玻璃窯爐煙氣蓄熱脫硝的系統及其應用的製作方法
2023-09-18 06:28:10
本發明涉及玻璃窯爐煙氣蓄熱脫硝的系統，以及利用前述的玻璃窯爐煙氣蓄熱脫硝的系統處理煙氣的方法。
背景技術：
隨著我國經濟的飛速發展，天然氣、石油和煤等化石燃料等能源得到更加廣泛的應用，使得環境問題日益嚴峻，因此引起了一系列環境問題，如酸雨、臭氧層破壞、溫室效應等，使得我們的生存環境愈加嚴峻。我國以煤炭為主的能源結構決定了我國的氮氧化物和硫氧化物排放量一直處於居高不下的狀況，大量汙染性氣體的排放，使得環境問題日益嚴峻，不僅嚴重影響我國人民的生產生活，而且不利於我國經濟的可持續發展。因此，環境問題得到了國家越來越多的關注。
人類活動排放的NOX90％以上來自燃料燃燒過程。各種工業爐窯、民用爐灶、機動車及其他內燃機中的燃料高溫燃燒時，燃料中的含氮物質氧化生成NOX，參與燃燒的空氣中的N2和O2也會生成NOX。從能源結構來看，我國的一次能源和發電能源構成中，煤佔據了絕對的主導地位。並且我國80％以上的煤是直接燃燒的，特別是用於電站、工業鍋爐及民用鍋爐中。因此，相當長的時期內，煙氣中的NOX排放是導致我國大氣NOX汙染的一個主要因素，如何減少固定源排放的NOX是大氣環境治理的一個重要課題。
煙氣脫硝屬於燃燒後處理技術，許多發達國家的排煙系統都需安裝煙氣脫硝裝置。煙氣脫硝方法較多，但目前得到大量工業應用的只有選擇性催化還原法和選擇性非催化還原法，其他方法目前均處於實驗研究階段或中試階段。
技術實現要素：
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在於提出一種玻璃窯爐煙氣蓄熱脫硝的系統，載還原劑前軀體蓄熱體將還原劑前軀體覆在蜂窩蓄熱體表面，使煙氣脫硝省卻了噴氨區，且還原劑與煙氣混合更均勻，脫硝反應更徹底。同時，該系統採用添加有搪瓷的蜂窩蓄熱體，具有良好的防堵性能，適用於含塵量較大的煙氣。
根據本發明的一個方面，本發明提供了一種玻璃窯爐煙氣蓄熱脫硝的系統。根據本發明的實施例，該系統包括：
蓄熱脫硝裝置，所述蓄熱脫硝裝置沿煙氣流動方向依次設置蓄熱區和脫硝區，其中，所述蓄熱區具有煙氣入口和預熱後的空氣出口，所述煙氣入口與玻璃窯爐的排煙口相連，所述預熱後的空氣出口與玻璃窯爐的噴嘴相連，並且，所述蓄熱區設置有載還原劑前軀體蓄熱體；所述脫硝區具有第一氣口，並設置有脫硝蓄熱體，所述載還原劑前軀體蓄熱體和所述脫硝蓄熱體均為蜂窩體狀；
三通換向閥，所述三通換向閥具有空氣入口、第二氣口和煙氣出口，所述第二氣口和與所述脫硝區的第一氣口相連；
除塵裝置，所述除塵裝置具有氣體入口和淨化後的氣體出口，所述氣體入口與所述煙氣出口相連。
根據本發明實施例的玻璃窯爐煙氣蓄熱脫硝的系統，載還原劑前軀體蓄熱體將還原劑前軀體覆在蜂窩蓄熱體表面，使煙氣脫硝省卻了噴氨區，且還原劑與煙氣混合更均勻，脫硝反應更徹底。同時，該系統採用添加有搪瓷的蜂窩蓄熱體，具有良好的防堵性能，適用於含塵量較大的煙氣。
另外，根據本發明上述實施例的玻璃窯爐煙氣蓄熱脫硝的系統還可以具有如下附加的技術特徵：
