一種玻璃窯爐煙氣一體化脫硝脫硫除塵工藝設備的製作方法
2023-09-23 01:42:50 2
本實用新型屬於煙氣淨化技術領域，具體涉及一種玻璃窯爐煙氣一體化脫硝脫硫除塵工藝設備。
背景技術：
玻璃工業熔窯煙氣脫硫、除塵和脫硝，是國家近幾年陸續提出並推進的環保政策，旨在保護環境，抑制行業產能過剩，促進行業技術轉型。
目前傳統玻璃窯爐煙氣脫硫技術包括幹法（包括半乾法）和溼法兩大類，主要有CFB循環流化床煙氣脫硫技術和NID煙氣脫硫技術，其主要原理是利用粉狀或粒狀吸收劑、吸附劑或催化劑來脫除煙氣中的SO2，技術本身脫硫效率能夠達到70%～90%，在經過國內近幾年的使用，這兩種技術本身仍然存在一些缺點，比如脫硫效率不穩定、設備投資和佔地面積較大，本身運行過程中將產生大量脫硫固廢，難以處置。現有溼法脫硫技術主要有石灰石石膏法和鈉鹼法，同樣存在佔地面積大，運行費用高，脫硫固廢難以處置等缺點。
目前傳統玻璃窯爐煙氣脫硝技術主要有SCR法，屬於高溫煙氣脫硝，要求溫度窗口為320～420oC，脫硝效率較高能夠達到90%以上；經過國內玻璃窯爐近幾年的使用，技術本身仍然存在較多問題，包括一次性設備投資大，佔地面積大，尤其是玻璃窯爐尾端一般配套有600～180℃的煙氣餘熱回收鍋爐，傳統的SCR技術反應溫度窗口剛好在餘熱回收溫度區間內，導致傳統的SCR技術在配套有餘熱回收鍋爐的玻璃窯爐煙氣脫硝中，餘熱鍋爐需要開口，將SCR工藝裝置需要贅餘在鍋爐中間，工藝布置非常不合理，流程阻力大，還會帶來煙氣溫降，降低餘熱鍋爐的熱效率約20%左右，減少了發電收益；同時，傳統的SCR脫硝技術，需要配套龐大的電除塵器，進一步增加了投資和佔地面積，同時電除塵器運行過程中故障率較多，對於整體系統長期運行造成影響。
目前傳統玻璃窯爐煙氣除塵技術，主要為電除塵和布袋除塵，電除塵一般配套在SCR脫硝系統前端使用，布袋除塵一般配套在幹法或者半乾法之後使用。
對於玻璃窯爐煙氣治理，目前國內還沒有一種組合技術，能夠實現將煙氣中氮氧化物、二氧化硫和粉塵進行同步脫除，同時還能與玻璃窯爐所配套的餘熱回收鍋爐有機銜接，為此本實用新型提出一種玻璃窯爐煙氣同步脫硝脫硫除塵技術，並已通過中式，正在經進行工業化應用。
技術實現要素：
為解決上述技術問題，本實用新型提出一種玻璃窯爐煙氣同步脫硝脫硫除塵工藝設備。
本實用新型為實現上述目的採用如下技術方案：
一種玻璃窯爐煙氣同步脫硝脫硫除塵工藝設備，所述的工藝設備包括有餘熱鍋爐、低溫脫硝脫硫除塵反應塔、氨水系統、水處理系統、壓縮空氣系統；所述的餘熱鍋爐為倒U形，爐內順著煙氣流向由前至後依次設置有一級換熱器、中溫脫硝反應器、二級換熱器以及位於二級換熱器後的多級換熱器；餘熱鍋爐的煙氣進口設置在餘熱鍋爐的下部，並與玻璃窯爐的煙氣出口連通；所述的氨水系統通過氨水泵、霧化噴嘴與中溫脫硝反應器相連通；所述餘熱鍋爐的出口與低溫脫硝脫硫除塵反應塔連通；所述的低溫脫硝脫硫除塵反應塔具有塔體，所述的塔體內設置有將其內腔分割為主塔、副塔的隔板；所述的隔板的下端與塔體內壁面的底部相連接，隔板的上端與塔體內壁面的頂部之間具有間隙；所述的主塔、副塔通過隔板上端與塔體