玻璃窑触媒陶瓷滤管除尘器优点及滤管断裂问题解决方案.pdf

d o i:1 0.3 9 6 3/j.i s s n.1 6 7 4-6 0 6 6.2 0 2 3.0 4.0 1 8玻璃窑触媒陶瓷滤管除尘器优点及滤管断裂问题解决方案孙 柱,何义斌,王 俊(中建材环保研究院(江苏)有限公司,盐城2 2 4 0 5 1)摘 要:该文介绍了玻璃窑除尘脱硫脱硝工艺以及触媒陶瓷滤管除尘器的优点,并提出触媒陶瓷滤管除尘器滤管断裂的原因及解决措施。关键词:玻璃窑炉;触媒陶瓷滤管;断裂A d v a n t a g e so fG l a s sF u r n a c eC a t a l y s tC e r a m i cF i l t e rT u b eD u s tC o l l e c t o ra n dS o l u t i o nt oF i l t e rT u b eF r a c t u r eP r o b l e mS UNZ h u,HEY i-b i n,WANGJ u n(C N BM E n v i r o n m e n t a lP r o t e c t i o nR e s e a r c hI n s t i t u t e(J i a n g s u)C o,L t d,Y a n c h e n g2 2 4 0 5 1,C h i n a)A b s t r a c t:T h i sp a p e r i n t r o d u c e st h ed u s tr e m o v a l,d e s u l f u r i z a t i o n,a n dd e n i t r i f i c a t i o np r o c e s s e so fg l a s sf u r n a c e,a sw e l l a s t h ea d v a n t a g e so fc a t a l y t i cc e r a m i cf i l t e rt u b ed u s tc o l l e c t o r s.I ta l s op r o p o s e st h er e a s o n sa n ds o l u t i o nt ot h ef r a c t u r eo f t h e f i l t e r t u b eo f t h ec a t a l y t i cc e r a m i c f i l t e r t u b ed u s t c o l l e c t o r.K e yw o r d s:g l a s s f u r n a c e;c a t a l y s t c e r a m i c f i l t e r t u b e;f r a c t u r e收稿日期:2 0 2 3-0 2-1 6.作者简介:孙 柱(1 9 8 3-),工程师.E-m a i l:1 3 7 0 5 1 0 0 0 4 01 6 3.c o m对于玻璃窑炉高温烟气除尘、脱硝净化治理,传统工艺采用高温电除尘器、脱硝反应器进行处理,在实际应用中往往会出现催化剂堵塞导致系统烟气阻力增大,高温电除尘器因极板板线变形、绝缘瓷瓶破损等故障导致电场不能稳定工作,导致烟气中硝、尘达不到环保排放要求。陶瓷滤管除尘器新技术的应用,可将硝、尘装置一体化,增加烟气达标排放稳定性。1 项目概况1.1 烟气参数河南某光伏轻质基板项目,熔窑燃料为天然气和焦炉煤气,烟气参数如表1所示。表1 烟气参数表项目烟气量/(Nm3h-1)进口烟温/含氧量/%入口含尘浓度/(m gNm-3)入口NOx浓度/(m gNm-3)入口S O2浓度/(m gNm-3)数值1 8 00 0 03 5 03 9 081 14 0 036 0 010 0 01.2 工艺原理高温烟气(3 5 03 8 0)由余热锅炉高温段/高温换热器出口引出,进入干法脱硫塔。在脱硫塔的进口段,高温烟气与加入的脱硫剂C a(OH)2颗粒充分混合。混合烟气通过脱硫塔底部的文丘里管加速,进入脱硫塔塔体,含硫烟气与C a(OH)2反应,反应过程一直持续到陶瓷滤管表面。从化学反应角度看,S O2与C a(OH)2颗粒在循环流化床内的反应过程是一个外扩散控制的反应过程。