根據本發明的實施例，所述載還原劑前軀體蓄熱體和所述脫硝蓄熱體為蜂窩狀長方體。
根據本發明的實施例，所述蜂窩狀長方體的尺寸為400mm×400mm×100mm，且蜂窩孔徑不小於30mm。
根據本發明的另一方面，本發明提供了一種利用前述的玻璃窯爐煙氣蓄熱脫硝的系統處理煙氣的方法。該方法包括：
將玻璃窯爐排出的煙氣輸送至蓄熱脫硝裝置，依次進入蓄熱區經蓄熱體進行蓄熱回收熱量並使還原劑前軀體受熱分解產生氨，以便得到降溫後的含氨煙氣；使所述降溫後的含氨煙氣進入脫硝區，在脫硝蓄熱體的催化下進行還原脫硝處理，以便得到脫除氮氧化物的煙氣；
所述脫除氮氧化物的煙氣經三通換向閥進入除塵裝置進行淨化處理，以便得到淨化後的煙氣；以及
變換所述三通換向閥的閥門方向，使空氣經所述三通換向閥進入所述蓄熱脫硝裝置進行預熱處理，以便得到預熱後的空氣，所述預熱後的空氣用於玻璃窯爐進行燃燒，
其中，
所述載還原劑前軀體蓄熱體包括：
蓄熱蜂窩體，所述蓄熱蜂窩體包括無機粉料和含有搪瓷的添加劑；以及
還原劑前軀體薄膜，所述還原劑前軀體薄膜覆著在所述蓄熱蜂窩體上，其中，還原劑前軀體是受熱分解產生氨且不產生含硫和氯的化合物，
所述脫硝蓄熱體包括：
載體，所述載體包括二氧化鈦-氧化鋁複合氧化物；
活性成份，所述活性成份包括活性炭；
輔助活性成份，所述輔助活性成份包括五氧化二釩-三氧化鎢複合氧化物；
助劑，所述助劑包括鐵和鑭；以及
添加劑，所述添加劑包括搪瓷。
根據本發明實施例的處理煙氣的方法，載還原劑前軀體蓄熱體將還原劑前軀體覆在蜂窩蓄熱體表面，使煙氣脫硝省卻了噴氨區，且還原劑與煙氣混合更均勻，脫硝反應更徹底。同時，該方法採用添加有搪瓷的蜂窩蓄熱體，具有良好的防堵性能，適用於含塵量較大的煙氣。
根據本發明的實施例，所述降溫後的煙氣的溫度為200-400攝氏度。
根據本發明的實施例，所述無機粉料包括焦寶石、堇青石、高嶺土和石英。
根據本發明的實施例，所述焦寶石、所述堇青石、所述高嶺土和所述石英的質量比為(20-50)：(15-40)：(6-20)：(15-30)。
根據本發明的實施例，所述添加劑包括搪瓷、粘結劑、潤滑劑和增塑保溼劑，
根據本發明的實施例，所述搪瓷與所述粘結劑、所述潤滑劑和所述增塑保溼劑總質量的質量比為(5-10)：(1-5)。
根據本發明的實施例，所述還原劑前軀體為選自碳酸銨、碳酸氫銨和尿素的至少一種。
根據本發明的實施例，所述載體、所述活性成份、所述輔助活性成份、所述助劑和所述添加劑的質量比為(10-40)：(10-50)：(5-20)：(2-13)：(10-30)。
本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
附圖說明
本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1顯示了根據本發明一個實施例的玻璃窯爐煙氣蓄熱脫硝的系統的結構示意圖；
圖2顯示了根據本發明一個實施例的利用玻璃窯爐煙氣蓄熱脫硝的系統處理煙氣的方法的流程示意圖。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
