一种玻璃窑炉烟气一体化脱硝脱硫除尘工艺设备的制作方法

本实用新型属于烟气净化技术领域，具体涉及一种玻璃窑炉烟气一体化脱硝脱硫除尘工艺设备。

背景技术：

玻璃工业熔窑烟气脱硫、除尘和脱硝，是国家近几年陆续提出并推进的环保政策，旨在保护环境，抑制行业产能过剩，促进行业技术转型。

目前传统玻璃窑炉烟气脱硫技术包括干法（包括半干法）和湿法两大类，主要有CFB循环流化床烟气脱硫技术和NID烟气脱硫技术，其主要原理是利用粉状或粒状吸收剂、吸附剂或催化剂来脱除烟气中的SO₂，技术本身脱硫效率能够达到70%～90%，在经过国内近几年的使用，这两种技术本身仍然存在一些缺点，比如脱硫效率不稳定、设备投资和占地面积较大，本身运行过程中将产生大量脱硫固废，难以处置。现有湿法脱硫技术主要有石灰石石膏法和钠碱法，同样存在占地面积大，运行费用高，脱硫固废难以处置等缺点。

目前传统玻璃窑炉烟气脱硝技术主要有SCR法，属于高温烟气脱硝，要求温度窗口为320～420^oC，脱硝效率较高能够达到90%以上；经过国内玻璃窑炉近几年的使用，技术本身仍然存在较多问题，包括一次性设备投资大，占地面积大，尤其是玻璃窑炉尾端一般配套有600～180℃的烟气余热回收锅炉，传统的SCR技术反应温度窗口刚好在余热回收温度区间内，导致传统的SCR技术在配套有余热回收锅炉的玻璃窑炉烟气脱硝中，余热锅炉需要开口，将SCR工艺装置需要赘余在锅炉中间，工艺布置非常不合理，流程阻力大，还会带来烟气温降，降低余热锅炉的热效率约20%左右，减少了发电收益；同时，传统的SCR脱硝技术，需要配套庞大的电除尘器，进一步增加了投资和占地面积，同时电除尘器运行过程中故障率较多，对于整体系统长期运行造成影响。

目前传统玻璃窑炉烟气除尘技术，主要为电除尘和布袋除尘，电除尘一般配套在SCR脱硝系统前端使用，布袋除尘一般配套在干法或者半干法之后使用。

对于玻璃窑炉烟气治理，目前国内还没有一种组合技术，能够实现将烟气中氮氧化物、二氧化硫和粉尘进行同步脱除，同时还能与玻璃窑炉所配套的余热回收锅炉有机衔接，为此本实用新型提出一种玻璃窑炉烟气同步脱硝脱硫除尘技术，并已通过中式，正在经进行工业化应用。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种玻璃窑炉烟气同步脱硝脱硫除尘工艺设备。

本实用新型为实现上述目的采用如下技术方案：

一种玻璃窑炉烟气同步脱硝脱硫除尘工艺设备，所述的工艺设备包括有余热锅炉、低温脱硝脱硫除尘反应塔、氨水系统、水处理系统、压缩空气系统；所述的余热锅炉为倒U形，炉内顺着烟气流向由前至后依次设置有一级换热器、中温脱硝反应器、二级换热器以及位于二级换热器后的多级换热器；余热锅炉的烟气进口设置在余热锅炉的下部，并与玻璃窑炉的烟气出口连通；所述的氨水系统通过氨水泵、雾化喷嘴与中温脱硝反应器相连通；所述余热锅炉的出口与低温脱硝脱硫除尘反应塔连通；所述的低温脱硝脱硫除尘反应塔具有塔体，所述的塔体内设置有将其内腔分割为主塔、副塔的隔板；所述的隔板的下端与塔体内壁面的底部相连接，隔板的上端与塔体内壁面的顶部之间具有间隙；所述的主塔、副塔通过隔板上端与塔体顶部之间的间隙相连通；所述主塔一侧的下部通过烟气进口与余热锅炉的烟气出口相连通，并在主塔一侧的烟气进口内设置有还原剂蒸发器，所述的还原剂蒸发器与氨水系统相连通；所述主塔的顶部具有上下设置的多层高效气液分离器；所述的副塔内设置有与副塔轴线垂直的低温催化反应床，所述的低温催化反应床为上下设置的多个；所述的低温催化反应床内部填充有低温脱硝催化剂；所述副塔一侧的下部设置有烟气出口；所述的烟气出口与烟囱相连；所述的压缩空气系统分别与中温脱硝反应器、低温催化剂反应床相连通；所述的工艺设备还设置有用于供给余热锅炉清洗、低温脱硝脱硫除尘塔以及循环水系统清洗、用水的水处理系统。

