2010年第16期（总第151期）
China Hi-Tech Enterprises
NO.16.2010
（CumulativetyNO.151）
天然气浮法玻璃窑炉烟气除尘脱硝技术研究
王雁林
（安彩高科股份有限公司，湖南 安阳 455000）
摘要：通过高效除尘和SCR脱硝，天然气玻璃窑炉的烟气完全可以达到最新的环保要求。文章对天然气窑炉的
烟气氮氧化物、颗粒物的处理进行了分析，寻求满足新形势下环保要求并具有经济实用性、适合企业采纳的烟气处理系统。关键词：天然气窑炉；浮法玻璃；烟气除尘；SCR脱硝；烟气处理系统中图分类号：TQ171 文献标识码：A 文章编号：1009-2374 （2010）16-0085-03国家“十一五”发展规划强调，坚持以科学发展观统揽经济发展全局，并把产业结构优化升级、资源利用率显著提高、可持续发展能力增强等作为经济发展的主要目标。
2009年9月30日，发展改革委发布《关于抑制部分行业产能过剩和重复建设引导产业健康发展的若干意见》第38号文件，对平板玻璃烟气排放标准提出了具体要求：严格环
氮氧化物排放低于保治理措施，CO2排放低于500mg/Nm3、
颗粒物排放浓度低于50mg/Nm3。700mg/Nm3、
玻璃行业一直采用《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB9078-1996），没有规定氮氧化物指标，天然气作为环保能源，可直接排放，而按照新的标准，必须进行除尘和脱硝处理。脱硝对温度、含尘量的要求比较苛刻，工艺流程配置比较繁琐，必须深入分析，得到可行的解决方案。
二、烟气除尘治理技术比选
浮法玻璃烟尘的特点是，烟气量大，含尘量在200~280mg/Nm3
左右，粉尘粒度小，600吨窑炉烟气量90000Nm3/h。
常用的除尘方法对比如下：（一）干法除尘1．重力除尘：重力除尘和惯性除尘对1μm以下颗粒分离效率低，不能达到50mg/Nm3的目标。
2．离心分离器（旋风除尘器）：对颗粒度较大，含尘量高的烟气处理效果较好，一般作为除尘工序的预处理设备。
3．袋式除尘器：袋式除尘器的过滤机理是一个综合效应的结果。粉尘一般由超细微粒到粗粒的各粒径按一定分散度曲线分布的。虽然滤布纤维问的孔隙也许大于100mm以上，但织物过滤却能捕集微米粒子，过滤机理各种效应是重力、筛滤、惯性碰撞、钩附效应和扩散与静电吸引。
袋式除尘器对温度要求为180℃～200℃之间，需先降温。袋式除尘器的压损为1700Pa，使用风机的功率要明显高于EP设备。（二）湿法除尘
借助液滴或液膜洗涤含尘气体，使尘粒附着于液体上或凝集成大粒，以便使粒子分离的装置。由洗涤塔或文丘里洗涤器和相应的循环水处理系统组成。这种净化工艺具有安全可靠的特点，缺点是水处理设施庞大，水耗和能耗高，易腐蚀、结垢、除尘效率较低、排放二次污染等问题。随着干法除尘特别是EP技术的不断发展，逐渐被替代。（三）电除尘 （EP）
利用电晕放电使含尘气体中的粒子带电，借助电作用力使带电粒子分离的装置，可分为板式和管极式。板式不适合高比电阻粉尘，而且故障率高，运行效果差，已经淘汰。管极式电除尘器具有以下优点：处理效率高，运行稳定，压降仅300Pa，适用范围广。尤其对气量大、温度高、细小颗粒多或处理深度需求高的废气处理更具优越性，可以根据用户处理深度要求采用二电场、三电场，甚至四电场除尘器。
综合除尘效果、运行的经济性，袋式除尘和EP设备可供天然气浮法窑炉选择。
一、浮法玻璃生产线烟气状况
浮法玻璃生产线目前主要使用重油、天然气、煤制气等几种燃料，天然气被称为绿色能源，被越来越多的厂家所采用。