在本發明的描述中，術語「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明而不是要求本發明必須以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
需要說明的是，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。進一步地，在本發明的描述中，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上。
根據本發明的一個方面，本發明提供了一種玻璃窯爐煙氣蓄熱脫硝的系統。參考圖1，根據本發明的實施例，對該玻璃窯爐煙氣蓄熱脫硝的系統進行解釋說明。該系統包括：蓄熱脫硝裝置100、三通換向閥200和除塵裝置300。
根據本發明實施例的玻璃窯爐煙氣蓄熱脫硝的系統，載還原劑前軀體蓄熱體將還原劑前軀體覆在蜂窩蓄熱體表面，使煙氣脫硝省卻了噴氨區，且還原劑與煙氣混合更均勻，脫硝反應更徹底。同時，該系統採用添加有搪瓷的蜂窩蓄熱體，具有良好的防堵性能，適用於含塵量較大的煙氣。
為了便於理解上述玻璃窯爐煙氣蓄熱脫硝的系統，對該系統中的各裝置進行解釋說明：
蓄熱脫硝裝置100：根據本發明的實施例，該蓄熱脫硝裝置100沿煙氣流動方向依次設置蓄熱區110和脫硝區120，其中，蓄熱區110具有煙氣入口和預熱後的空氣出口，煙氣入口與玻璃窯爐的排煙口相連，預熱後的空氣出口與玻璃窯爐的噴嘴相連，並且，該蓄熱區110設置有載還原劑前軀體蓄熱體，燃燒產生的高溫煙氣經過蓄熱區回收餘熱，同時載還原劑前軀體蓄熱體升溫，覆於其上的還原劑前軀體分解產生氨與煙氣混合得到含氨煙氣；脫硝區120具有第一氣口，並設置有脫硝蓄熱體，含氨煙氣在脫硝蓄熱體的催化下進行還原脫硝處理，得到脫除氮氧化物的煙氣。
根據本發明的一些實施例，載還原劑前軀體蓄熱體和脫硝蓄熱體均為蜂窩體狀。蜂窩狀的比表面積相較其他形狀的催化劑大，還原劑前軀體和脫硝催化劑與反應介質的接觸面更大，催化反應效率更高。
根據本發明的實施例，載還原劑前軀體蓄熱體和脫硝蓄熱體的形狀可以根據實際生產需要進行選擇。根據本發明的一些實施例，載還原劑前軀體蓄熱體和脫硝蓄熱體為蜂窩狀長方體，尺寸一般可以為150mm×100mm×100mm、250mm×200mm×100mm等。根據本發明的又一些實施例，蜂窩狀長方體的尺寸為400mm×400mm×100mm，且蜂窩孔徑不小於30mm。由於煙氣中含有大量粉塵，宜採用大孔徑的蜂窩體，防止煙氣堵塞蜂窩孔。
三通換向閥200：根據本發明的實施例，該三通換向閥具有空氣入口、第二氣口和煙氣出口，其中，第二氣口和與脫硝區的第一氣口相連，冷卻的脫除氮氧化物的煙氣經三通換向閥進入除塵裝置進行淨化處理，得到淨化後的煙氣，並且利用引風機抽引排空後，變換所述三通換向閥的閥門方向，使空氣經所述三通換向閥進入所述蓄熱脫硝裝置進行預熱處理，得到預熱後的空氣，該預熱後的空氣用於玻璃窯爐進行燃燒。三通換向閥通過周期性變換閥門方向，實現煙氣的蓄熱脫硝以及空氣的預熱。
