu)化和進(jìn)步。

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