頂部之間的間隙相連通；所述主塔一側的下部通過煙氣進口與餘熱鍋爐的煙氣出口相連通，並在主塔一側的煙氣進口內設置有還原劑蒸發器，所述的還原劑蒸發器與氨水系統相連通；所述主塔的頂部具有上下設置的多層高效氣液分離器；所述的副塔內設置有與副塔軸線垂直的低溫催化反應床，所述的低溫催化反應床為上下設置的多個；所述的低溫催化反應床內部填充有低溫脫硝催化劑；所述副塔一側的下部設置有煙氣出口；所述的煙氣出口與煙囪相連；所述的壓縮空氣系統分別與中溫脫硝反應器、低溫催化劑反應床相連通；所述的工藝設備還設置有用於供給餘熱鍋爐清洗、低溫脫硝脫硫除塵塔以及循環水系統清洗、用水的水處理系統。
所述主塔、副塔底部均設置有卸灰鬥。
所述的低溫催化反應床為可翻轉式結構，實現低溫催化反應床的180度翻轉，減少了催化劑長期運行後的表面堵塞造成的催化劑物理性中毒，同時旋轉過程中對於顆粒催化劑具有機械均化作用，使得新鮮的催化劑能夠接觸煙氣，保證了催化劑的長期連續使用壽命和高效催化活性。
所述主塔、副塔的頂部均設有煙氣導流均布裝置，所述的煙氣導流均布裝置由多組板狀或帶有一定弧度的板狀組合而成。
所述的餘熱鍋爐內內置有壓縮空氣預熱管道。
本實用新型提出的一種工業窯爐煙氣一體化脫硝脫硫除塵工藝設備，採用上述技術方案，具有如下有益效果：
1）在所述的餘熱鍋爐內設置中溫脫硝反應器，使中溫脫硝反應器鍋爐共用基礎和支撐，不需要單獨設置脫硝反應器、保溫措施、煙道、支撐、基礎，沒有外置煙道，縮短了工藝流程，提高了工藝銜接性，能夠保證反應塔本身帶來的溫降最小和阻力最小，並減少了投資和佔地面積，同時可以保證煙氣在脫硝反應過程中，溫度降度最小，節約餘熱資源；
2）中溫脫硝反應器和低溫脫硝脫硫除塵反應塔共用一套氨水系統，系統緊湊銜接，泵互為備用，故障率低；溫脫硝反應器與氨水系統之間採用氨水泵增壓管道輸送，並採用霧化噴嘴對氨水霧化，將霧化氨水直接噴入內置有爐內中溫脫硝反應器的餘熱鍋爐煙道進口，霧化氨水與高流速煙氣可以實現更加充分的接觸混合，避免了傳統方式下採用混合器進行混合的工序，精簡了工藝過程，且能夠實現更高的脫硝效率；
3）氨水在低溫脫硝脫硫除塵反應塔的煙氣進口，氨水利用煙氣本身預熱，加熱蒸發成為汽態；保證了還原劑與反應物的高效接觸和迅速反應，實現了更高的脫硝效率；
4）所述的壓縮空氣系統為中溫脫硝反應器中的催化劑模塊和低溫脫硝脫硫除塵反應塔副塔內的低溫催化劑反應床，進行連續壓縮空氣清潔吹掃，保證了煙氣中粉塵不堵塞催化劑本身孔道，使煙氣中反應物與催化劑有效接觸；中溫脫硝反應器中的催化劑模塊和低溫脫硝脫硫除塵反應塔副塔內的低溫催化劑反應床共用一套氣源和氣缸，但是每個催化劑模塊和反應床，均對應獨立的吹掃管道和配套的吹掃控制系統，所述的吹掃管道和配套的吹掃控制系統，具有獨立運行能力，每個吹掃管道上開有吹掃孔，並配有氣動控制閥，氣動控制閥的氣源和吹掃氣源均來自共用的氣缸，氣動控制閥通過吹掃系統所設計的DCS控制系統控制，可以實現精確時間和精確氣量的吹掃控制。可實現整體吹掃控制，面吹掃控制，線吹掃控制甚至是點吹掃控制，能夠達到對每塊催化劑單元進行單獨的吹掃，實現了對催化劑的全方位無死角連續清潔吹掃，防止煙氣中粉塵對催化劑的堵塞。