根据目前浮法玻璃行业的生产规模及使用的燃料情况，排气温度大多在450℃～500℃。烟气中的主要污染物为SOx和NOx，其含量随使用的燃料不同而相差较大。天然气
分解燃料中本身硫含量极少，采用Na2SO4作为玻璃澄清剂，SO2排放微量SO2产生。对于采用天然气作为燃料的熔炉，
3
浓度在300～500mg/Nm，排放浓度能满足环保要求，见表1：
表1 天然气玻璃池窑烟气中污染物初始排放水平（干烟气、273K压力101.3kPa、8%含氧量状态下）
污染物颗粒物氮氧化物（NO2初始排放浓度
（mg/Nm3）99～2801800～2870
初始吨产品排放量
（kg/t）
0.2～0.61.7～7.4
来源：《欧盟IPPC平板玻璃工业BAT技术参考文档》
表2 浮法烟尘粒径
粉尘粒径分布（容积%）
0.5～1μm0.3～0.5μm0.1～0.3μm0.1μm以下25
50
20
5
100
表3 浮法烟尘灰成分质量百分比
成分%
Fe2O32.77
MgO1.26
CaO0.47
Al2O32.2
SiO25.83
K2O1.31
Na2O29.19
TiO0.46
- -85
三、烟气脱硝技术比选
（一）氮氧化物产生的机理
烟气中NOx产生主要来源于三方面：1．原料中少量硝酸盐分解。2．燃料中含氮物质的燃烧。3．空气中氮的燃烧，即热NOx，这是最主要的生成方式。烟气切向进塔，用旋流板使KMnO4和NaOH液体雾化，充分反应。
该设备脱硝效果肯定，但是设备占据空间较大，处理程序复杂，废水处理池容易二次污染。随着SCR、SNCR技术国产化的进展，已经很少使用。
4．低氮燃烧技术：理论上适合天然气窑炉使用的有空玻璃熔窑废气中的NOx，初始90%～95%为NO，但在排放过程中，随着温度的下降而逐渐转化为NO2。（二）脱硝技术的比选
玻璃窑炉的NOx污染控制可分为燃烧中和燃烧后控制两种。燃烧中控制主要分为燃料调节技术和氧气、燃料燃烧技术，目前在天然气浮法玻璃窑炉实施燃烧中控制需要进行较大的技术改造，难度较大。燃烧后脱硝技术主要有SCR、SNCR、湿法脱硝，SCR在电子玻璃窑炉上已经有应用。
天然气窑炉排放氮氧化物含量为1800～2600mg/Nm3，
要求达到700mg/Nm3以下，
脱硝效率必须在70%以上才能达标，国内外较为成熟的技术如下：
1．SCR：SCR可分为高温、中温、低温三种不同的工艺。高温SCR一般指的是催化剂的适用温度在450℃～600℃及以上，中温SCR是指催化剂的适用温度在280℃～420℃，而低温SCR是指催化剂的适用温度在120℃～300℃。目前商业上应用比较广泛的是运行温度处于280℃～420℃的中温
催化剂，以TiO2为载体，
上面负载钒、钨和钼等主催化剂或助催化剂。
4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O
（1） 8NH3+6NO2=7N2+12H2O
（2） 4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O
（3）在催化剂作用下，向温度约280℃～420℃的烟气中喷入氨，将NOX还原成N2和H2O、NH3与烟气均匀混合后一起通
过一个填充了催化剂（如V2O5-TiO2、
白金）的反应器，NOx与NH3在其中发生还原反应，
生成N2和H2O。V2O5作为催化剂，TiO2或者WO3抑制SO2氧化。
SCR脱硝效率高达90%以上，催化剂的正常使用寿命为24000h，脱硝效果稳定。
天然气不含砷，浮法玻璃现在也不使用白砒作为澄清剂，
但是配方中重碱用量较大，烟尘中含有一定数量的Na2O，