S O2与C a(OH)2反应的速度主要取决于S O2在C a(OH)2颗粒表面的扩散阻力。当滑落速度增加时,由于摩擦程度的增加,C a(OH)2颗粒表面的气膜厚度减小,S O2进入C a(OH)2的传质阻力减小,传质速率加快,从而加快S O2与C a(OH)2颗47建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期粒的反应,9 5%以上的硫化物被脱除。脱硫塔内设文丘里加速烟气,在高速气流的作用下,塔内的脱硫剂与烟气产生激烈的湍动和混合,充分接触,在上升的过程中,不断形成絮状物向下返回,而絮状物在激烈湍动过程中又不断解体重新被气流提升,使得气固间的滑落速度高达单颗粒滑落速度的数十倍;脱硫塔顶部结构进一步强化了絮状物的返回,进一步提高了塔内颗粒物的密度,使得塔内的C a/S比高达5 0以上。这样塔内气固两相流机制,极大地强化了气固间的传质和传热,为实现高效脱硫提供了根本保证。脱硫塔底设压缩空气喷吹系统,用于吹扫塌床时堆积在塔底的粉尘。该系统在脱硫塔后设置旋风除尘器进行预除尘,以减轻后段陶瓷滤管的收尘负荷及冲刷,增加滤管的使用寿命。采用氨水直喷技术。氨水由压缩空气送入烟管氨水喷入点,通过氨水喷射调节系统准确控制喷入氨水量。公司的氨水直喷系统保证最大限度的让氨与烟气氮氧化物充分反应,并具有稳定运行的可靠性。当脱硫后的烟气通过陶瓷滤管时,由于滤管的筛选、拦截作用,粉尘及脱硫灰被阻留在滤管外表面,并在清灰系统的作用下被收集到灰斗中。除尘后的烟气由滤管外流向滤管内的过程中,在滤管内的催化剂作用下,与氨进行脱硝催化还原反应,从而同步实现除尘、脱硝1。为保证系统的长期有效运行,系统陶瓷滤管除尘器采用独立分室设计,每个分室设有独立关断的阀门及粉尘检测仪。通过在线监测监控,当发现有分室烟尘超标时,可将该分室暂时关断,检查是否有滤管破损,可以实现在线更换滤管。除尘器灰斗中的脱硫灰由气力输送系统送至旋风除尘器底部,旋风除尘器底部灰斗内的大部分脱硫灰通过螺旋输送机进入脱硫塔内进行再循环,另外一小部分灰通过另一套气力输送系统送至最终产物仓存储外运2。陶瓷滤管除尘器后段设置2台变频引风机,以满足整个系统的阻力要求。烟气经引风机增压后返回余热锅炉低温段或直接排入烟囱。1.3 工艺流程结合熔窑运行参数,选择目前平板玻璃行业较主流的触媒陶瓷滤管多污染物一体化脱除技术3,4。该工艺流程为玻璃窑炉出口高温烟气经余热锅炉后温度降至3 8 0左右后进入环保设备,烟气通过脱硫塔、旋风除尘器、陶瓷滤管一体化除尘器等处理后的净烟气经引风机至烟囱外排,该系统烟气处理工艺流程图见图1。2 触媒陶瓷滤管除尘器优点触媒陶瓷滤管除尘器过滤系统主要优点为集除尘、脱硝与脱硫一体化。2.1 除尘陶瓷纤维滤管过滤器有别于传统的布袋除尘器,陶瓷纤维滤管取代滤袋,其具有如下特性:1)高孔隙率,达7 0%以上;2)粉尘去除效率的功效来自于极细的陶瓷纤维(直径约23m);3)陶瓷纤维不易与烟气中的化学物质起化学反应;4)可耐高温2 5 03 7 5,不含催化剂的陶瓷滤管可耐受瞬间高温9 0 0。相较于传统的布袋除尘器,触媒陶瓷纤维滤管除尘器具有很多优势:1)耐高温抗腐蚀,对于高温和腐蚀57建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期性化学物质抵抗性均比传统的袋式集尘器滤袋更优越;2)使用寿命延长,相比滤袋寿命明显提高。陶瓷纤维滤管在收尘过程中会在其表面形成残存层饼与颗粒层饼两层。其中残存层饼紧贴陶瓷纤维滤管表面,厚度为12mm,防止粉尘渗透到滤管内部,提升过滤效率。较外层的颗粒层饼可通过反向脉冲吹扫清洗,使粉尘颗粒脱离滤管。陶瓷纤维滤管与传统滤袋的过滤原理略有不同:1)传统滤袋具有弹性,逆吹时膨胀变形将尘饼完全剥离。陶瓷纤维管坚固的过滤体,逆吹时保留残存尘饼提高细微颗粒的过滤效果;2)可实现在线更换,提高系统可利用率。经干法脱硫后的烟气进入触媒陶瓷纤维滤管除尘器,在除尘器中,粉尘从烟气中分离出来,经过除尘器处理后烟尘浓度可以迅速降低至1 0m g/Nm3以下(干基,标态)。2.2 脱硫原烟气在经过陶瓷纤维过滤系统前端的烟道及干法脱硫塔时,同均匀喷射在烟道中的熟石灰进行反应,脱除部分的S O2、S O3以及H F、HC l等其它酸性物质。