綜上，本實用新型通過化學動力學原理的配合，在工藝上進行優化，在設備上進行創新設計，將工業窯爐的餘熱發電、煙氣脫硝、煙氣脫硫、煙氣除塵各單一過程和系統，進行創新整個，提出一種新的工藝技術路線，在一整套工藝設備的有機銜接下，實現了煙氣一體化脫硝脫硫除塵和餘熱發電，達到節能減排的雙優化。整個工藝系統緊密整個，有機銜接，工藝流程短，過程精煉，既節約了一次性投資成本和佔地面積面積，同時又減少了運行成本；上述一體化過程後煙氣中汙染因子實現清潔治理達標排放，副產物經過水處理系統進行處理再循環利用，總體實現了清潔治理和零排放的目標。
附圖說明
圖1為本實用新型的工藝流程示意圖。
圖2為本實用新型中餘熱鍋爐的結構示意圖。
圖3為本實用新型中低溫脫硝脫硫除塵反應塔結構示意圖。
圖4為本實用新型中水處理系統的結構示意圖。
圖中：1、玻璃窯爐，2、餘熱鍋爐，3、低溫脫硝脫硫除塵反應塔，4、氨水系統，5、水處理系統，6、壓縮空氣系統，7、一級換熱器，8、中溫脫硝反應器，9、二級換熱器，10、多級換熱器，11、主塔，12、副塔，13、還原劑蒸發器，14、高效氣液分離器，15、噴氨格柵，16、布風裝置，17、卸灰鬥,18、氨水泵,19、隔板，20、低溫催化反應床，21、氨罐，22、沉澱池，23、上清池，24、PH計，25、脫硫循環泵，26、虹吸箱，27、攪拌器，28、稀鹼池，29、濃鹼池，30、水封溝，31、曝氣池，32、風機，33、絮凝劑池，34、自吸排汙泵，35、絮凝箱，36、板框壓濾機,37、煙氣導流均布裝置,38、壓縮空氣預熱管道。
具體實施方式
結合附圖和具體實施例對本實用新型加以說明：
如圖1所示，一種玻璃窯爐煙氣同步脫硝脫硫除塵工藝設備，所述的工藝設備包括有餘熱鍋爐2、低溫脫硝脫硫除塵反應塔3、氨水系統4、水處理系統5、壓縮空氣系統6；結合圖2，所述的餘熱鍋爐2為倒U形，爐內順著煙氣流向由前至後依次設置有一級換熱器7、中溫脫硝反應器8、二級換熱器9以及位於二級換熱器後的多級換熱器10；餘熱鍋爐2的煙氣進口設置在餘熱鍋爐的下部，並與玻璃窯爐1的煙氣出口連通；所述的氨水系統4通過氨水泵18、霧化噴嘴將霧化後的氨水噴入預熱鍋爐進口煙道內，煙道內的高速煙氣攜帶氨水，經過一級換熱器7換熱後煙氣與氨水實現均勻混合後進入中溫脫硝反應器8；所述的中溫脫硝反應器8內設置有多級中溫脫硝催化劑；進入中溫脫硝反應器8並攜帶還原劑氨水的煙氣在多級中溫脫硝催化劑的作用下對煙氣進行中溫脫硝處理；中溫脫硝後的煙氣進入二級換熱器9和多級換熱器10，進行剩餘熱量回收後煙氣通過煙氣出口進入所述的低溫脫硝脫硫除塵反應塔3；
結合圖3，所述的低溫脫硝脫硫除塵反應塔3具有塔體，所述的塔體內設置有將其內腔分割為主塔11、副塔12的隔板19；所述的隔板19的下端與塔體內壁面的底部相連接，隔板19的上端與塔體內壁面的頂部之間具有間隙；所述的主塔11、副塔12通過隔板19上端與塔體頂部之間的間隙相連通；所述主塔11一側的下部通過煙氣進口與餘熱鍋爐2的煙氣出口相連通，並在主塔11一側的煙氣進口內設置有還原劑蒸發器13，所述的還原劑蒸發器