所述主塔、副塔底部均设置有卸灰斗。

所述的低温催化反应床为可翻转式结构，实现低温催化反应床的180度翻转，减少了催化剂长期运行后的表面堵塞造成的催化剂物理性中毒，同时旋转过程中对于颗粒催化剂具有机械均化作用，使得新鲜的催化剂能够接触烟气，保证了催化剂的长期连续使用寿命和高效催化活性。

所述主塔、副塔的顶部均设有烟气导流均布装置，所述的烟气导流均布装置由多组板状或带有一定弧度的板状组合而成。

所述的余热锅炉内内置有压缩空气预热管道。

本实用新型提出的一种工业窑炉烟气一体化脱硝脱硫除尘工艺设备，采用上述技术方案，具有如下有益效果：

1）在所述的余热锅炉内设置中温脱硝反应器，使中温脱硝反应器锅炉共用基础和支撑，不需要单独设置脱硝反应器、保温措施、烟道、支撑、基础，没有外置烟道，缩短了工艺流程，提高了工艺衔接性，能够保证反应塔本身带来的温降最小和阻力最小，并减少了投资和占地面积，同时可以保证烟气在脱硝反应过程中，温度降度最小，节约余热资源；

2）中温脱硝反应器和低温脱硝脱硫除尘反应塔共用一套氨水系统，系统紧凑衔接，泵互为备用，故障率低；温脱硝反应器与氨水系统之间采用氨水泵增压管道输送，并采用雾化喷嘴对氨水雾化，将雾化氨水直接喷入内置有炉内中温脱硝反应器的余热锅炉烟道进口，雾化氨水与高流速烟气可以实现更加充分的接触混合，避免了传统方式下采用混合器进行混合的工序，精简了工艺过程，且能够实现更高的脱硝效率；

3）氨水在低温脱硝脱硫除尘反应塔的烟气进口，氨水利用烟气本身预热，加热蒸发成为汽态；保证了还原剂与反应物的高效接触和迅速反应，实现了更高的脱硝效率；

4）所述的压缩空气系统为中温脱硝反应器中的催化剂模块和低温脱硝脱硫除尘反应塔副塔内的低温催化剂反应床，进行连续压缩空气清洁吹扫，保证了烟气中粉尘不堵塞催化剂本身孔道，使烟气中反应物与催化剂有效接触；中温脱硝反应器中的催化剂模块和低温脱硝脱硫除尘反应塔副塔内的低温催化剂反应床共用一套气源和气缸，但是每个催化剂模块和反应床，均对应独立的吹扫管道和配套的吹扫控制系统，所述的吹扫管道和配套的吹扫控制系统，具有独立运行能力，每个吹扫管道上开有吹扫孔，并配有气动控制阀，气动控制阀的气源和吹扫气源均来自共用的气缸，气动控制阀通过吹扫系统所设计的DCS控制系统控制，可以实现精确时间和精确气量的吹扫控制。可实现整体吹扫控制，面吹扫控制，线吹扫控制甚至是点吹扫控制，能够达到对每块催化剂单元进行单独的吹扫，实现了对催化剂的全方位无死角连续清洁吹扫，防止烟气中粉尘对催化剂的堵塞。