当烟气进入陶瓷纤维滤管过滤器时,陶瓷滤管表面因颗粒物的沉积会形成粉饼层(粉饼层成分较为复杂,含有部分未反应完的熟石灰)。因烟气流速较低,烟气与粉饼层内颗粒接触充分,在这一过程中,烟气中的S O2与熟石灰再次进行了脱硫反应,脱除了部分的S O2,通常占总脱硫效率3 0%4 0%,提高了脱硫剂的利用率。2.3 脱硝触媒陶瓷纤维滤管是在原陶瓷纤维滤管中,加入钒-钛系作为触媒(催化剂),所有催化剂均匀地分布在陶瓷纤维滤管表面。由于触媒粒子粒径为纳米级,且滤管的表面积很大,这样大大增加了催化剂的活性表面积以及反应速率,同时也增加了烟气的停留时间,使NOx脱除效率达到最大化。在催化剂的作用下烟气中的NOx与NH3发生催化反应生成N2和H2O,从而起到脱硝作用。此催化剂由于附在陶瓷纤维滤管上,在催化剂外层还会有层饼形成,这样可降低重金属珅(A s)、硒(S e)及汞(H g)对催化剂的毒化作用。3 滤管断裂问题描述陶瓷滤管除尘器共分1 2个仓室,烟气从旋风除尘器出来后,经陶瓷滤管除尘器仓室下部烟道进入陶瓷滤管除尘器,烟气经陶瓷滤管脱除粉尘及NOx后,洁净的烟气从仓室上部排出。每个仓室在进、出口烟道上设置单独控制的插板阀,通过插板阀可将仓室与系统独立,可对仓室逐一进行在线检修。该环保设施投入运行半年后,陆续从运行中控画面中出现仓室粉尘仪参数值迅速变大,断定出现陶瓷滤管断裂现象。判断仓室可能断管后,会立即组织关断仓室进、出口手动蝶阀,阻断高温烟气继续进入仓室。待仓室内温度达到常温后,人员进入仓室内部检查、检修。出现触媒陶瓷滤管断裂频次先是偶尔断一根,慢慢演变为几根一起断(滤管断裂见图2)导致烟囱外排处粉尘值及NOx值排放指标难以控制。针对滤管断裂问题,技术和生产人员共同努力寻找解决方案。4 原因分析首先利用流场模拟分析仓室内部烟气流束状态,发现气体进入仓室内并未均匀导流至各区域,流量主要聚集在烟道进口的远端。在断面速度云图(图3)中右侧滤管底部已有明显涡流区,所产生的涡流区域的滤67建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期管较其他区域晃动的频率及幅度大。每当出现波动时,涡流区域的滤管受到气流横向力而出现不同程度的晃动。陶瓷滤管抗折试验显示,在滤管底部施加8k g的横向力,就可将整根滤管从唯一受力处法兰根部折断,因而容易出现陶瓷滤管断管现象。其次对脉冲喷吹母管检查发现喷吹孔处因制作原因,出现加工料头堵塞(图4)喷吹孔导致压缩空气无法对滤管喷吹,滤管长时间未清灰导致积灰严重,加重了陶瓷滤管断裂发生概率。另外因未能及时发现灰斗排灰不畅,个别仓室积灰长时间不能及时外排,出现大体量积灰。积灰挤压陶瓷滤管使得陶瓷滤管受力不均会出现断裂。5 解决措施在仓室烟气进口处,增加烟气导流板装置,使进入仓室的烟气能较平稳、缓和,防止进入仓室烟气局部不均造成扰动大导致滤管摆动。对喷吹管逐个检查,清除喷吹孔堵塞杂物后再复装,保证喷吹效果,使得滤管能按设定时间及时清灰,防止长时间未能清灰导致大量积灰,增加滤管质量,出现根部受力超限折断。各个仓室对应灰斗内部积灰需及时清灰,通过下方仓泵清理外排。该项目采用压缩空气仓泵输灰外排,灰斗设置流化风辅助清灰,灰斗上部设检查孔,便于观察灰斗内部积灰情况。为防止灰斗出现大面积积灰故障,要求巡检人员每个班通过灰斗检查孔检查1次,确认系统排灰正常,以防灰斗下方连接仓泵接管处堵塞。6 结 论经过以上整改,运行近两个月来陶瓷滤管未发生断裂。除尘器进、出口烟气压差数值约14 0 0P a,在设计范围内,除尘器运行正常。陶瓷滤管除尘器滤管的使用寿命明显提高,取得了比较显著的经济和环境效益。参考文献1 营 东.触媒陶瓷滤管在玻璃窑炉烟气处理中的应用J.中国玻璃,2 0 1 8,6(1):2 4-2 7.2 何志炜,汤建球,张家平.高温陶瓷滤管除尘器的设计与工程应用J.中国环保产业,2 0 2 2,3(1):4 8-5 3.3 何义斌,王 俊.玻璃行业多污染物一体化脱除技术的比较分析J.建材世界,2 0 2 2,4 3(6):1 0 0-1 0 3.4 高 超,沈 浩,时昌波,等.触媒陶瓷滤管多污染物一体化脱除技术在光伏玻璃行业中的应用J.建材世界,2 0 2 2,4 3(5):7 8-8 1.77建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期