鎂鈣磚是以氧化鎂和氧化鈣為主要化學(xué)組成的復(fù)合耐火材料，是一種更為環(huán)保的鎂鉻磚替代品[1]。因鎂鈣磚多以工業(yè)石蠟作為結(jié)合劑[2] ，所以，在鎂鈣磚的燒成過程中 ，會揮發(fā)出含有石蠟的煙氣 ，環(huán)保治理難度大。傳統(tǒng)做法采用堿液噴淋，煙氣中含有的粉塵、二氧化 硫和石蠟經(jīng)水洗后進(jìn)入廢液排放。此方法并不能去除氮氧化物[3] ，而且水洗后的廢水含有凝結(jié)的 石蠟、粉塵，十分易于黏結(jié)并堵塞管道和設(shè)備，使產(chǎn)生的廢水 無法回收處理，帶來了二次污染。

  近年來，隨著環(huán)保要求的不斷提高 ，國家和地方相繼更新了針對工業(yè)爐窯的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)[4]。對于遼寧省這樣耐火材料行業(yè)集中的地區(qū)，還出臺了針對本行業(yè)的 《鎂質(zhì)耐火材料工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。(DB 21 /3011—2018) ，其中，標(biāo)準(zhǔn)提出了如隧道窯的粉塵濃度 應(yīng)≤30 mg·m -3、二氧化 硫濃度 應(yīng)≤50 mg·m -3、氮氧化物排放濃度 應(yīng)≤100 mg·m -3; 對于一些重點(diǎn)地區(qū)甚至還要求粉塵濃度 應(yīng)≤10 mg·m -3、二氧化硫濃度應(yīng)≤35 mg·m -3、氮氧化物排放濃度應(yīng)≤50 mg·m -3的 排放標(biāo)準(zhǔn)。

  傳統(tǒng)的堿洗法并不能滿足現(xiàn)在的環(huán)保要求，而且煙氣中含有的石蠟對于除塵濾袋和脫硝催化劑都有不利影響，不能直接照搬電廠常用的選擇性催化還原 (簡稱 SCR) 脫硝和布袋除塵工藝。針對鎂鈣磚的生產(chǎn) 工藝，為 了去除石蠟對后端設(shè) 備 的不利 影響，可 采用在隧道窯后端加焚燒爐的方式去除石蠟。通過高溫 焚燒促進(jìn)石蠟分解，燃 燒后的高溫?zé)煔庠俳?jīng)過兩級換熱降至 280 ～350 ℃后進(jìn)行脫硫、脫硝、除塵。隧道窯多采用天然氣作為燃料，在磚坯燒成的過程中還會有一部分含鎂、鈣氧化物的粉塵產(chǎn)生，若直接進(jìn)行SCR 處理容易引起催化劑中毒，因此，要采取先脫硫除塵再脫硝的工藝。

  在本文中，介紹了實(shí)現(xiàn)鎂鈣磚燒成用隧道窯煙氣超低排放的處理工藝: 干法脫硫 + 金屬濾筒除塵 +SCR 脫硝工藝，以及該工藝的工程應(yīng)用實(shí)例。

  1 干法脫硫

  干法脫硫是指利用超細(xì)的碳酸氫鈉粉末作為脫硫劑，在煙氣溫度高于 140 ℃ 的條件下 ，碳酸氫鈉粉末在高溫?zé)煔獾淖饔孟路纸獬龈呋钚?Na2CO3 和 CO2; 活性強(qiáng)的 Na2CO3 與煙道內(nèi)煙氣中的 SO2 及其他酸性介質(zhì)充分接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后被吸收凈化 。脫硫后粉狀顆粒產(chǎn)物隨氣流進(jìn)入除塵器捕集去除。

  高活性的Na2CO3不僅能夠較快吸附 SO2、HCl、HF 等酸性物質(zhì)，對石蠟未完全焚燒產(chǎn)物、重金屬也有很好的吸附能力，可以實(shí)現(xiàn)污染物的聯(lián)合去除。采用鈉基干法脫硫工藝(簡稱 SDS) ，SO2 去除效 率大于 90%。

  2 金屬濾筒除塵

  一般除塵器濾袋使用溫度需低 于 240 ℃。在 煙氣溫度高于 240 ℃或煙氣的腐蝕性比較強(qiáng)的工況下 ，可以使用金屬濾筒作為濾材 。

  金屬濾筒是以 316L 不銹鋼為原料，通過纖維集束拉拔，真空燒結(jié)工藝制成的 纖維氈。微米級的 不銹鋼纖維直徑均勻，性能優(yōu)異，形成三維迷宮式梯度孔徑結(jié)構(gòu)的 多孔材料。以 不銹鋼纖維為 濾料 制成的 濾筒具有表面平整、光潔 、過濾精度和過濾效 率高 、低壓降、耐高溫、耐 腐蝕等特點(diǎn)[6]。采用 金屬濾筒為 濾料的 除塵器可以應(yīng)用 于高溫、高 硬度 或腐蝕性粉塵的工況。在 過濾風(fēng)速 小于1 m·min -1的 條件下 ，除塵器系統(tǒng)阻力 小于 800 Pa，出口粉塵濃度 小于 10 mg·m -3。

  3 SCR脫硝

  隧道窯燒成溫度一般高 于 1 000 ℃，高溫條件下空氣中的氮會氧化 生成氮氧化物，導(dǎo)致氮氧化物排放濃度較高 ，一般可 達(dá) 300 mg·m -3以 上。選擇性 非催化 還原 ( 簡稱 SNCR) 工藝脫硝效 率一般為 50% ～ 60% ，并不能 滿足超低 排放的 要求，因 此需要 采用SCR 脫硝工藝。