综上，本实用新型通过化学动力学原理的配合，在工艺上进行优化，在设备上进行创新设计，将工业窑炉的余热发电、烟气脱硝、烟气脱硫、烟气除尘各单一过程和系统，进行创新整个，提出一种新的工艺技术路线，在一整套工艺设备的有机衔接下，实现了烟气一体化脱硝脱硫除尘和余热发电，达到节能减排的双优化。整个工艺系统紧密整个，有机衔接，工艺流程短，过程精炼，既节约了一次性投资成本和占地面积面积，同时又减少了运行成本；上述一体化过程后烟气中污染因子实现清洁治理达标排放，副产物经过水处理系统进行处理再循环利用，总体实现了清洁治理和零排放的目标。

附图说明

图1为本实用新型的工艺流程示意图。

图2为本实用新型中余热锅炉的结构示意图。

图3为本实用新型中低温脱硝脱硫除尘反应塔结构示意图。

图4为本实用新型中水处理系统的结构示意图。

图中：1、玻璃窑炉，2、余热锅炉，3、低温脱硝脱硫除尘反应塔，4、氨水系统，5、水处理系统，6、压缩空气系统，7、一级换热器，8、中温脱硝反应器，9、二级换热器，10、多级换热器，11、主塔，12、副塔，13、还原剂蒸发器，14、高效气液分离器，15、喷氨格栅，16、布风装置，17、卸灰斗,18、氨水泵,19、隔板，20、低温催化反应床，21、氨罐，22、沉淀池，23、上清池，24、PH计，25、脱硫循环泵，26、虹吸箱，27、搅拌器，28、稀碱池，29、浓碱池，30、水封沟，31、曝气池，32、风机，33、絮凝剂池，34、自吸排污泵，35、絮凝箱，36、板框压滤机,37、烟气导流均布装置,38、压缩空气预热管道。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本实用新型加以说明：

如图1所示，一种玻璃窑炉烟气同步脱硝脱硫除尘工艺设备，所述的工艺设备包括有余热锅炉2、低温脱硝脱硫除尘反应塔3、氨水系统4、水处理系统5、压缩空气系统6；结合图2，所述的余热锅炉2为倒U形，炉内顺着烟气流向由前至后依次设置有一级换热器7、中温脱硝反应器8、二级换热器9以及位于二级换热器后的多级换热器10；余热锅炉2的烟气进口设置在余热锅炉的下部，并与玻璃窑炉1的烟气出口连通；所述的氨水系统4通过氨水泵18、雾化喷嘴将雾化后的氨水喷入预热锅炉进口烟道内，烟道内的高速烟气携带氨水，经过一级换热器7换热后烟气与氨水实现均匀混合后进入中温脱硝反应器8；所述的中温脱硝反应器8内设置有多级中温脱硝催化剂；进入中温脱硝反应器8并携带还原剂氨水的烟气在多级中温脱硝催化剂的作用下对烟气进行中温脱硝处理；中温脱硝后的烟气进入二级换热器9和多级换热器10，进行剩余热量回收后烟气通过烟气出口进入所述的低温脱硝脱硫除尘反应塔3；

结合图3，所述的低温脱硝脱硫除尘反应塔3具有塔体，所述的塔体内设置有将其内腔分割为主塔11、副塔12的隔板19；所述的隔板19的下端与塔体内壁面的底部相连接，隔板19的上端与塔体内壁面的顶部之间具有间隙；所述的主塔11、副塔12通过隔板19上端与塔体顶部之间的间隙相连通；所述主塔11一侧的下部通过烟气进口与余热锅炉2的烟气出口相连通，并在主塔11一侧的烟气进口内设置有还原剂蒸发器13，所述的还原剂蒸发器13与氨水系统4相连通；利用烟气本身热量，预热还原剂蒸发器内还原剂，使之成为蒸汽，蒸汽状态的还原剂与烟气中的二氧化硫充分接触并迅速反应到达脱硫的目的；所述主塔11的顶部具有上下设置的多层高效气液分离器14；多层所述的高效气液分离器14用以将烟气中的水分与烟气进行分离，将主塔脱硫反应的产物、粉尘、烟气本身的水分、还原剂所含的水分，分离截留在主塔内，使相对干燥的无尘烟气和还原剂，通过主塔顶部进入副塔，以免影响副塔内的二次脱硝效果；