除塵裝置300：根據本發明的實施例，該除塵裝置具有氣體入口和淨化後的氣體出口，所述氣體入口與所述煙氣出口相連，脫除氮氧化物的煙氣經三通換向閥進入除塵裝置進行淨化處理，得到淨化後的煙氣。
根據本發明的另一方面，本發明提供了一種利用前述的玻璃窯爐煙氣蓄熱脫硝的系統處理煙氣的方法。參考圖2，根據本發明的實施例，對該處理煙氣的方法進行解釋說明。該方法包括：
S100蓄熱脫硝
根據本發明的實施例，將玻璃窯爐排出的煙氣輸送至蓄熱脫硝裝置，依次進入蓄熱區經蓄熱體進行蓄熱回收熱量並使還原劑前軀體受熱分解產生氨，得到降溫後的含氨煙氣；使降溫後的含氨煙氣進入脫硝區，在脫硝蓄熱體的催化下進行還原脫硝處理，得到脫除氮氧化物的煙氣。由此，玻璃窯爐產生的高溫煙氣，先通過蓄熱脫硝裝置的蓄熱區回收餘熱後，再經脫硝區進行脫硝處理，具體地，煙氣中的氮氧化物在脫硝催化劑的作用下與還原劑氨反應，或者與煙氣中的還原性氣體CO反應生成N2，高效節能、環保。並且載還原劑前軀體蓄熱體將還原劑前軀體覆在蜂窩蓄熱體表面，使煙氣脫硝省卻了噴氨區，且還原劑與煙氣混合更均勻，脫硝反應更徹底。同時脫硝區採用的含有搪瓷的脫硝蓄熱體的表面光滑、耐磨，煙氣無需深度除塵即可進行脫硝反應，脫硝效率高，並且，脫硝的同時還可進行再次蓄熱。根據本發明的實施例，煙氣中氮氧化物脫除效率可達98％以上。
根據本發明的實施例，玻璃窯爐內煙氣主要為燃料燃燒後殘留物質如CO、硫氧化物、氮氧化物及大量水蒸氣。另外，還有從玻璃中揮發出來的鹼性物質以及少量燃燒不充分殘留的碳、配料中的粉塵物質也會隨窯爐內的氣流被帶入到煙氣中。
根據本發明的實施例，載還原劑前軀體蓄熱體包括：蓄熱蜂窩體和還原劑前軀體薄膜，其中，蓄熱蜂窩體包括無機粉料和含有搪瓷的添加劑；還原劑前軀體薄膜覆著在蓄熱蜂窩體上，其中，還原劑前軀體是受熱分解產生氨且不產生含硫和氯的化合物。由此，載還原劑前軀體蓄熱體將還原劑前軀體覆在蜂窩蓄熱體表面，使煙氣脫硝省卻了噴氨區，且還原劑與煙氣混合更均勻，脫硝反應更徹底。
根據本發明的實施例，降溫後的煙氣的溫度為200-400攝氏度。由此，蓄熱裝置充分回收了高溫煙氣的熱量。
根據本發明的實施例，無機粉料包括焦寶石、堇青石、高嶺土和石英。
根據本發明的實施例，焦寶石、堇青石、高嶺土和石英的質量比為(20-50)：(15-40)：(6-20)：(15-30)。
根據本發明的實施例，添加劑包括搪瓷、粘結劑、潤滑劑和增塑保溼劑。
根據本發明的實施例，搪瓷與粘結劑、潤滑劑和增塑保溼劑總質量的質量比為(5-10)：(1-5)。
根據本發明的實施例，還原劑前軀體為選自碳酸銨、碳酸氫銨和尿素的至少一種。由此，受熱易分解，並且分解產生氨。
為了便於理解前述蓄熱蜂窩體的製備方法，具體包括：
(1)將適量的無機粉料、陶瓷粉末、電石渣、粘結劑、增塑保溼劑、潤滑劑混合混料、球磨3-4h，並加入適量的去離子水進行捏合煉製，捏合時間為20min，得到泥料備用。
(2)將泥塊進行陳腐，陳腐環境溫度為15～25℃，陳腐時間為24h～48h，經真空精煉、真空擠製成所需規格的蜂窩體坯料。