  SCR 脫硝效率一般可 達(dá) 90% 以上，其中，催化 劑是 保證脫硝效 率的 重要 條件。常用 的脫硝催化 劑是以 五氧化二釩為 活性 成分、二氧化 鈦為 載體 的催化劑，適用的溫度區(qū)間為 300 ～400 ℃。同時(shí)，催化 劑還需要注意防止中 毒[7] ，包括堿金屬、砷、硫酸氫銨引起的 催化 劑中 毒，導(dǎo)致催化 劑失效 。進(jìn)入催化劑的 煙氣應(yīng)當(dāng)首先去除這些容易引發(fā)催化劑中毒的物質(zhì)，才能保證催化劑的化學(xué)壽命和穩(wěn)定的脫硝效果。

  4 干法脫硫SCR脫硝工程應(yīng)用實(shí)例

  山西某耐火材料生產(chǎn)企業(yè)建有2條長度為 128.8 m的隧道窯，燒成溫度為 1 500 ～ 1 600 ℃，燃料主要為天然氣和焦?fàn)t煤氣，生產(chǎn)的主要產(chǎn)品為鎂鈣磚 ，年產(chǎn)量約為70000t。鎂鈣磚的結(jié)合劑是石蠟，含量約為 3% (w) 。兩條隧道窯的煙氣匯總處理，設(shè) 計(jì)處理煙氣量為 35 000 m3·h -1，煙氣溫度 300 ～ 360 ℃，隧道窯原 始排放的 粉塵、二氧化 硫和 氮氧化物的濃度 分別為 50、400 和 300 mg·m -3。根據(jù)超低 排放的要求，粉塵、二氧化 硫和 氮氧化物的排放濃度 分別要求達(dá)到10、35 和 50 mg·m -3。

  噴入的脫硫劑小蘇打在高溫?zé)煔獾募訜嶙饔孟拢谎杆俜纸庑纬啥嗫谞畹奶妓徕c。煙氣中的二氧化 硫、石蠟未燃 盡物 、粉塵等 污染物 首先被噴入的脫硫劑吸附捕集后進(jìn)入除塵器。除塵器采用金屬濾筒作為濾材 ，原 煙氣中帶有的 粉塵等 污染物和脫硫劑一起被截留在 濾筒表面，干凈的 煙氣透過濾材 從濾筒中 間匯入除塵器上箱體 并排出。這時(shí)的 煙氣中二氧化硫和 粉塵已被去除，煙氣中的氮氧化物則進(jìn)入除塵后端的脫硝反應(yīng)器。

  本項(xiàng)目使用尿素作為脫硝還原劑，小蘇打?yàn)槊摿騽瑸V材為不銹鋼金屬濾筒。外購的袋裝尿素首先制備 成 40% (w) 左右的尿素溶液，通過邏輯控制計(jì)量噴入 SCR 反應(yīng)器前煙道內(nèi) ，利 用煙道內(nèi)的高溫?zé)煔馐鼓蛩責(zé)峤猱a(chǎn)生氨氣 ，并通過煙道內(nèi)的混風(fēng)裝置使氨氣與煙氣中的氮氧化物在到達(dá)催化 劑表面前混合均勻，在 催化 劑的作用下，氮氧化物被還原成氮?dú)夂退＝?jīng)過脫硫脫硝除塵后的煙氣 由引風(fēng)機(jī)排出。本項(xiàng)目詳細(xì)設(shè) 計(jì)參數(shù)見表 1。

  自 2020 年 4 月投運(yùn)以來連續(xù)運(yùn) 行了半年，出口排放的粉塵、二氧化 硫和 氮氧化物的濃度分別可以達(dá)到 10、20 和 40 mg·m -3以下，污染物 去除效果好 。

  本技術(shù)方案的 優(yōu)點(diǎn)在 于: 1) 采用 干法脫硫技術(shù)，無廢水 、無有色煙羽及 煙囪腐蝕 問題; 2) 采用 干法脫硫，能 夠協(xié)同處理酸性氣體、重金屬、粉塵、石蠟等 有害物 質(zhì)，有利 于后端工藝; 3) 采用 金屬濾筒作為除塵器濾材 ，能 夠耐受 300 ℃ 以上的高 溫，并且具有極好的耐腐蝕性; 4) 采用 SCR 脫硝，脫硝效率高 ，且前端的 脫硫和 除塵已經(jīng)去除了對催化 劑有害的物質(zhì)，能夠保證脫硝催化劑的 正常化 學(xué)壽命，脫硝效 果穩(wěn)定; 5) 整套工藝的系統(tǒng)溫降低 ，排口煙氣 高于，煙囪沒有腐蝕問題，且排口煙氣 也可根據(jù)廠區(qū)需要進(jìn)行熱能回收，實(shí)現(xiàn)能源的可回收利用。

  5 結(jié)語

  干法脫硫 SCR 脫硝工藝可以用于處理鎂鈣磚隧道窯煙氣 治理，大幅度避免了含有堿金屬和石蠟的粉塵對脫硝催化 劑化學(xué)壽命的影響，保證二氧化硫、粉塵、氮氧化物都能 夠滿足超低排放的標(biāo)準(zhǔn)。金屬濾材的選用能夠更好地適應(yīng)工況煙溫的波動情況。本工藝布局合理，系統(tǒng)溫降低 ，排煙溫 度 高，沒有煙囪腐蝕 和有色煙羽等 次生問題，同時(shí)煙氣 余熱具有回收價(jià)值。

  采用 本工藝后，噸磚成本增加約 13. 5 元，但實(shí)現(xiàn)二氧化硫、粉塵和 氮氧化物的年減 排量分別為 102.2、11.2和70t,具有較高的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。

    本文部分摘自《耐火材料》2021年8月第55卷第4期