13與氨水系統4相連通；利用煙氣本身熱量，預熱還原劑蒸發器內還原劑，使之成為蒸汽，蒸汽狀態的還原劑與煙氣中的二氧化硫充分接觸並迅速反應到達脫硫的目的；所述主塔11的頂部具有上下設置的多層高效氣液分離器14；多層所述的高效氣液分離器14用以將煙氣中的水分與煙氣進行分離，將主塔脫硫反應的產物、粉塵、煙氣本身的水分、還原劑所含的水分，分離截留在主塔內，使相對乾燥的無塵煙氣和還原劑，通過主塔頂部進入副塔，以免影響副塔內的二次脫硝效果；
所述的副塔12內設置有與副塔軸線垂直的低溫催化反應床20，所述的低溫催化反應床20為上下設置的多個；所述的低溫催化反應床20內部填充有低溫脫硝催化劑，由主塔而來的煙氣混合有還原劑，經過低溫催化劑反應床，在催化劑作用下，實現煙氣的二次催化脫硝，實現氮氧化物的超低排放指標；所述副塔12一側的下部設置有煙氣出口；所述的煙氣出口與煙囪21相連；所述的壓縮空氣系統6分別與中溫脫硝反應器8、低溫催化劑反應床02相連通，對中溫催化劑和低溫催化劑具有連續吹掃清潔的作用；所述的工藝設備還設置有用於供給餘熱鍋爐清洗、低溫脫硝脫硫除塵塔以及循環水系統清洗、用水的水處理系統5；結合圖4，所述的水處理系統5包括有清水系統和循環水系統；所述的清水系統包括有沉澱池22、上清池23，用以定期清洗餘熱鍋爐和低溫脫硝脫硫除塵反應塔及內部構建；所述的上清池23位於沉澱池的上部，並在上清池23內設置PH計24；所述的上清池通過虹吸箱26、脫硫循環泵25為低溫脫硝脫硫除塵反應塔3提供清水；經由低溫脫硝脫硫除塵反應塔3使用後排出的汙水通過水封溝36後進入曝氣池31，通過曝氣池31的強制曝氣氧化以及稀鹼池28、以及濃鹼池29的pH調節、中和，在送入沉澱池沉澱，上清液通過上清池23進入回水系統被重複利用，下方一定量的汙泥，定期通過自吸排汙泵34輸送至板框壓濾機36進行壓濾出來，壓濾出來的濾液再進入循環水系統，泥餅被作為固廢妥善處置。
所述主塔11、副塔12底部均設置有卸灰17。
所述的低溫催化反應床20為可翻轉式結構，實現低溫催化反應床的180度翻轉，減少了催化劑長期運行後的表面堵塞造成的催化劑物理性中毒，同時旋轉過程中對於顆粒催化劑具有機械均化作用，使得新鮮的催化劑能夠接觸煙氣，保證了催化劑的長期連續使用壽命和高效催化活性。
所述主塔11、副塔12的頂部均設有煙氣導流均布裝置37，所述的煙氣導流均布裝置37由多組板狀或帶有一定弧度的板狀組合而成，其作用是保證主塔內的煙氣流到副塔後，能夠均勻的分布在副塔的這個橫切面上，不產生局部高流場，從而使的煙氣接觸副塔內的低溫催化劑反應床更加均勻，反應更加充分。
所述的餘熱鍋爐內內置有壓縮空氣預熱管道38，利用煙氣自身熱量，預熱吹掃壓縮空氣，防止直接採用冷空氣吹掃對高溫催化劑的損害和對煙氣帶來的瞬時溫降，保證整個反應器內煙氣溫度場的相對穩定。
採用玻璃窯爐煙氣同步脫硝脫硫除塵工藝設備進行脫硝脫硫除塵的工藝為：玻璃熔窯燃燒煙氣首先通過餘熱鍋爐2的一級換熱器7進行一次熱交換，實現高溫餘熱回收利用，之後煙氣進入餘熱鍋爐的中溫脫硝反應器8，進行煙氣中溫脫硝，隨後煙氣進入餘熱鍋爐二級換熱器9和多級換熱器10，進行剩餘熱量回收，之後煙氣引出餘熱鍋爐，進入所述的低溫脫硝脫硫除塵反應塔3，實現脫硫、除塵和二次脫硝，最後進入煙囪清潔排放；