碱金属如果与催化剂表面接触，能够直接与活性位发生作用而使催化剂钝化，造成催化剂碱中毒。催化剂避免潮湿环境，并选用蜂窝状催化剂能有效减少烟气中碱性氧化物的影响。
2．SNCR：选择性非催化还原（SNCR）脱除NOx技术是把含有NHx基的还原剂（如氨气、氨水或者尿素等）喷入炉膛温度为800℃～1100℃的区域，该还原剂迅速热分解成NH3和其它副产物，随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR反应而生成N2。
SNCR的脱硝效率为50%左右，但是成本较低，因此往往和低氮燃烧器混合使用，也可以和SCR混合使用，从而降低脱硝费用。浮法玻璃窑炉结构和工业锅炉差异较大，可能使用的位置就是蓄热室，温度能够达到反应要求，具体运用技术还有待于开发。
3．湿法脱硝：旋流板塔技术，采用高锰酸钾KMnO4和NaOH作为吸收剂，先用KMnO4将烟气中的NO氧化为NO2，再用NaOH反应去除NO2。可以除去烟气中的NOX和PbO，
- -86
气、天然气分级燃烧技术以及烟气再循环技术，因为天然气被视为环保能源，国内天然气窑炉在设计和实际应用中均没有进行低氮燃烧的研究开发工作，预期随着氮氧化物排放标准的提高，低氮燃烧技术逐渐获得运用。
5．纯氧燃烧技术：目前，纯氧助燃熔炉尚未在平板玻璃工业界广泛应用，主要障碍在于：对于不同规模的炉窑，节能潜力可能也不尽相同。例如：对于大型平板玻璃熔炉，节能潜力（5%～15%）不如中小型熔炉（30%～50%）；投资较大；炉窑对耐火材料要求高。
综上所述，适合天然气窑炉的脱硝方式选择SCR。
四、烟气处理系统设计
根据天然气浮法玻璃窑炉和各项环保技术的特点，设计天然气烟气处理系统如下：（一）EP和SCR处理系统
按照SCR反应室所布设的位置不同，可以分为高灰、低灰配置。高灰分工艺要求催化剂有较强的抗阻塞能力，有较强的抗碱金属毒性、抗SO2毒性。
1．高灰配置。
图1 高灰EP-SCR温度变化框图
高灰即SCR的前置式，优点是进入反应器的烟气温度达300℃～500℃，催化剂活性大，烟气不需要加热即可获得良好的脱硝效果。但催化剂处于高烟尘中，飞灰中的K、Na、Ca等易使催化剂中毒，也造成蜂窝状催化剂中的烟气通道堵塞，另外烟气温度高也有烧坏催化剂的危险。但该配置工艺布置容易，余热锅炉利用比较充分。
2．低灰配置。低灰配置优点是催化剂不受飞灰影响，使用效果好，
寿命长。可有以下两种配置方式：
图2 第一种低灰EP-SCR温度变化框图
第一种低灰配置工艺配置简单，余热利用充分。SCR催化剂的温度要求280℃～420℃，SCR的烟气温度接近下限，脱硝效率降低。EP在300℃以上温度工作，必须使用高温EP
设备。
图3 第二种低灰配置EP-SCR温度变化框图第二种低灰配置的优点是工艺配置流畅，效果肯定，系统稳定。除需要高温EP设备外，还需增加喷淋降温设备。余热锅炉配置到末端，利用效率低一些。
（二）袋式除尘和SCR
袋式除尘器的工作温度要求200℃以下，若SCR安装到袋式除尘器之后，烟气必须加热升高到280℃以上，势必耗用大量能源，从经济角度看，必须使用高灰配置，也即SCR前置。
2010年第16期（总第151期）
China Hi-Tech Enterprises
NO.16.2010
（CumulativetyNO.151）
CASS生物脱氮原理及其在城市污水处理厂的应用研究
梁水明
（中铁二院工程集团有限责任公司环境工程研究院，四川 成都 610050）
摘要：随着工业的迅速发展，水体污染和富营养化现象日益严重。文章通过对国内城市污水处理厂采用的脱氮除磷