(3)再將蜂窩體坯料再送入乾燥機內定型、乾燥，乾燥溫度為90～120℃，乾燥時間為36h，在1200℃～1400℃條件下燒製得成品，焙燒時間為36～48h。
根據本發明的實施例，脫硝蓄熱體包括：載體，該載體包括二氧化鈦-氧化鋁複合氧化物；活性成份，該活性成份包括活性炭；輔助活性成份，該輔助活性成份包括五氧化二釩-三氧化鎢複合氧化物；助劑，該助劑包括鐵和鑭；添加劑，該添加劑包括搪瓷。
根據本發明的實施例，載體、活性成份、輔助活性成份、助劑和添加劑的質量比為(10-40)：(10-50)：(5-20)：(2-13)：(10-30)。由此，該脫硝催化劑的硬度、耐磨性和耐腐蝕性顯著提高，並具有良好的抗SO2和抗水蒸氣中毒性能，並且脫硝效果好。
S200淨化處理
根據本發明的實施例，脫除氮氧化物的煙氣經三通換向閥進入除塵裝置進行淨化處理，得到淨化後的煙氣。
S300預熱處理
根據本發明的實施例，變換三通換向閥的閥門方向，使空氣經三通換向閥進入蓄熱脫硝裝置進行預熱處理，得到預熱後的空氣，該預熱後的空氣用於玻璃窯爐進行燃燒。
根據本發明的實施例，預熱後的空氣溫度為1200-1300攝氏度。而玻璃窯爐運行溫度為1500℃～1600℃，由此，預熱後的空氣和預熱後的燃氣在玻璃窯爐內燃燒所消耗的能耗少，燃燒效率高。
下面參考具體實施例，對本發明進行說明，需要說明的是，這些實施例僅僅是說明性的，而不能理解為對本發明的限制。
實施例1
利用本發明實施例的玻璃窯爐煙氣蓄熱脫硝的系統對玻璃窯爐的煙氣進行處理，其中，蓄熱式玻璃窯爐為氣體燃料燃燒直接加熱方式，運行溫度為1580℃。氣體燃料通過設置在爐體側牆的燒嘴噴入爐內燃燒，將玻璃配合料加熱熔化使之成為玻璃溶液，氣體燃料燃燒產生的高溫煙氣排出爐外。
高溫煙氣從玻璃窯爐出來，經蓄熱系統回收餘熱後，溫度降低至285℃後進入脫硝系統，進行脫硝反應去除氮氧化物後對外排放。所述還原劑由覆有還原劑前軀體的蜂窩蓄熱體中得到，高溫煙氣經過覆有還原劑前軀體的蜂窩蓄熱體時，蜂窩蓄熱體會回收高溫煙氣中的熱量，煙氣溫度下降的同時其蓄熱體的自身溫度逐漸升高，覆於其上的還原劑前軀體受熱分解生成氨，得到還原劑。煙氣經過蜂窩蓄熱體回收餘熱的同時將還原劑前軀體受熱分解生成的氣態氨帶走，二者快速混合後經設置在煙道後方的脫硝催化劑，發生還原反應，脫除氮氧化物，脫除效率可達98％。
蓄熱體表面覆有的還原劑前軀體選用尿素，通過電子束蒸發法將其覆於蜂窩蓄熱體表面，在真空條件下利用電子束進行直接加熱蒸發尿素，使其氣化並向蜂窩蓄熱體表面輸運，在蜂窩蓄熱體表面凝結形成尿素薄膜。採用真空電子蒸鍍的方法將尿素覆於蜂窩蓄熱體表面，使用長方體蜂窩蓄熱體，尺寸選用450mm×350mm×300mm，孔徑選用25mm×25mm，調節控制真空電子蒸鍍時的電子入射角度以及蒸鍍時間，調整鍍在蓄熱體表面的尿素的厚度為10mm，可以滿足此蓄熱式玻璃窯爐煙氣蓄熱脫硝的使用需求。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
儘管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由權利要求及其等同物限定。