所述的副塔12内设置有与副塔轴线垂直的低温催化反应床20，所述的低温催化反应床20为上下设置的多个；所述的低温催化反应床20内部填充有低温脱硝催化剂，由主塔而来的烟气混合有还原剂，经过低温催化剂反应床，在催化剂作用下，实现烟气的二次催化脱硝，实现氮氧化物的超低排放指标；所述副塔12一侧的下部设置有烟气出口；所述的烟气出口与烟囱21相连；所述的压缩空气系统6分别与中温脱硝反应器8、低温催化剂反应床02相连通，对中温催化剂和低温催化剂具有连续吹扫清洁的作用；所述的工艺设备还设置有用于供给余热锅炉清洗、低温脱硝脱硫除尘塔以及循环水系统清洗、用水的水处理系统5；结合图4，所述的水处理系统5包括有清水系统和循环水系统；所述的清水系统包括有沉淀池22、上清池23，用以定期清洗余热锅炉和低温脱硝脱硫除尘反应塔及内部构建；所述的上清池23位于沉淀池的上部，并在上清池23内设置PH计24；所述的上清池通过虹吸箱26、脱硫循环泵25为低温脱硝脱硫除尘反应塔3提供清水；经由低温脱硝脱硫除尘反应塔3使用后排出的污水通过水封沟36后进入曝气池31，通过曝气池31的强制曝气氧化以及稀碱池28、以及浓碱池29的pH调节、中和，在送入沉淀池沉淀，上清液通过上清池23进入回水系统被重复利用，下方一定量的污泥，定期通过自吸排污泵34输送至板框压滤机36进行压滤出来，压滤出来的滤液再进入循环水系统，泥饼被作为固废妥善处置。

所述主塔11、副塔12底部均设置有卸灰17。

所述的低温催化反应床20为可翻转式结构，实现低温催化反应床的180度翻转，减少了催化剂长期运行后的表面堵塞造成的催化剂物理性中毒，同时旋转过程中对于颗粒催化剂具有机械均化作用，使得新鲜的催化剂能够接触烟气，保证了催化剂的长期连续使用寿命和高效催化活性。

所述主塔11、副塔12的顶部均设有烟气导流均布装置37，所述的烟气导流均布装置37由多组板状或带有一定弧度的板状组合而成，其作用是保证主塔内的烟气流到副塔后，能够均匀的分布在副塔的这个横切面上，不产生局部高流场，从而使的烟气接触副塔内的低温催化剂反应床更加均匀，反应更加充分。

所述的余热锅炉内内置有压缩空气预热管道38，利用烟气自身热量，预热吹扫压缩空气，防止直接采用冷空气吹扫对高温催化剂的损害和对烟气带来的瞬时温降，保证整个反应器内烟气温度场的相对稳定。

采用玻璃窑炉烟气同步脱硝脱硫除尘工艺设备进行脱硝脱硫除尘的工艺为：玻璃熔窑燃烧烟气首先通过余热锅炉2的一级换热器7进行一次热交换，实现高温余热回收利用，之后烟气进入余热锅炉的中温脱硝反应器8，进行烟气中温脱硝，随后烟气进入余热锅炉二级换热器9和多级换热器10，进行剩余热量回收，之后烟气引出余热锅炉，进入所述的低温脱硝脱硫除尘反应塔3，实现脱硫、除尘和二次脱硝，最后进入烟囱清洁排放；