其具體分步工藝步驟如下：
1）玻璃窯爐排出的溫度為550～600℃煙氣首先進入設有還原劑噴嘴的鍋爐入口煙道，與噴入煙道內的霧化氨水混合，之後進入所述的餘熱鍋爐，並通過餘熱鍋爐一級換熱器，進行煙氣餘熱一次回收，加熱鍋爐水，產生水蒸氣，送往汽輪發電機組進行發電，之後煙氣溫度降至350～380℃，進入爐內中溫脫硝反應器；
2）在爐內中溫脫硝反應器內，煙氣攜帶氨蒸汽，在反應器內填裝的中溫催化劑上，實現脫硝反應，具體反應原理見下述。反應結束的煙氣溫度為340～370℃，進入二級換熱器和之後的多級換熱器進行進一步的餘熱回收；
3）、在鍋爐二級和之後的換熱器中，煙氣進行逐步餘熱回收並產生水蒸氣送往汽輪發電機組進行發電，最後，煙氣溫度降至160～180℃，進入低溫脫硝脫硫除塵反應塔；
4）在低溫脫硝脫硫除塵反應塔內，煙氣首先進入該反應塔主塔煙氣進口內，與進口內的還原劑蒸發器接觸，通過煙氣自身熱量加熱還原劑蒸發器，使其內部的氨水蒸發成氨蒸汽；氨蒸汽通過管道輸送到噴氨格柵，而煙氣繼續進入主塔，煙氣從主塔底部向上流動，首先經過經過噴氨格柵，實現煙氣與還原劑氨蒸汽接觸，主要實現煙氣中二氧化硫與氨反應，完成脫硫反應，隨後煙氣繼續享受流動通過多級高效氣液分離器，使主塔脫硫反應的產物、粉塵、煙氣本身的水分、還原劑所含的水分，分離截留再主塔內，隨後煙氣通過主塔頂部進入副塔，此時煙氣改為向下流動，通過布置在副塔內的低溫催化劑反應床，煙氣中的氮氧化物和氨在低溫催化劑的作用下，可進一步反應而被脫除，實現超低排放；隨後煙氣從副塔底部側面的煙氣出口，排放至煙囪；
5）、在低溫脫硝脫硫除塵反應塔的主塔內，煙氣實現脫硫，產物經過多級高效氣液分離器的截留，連同煙氣中粉塵、煙氣本身的水分、還原劑所含的水一起，落到主塔下方的灰鬥內，灰鬥定期排灰至水處理系統的循環水系統中，經過利用氫氧化鈉或者氫氧化鈣調節pH的中和，通過系統內曝氣池的強制曝氣氧化和沉澱池的沉澱，上清液進入回水系統被重複利用，下方一定量的汙泥，定期通過排汙泵輸送至壓濾機進行壓濾出來，壓濾出來的濾液再進入循環水系統，泥餅被作為固廢妥善處置。
上述整個工藝過程中的化學反應如下：
爐內中溫脫硝反應器中的主要化學反應：
NOX+NH3→N2+H2O（在中溫催化劑作用下）
低溫脫硫脫硝除塵塔內主要反應：
（1）主塔內，氨與煙氣中的SO2反應原理是
SO2+2NH3+H2O→(NH4)2SO3
(NH4) 2SO3+SO2+H2O→2NH4HSO3
主塔內，酸性易溶於水的NO2與氨的反應：
2NH3+2NO2+H2O（水蒸氣）=NH4NO3+NH4NO2
（2）副塔內，氨與煙氣中NOX的反應原理是：
NOX+NH3→N2+H2O（在低溫催化劑作用下）
（3）循環水處理系統主要反應：
曝氣強制氧化：(NH4) 2 SO3+½O2→(NH4)2SO4
沉澱：Ca（OH）2＋(NH4)2SO4→ CaSO4＋NH4OH
此處CaSO4為沉澱，NH4OH在循環液中以離子形式存在，被重複利用。