其具体分步工艺步骤如下：

1）玻璃窑炉排出的温度为550～600℃烟气首先进入设有还原剂喷嘴的锅炉入口烟道，与喷入烟道内的雾化氨水混合，之后进入所述的余热锅炉，并通过余热锅炉一级换热器，进行烟气余热一次回收，加热锅炉水，产生水蒸气，送往汽轮发电机组进行发电，之后烟气温度降至350～380℃，进入炉内中温脱硝反应器；

2）在炉内中温脱硝反应器内，烟气携带氨蒸汽，在反应器内填装的中温催化剂上，实现脱硝反应，具体反应原理见下述。反应结束的烟气温度为340～370℃，进入二级换热器和之后的多级换热器进行进一步的余热回收；

3）、在锅炉二级和之后的换热器中，烟气进行逐步余热回收并产生水蒸气送往汽轮发电机组进行发电，最后，烟气温度降至160～180℃，进入低温脱硝脱硫除尘反应塔；

4）在低温脱硝脱硫除尘反应塔内，烟气首先进入该反应塔主塔烟气进口内，与进口内的还原剂蒸发器接触，通过烟气自身热量加热还原剂蒸发器，使其内部的氨水蒸发成氨蒸汽；氨蒸汽通过管道输送到喷氨格栅，而烟气继续进入主塔，烟气从主塔底部向上流动，首先经过经过喷氨格栅，实现烟气与还原剂氨蒸汽接触，主要实现烟气中二氧化硫与氨反应，完成脱硫反应，随后烟气继续享受流动通过多级高效气液分离器，使主塔脱硫反应的产物、粉尘、烟气本身的水分、还原剂所含的水分，分离截留再主塔内，随后烟气通过主塔顶部进入副塔，此时烟气改为向下流动，通过布置在副塔内的低温催化剂反应床，烟气中的氮氧化物和氨在低温催化剂的作用下，可进一步反应而被脱除，实现超低排放；随后烟气从副塔底部侧面的烟气出口，排放至烟囱；

5）、在低温脱硝脱硫除尘反应塔的主塔内，烟气实现脱硫，产物经过多级高效气液分离器的截留，连同烟气中粉尘、烟气本身的水分、还原剂所含的水一起，落到主塔下方的灰斗内，灰斗定期排灰至水处理系统的循环水系统中，经过利用氢氧化钠或者氢氧化钙调节pH的中和，通过系统内曝气池的强制曝气氧化和沉淀池的沉淀，上清液进入回水系统被重复利用，下方一定量的污泥，定期通过排污泵输送至压滤机进行压滤出来，压滤出来的滤液再进入循环水系统，泥饼被作为固废妥善处置。

上述整个工艺过程中的化学反应如下：

炉内中温脱硝反应器中的主要化学反应：

NO_X+NH₃→N₂+H₂O（在中温催化剂作用下）

低温脱硫脱硝除尘塔内主要反应：

（1）主塔内，氨与烟气中的SO₂反应原理是

SO₂+2NH₃+H₂O→(NH₄)₂SO₃

(NH₄) ₂SO₃+SO₂+H₂O→2NH₄HSO₃

主塔内，酸性易溶于水的NO₂与氨的反应：

2NH₃+2NO₂+H₂O（水蒸气）=NH₄NO₃+NH₄NO₂

（2）副塔内，氨与烟气中NO_X的反应原理是：

NO_X+NH₃→N₂+H₂O（在低温催化剂作用下）

（3）循环水处理系统主要反应：

曝气强制氧化：(NH₄) ₂ SO₃+½O₂→(NH₄)₂SO₄

沉淀：Ca（OH）₂＋(NH₄)₂SO₄→ CaSO₄＋NH₄OH

此处CaSO₄为沉淀，NH₄OH在循环液中以离子形式存在，被重复利用。