工艺对比分析，提出了采用CASS工艺作为污水处理厂生物脱氮的生化处理工艺，确保各项指标达到排放标准。工程实际证明，CASS工艺具有良好的生物脱氮功能，是城市污水处理厂控制氮、磷等营养物进入水体的重要途径。关键词：污水处理厂；生物脱氮；CASS工艺中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1009-2374 （2010）16-0087-02随着工业化和城市化的快速发展，城市和工业排放大量有机物和氮磷营养物排入水体，使水环境污染和水体富营养化日益严重。2002年国家环境保护总局 、国家质量监督检验检疫总局联合颁发了《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002），从2006年1月起，新建的城市污水处理厂出水，执行一级标准的A标准，提高了氮、磷排放标准。因此，对新建污水处理厂，必须选择具有较高脱氮效率的工艺技术。
通过对国内外城市污水处理厂采用的主要脱氮除磷工艺分析比较，结合CASS工艺特点，根据该工程的规模及水质特点，提出采用CASS工艺作为污水生化处理工艺，以提高生物脱氮效率，确保污水处理各项指标达到排放标准。
磷的水解以及细胞内糖的水解，并导致磷酸盐的释放。
2．预反应区。预反应区在兼氧条件下运行，泥、水混合液由生物选择区进入预反应区，一部分聚磷菌利用主反应区内回流混合液中硝酸盐作为最终电子受体以分解细胞内的PHB，产生的能量用于磷的吸收和聚磷的合成；同时反硝化细菌利用主反应区内回流混合液带来的硝酸盐，以及废水中可生物降解的有机物进行反硝化，达到部分脱碳与脱硝、除磷的目的。
3．主反应区。通过控制主反应区的曝气强度，使主反应区内主体溶液中处于好氧状态，活性污泥结构内部基本处于缺氧状态，溶解氧向污泥絮体内的传递受到限制而硝态氮由污泥内向主体溶液的传递不受限制，从而使主反应区中同时发生有机污染物的降解以及同步硝化和反硝化作用。在主反应区，聚磷菌除了吸收、利用污水中的可生物降解有机物外，主要是分解体内贮积的PHB，产生的能量可供自身生长繁殖，此外还可吸收周围环境中的溶解磷，并以聚磷的形式在体内超量贮积。主反应区通过排放剩余污泥将富含磷的污泥排出，达到除磷目的。污水中的氨氮硝化通过被亚硝酸菌、硝酸菌
＋－
转化为亚硝酸盐和硝酸盐，氧化1.0gNH4-N为NO3-N共耗氧4.57g，消耗碱度为7.14g（以CaCO3计）。反硝化通过反
（被还原为N2）硝化菌利用亚硝酸盐和硝酸盐中的N3＋和N5＋
作为能量代谢中的电子受体，O2－作为受氢体生成H2O和
有机物作为碳源及电子供体提供能量并得到氧化OH－碱度，
（以BOD计）稳定。将1.0gNO2－-N转化为N2时消耗有机物
玻璃窑炉中的逐渐开发，运行效率更高、更加经济的烟气处理
系统会不断进入应用阶段。
图4 袋式除尘器－SCR温度变化框图袋式除尘器的工作温度较低，所以脱硝后还需要喷淋降温，但是因为袋式除尘器效率高达99%，设备价格低，随着国家环保标准的不断提高，使用会越来越广泛。
参考文献
[1]张殿印．除尘工程设计手册[M]．化学工业出版社，2003．
[2]朱崇兵，金保升．碱金属氧化物对V2O5-WO3/TiO2催化剂脱硝性能的影响[J]．环境化学，2007，（11）．
[3]孙克勤，钟秦．SCR催化剂的碱金属中毒研究[J]．中国环保产业，2007，（7）．
一、CASS工艺及脱氮原理
（一）CASS结构
CASS主要由3部分组成：选择区、预反应区和主反应区。（二）CASS脱氮（除磷）原理
CASS的前端设厌氧状态的选择区和预反应区。经主反应区回流混合液至选择区，使微生物在选择区充分释放磷，在缺氧区进行预反硝化；同时，CASS内进行同步硝化、反硝化，及磷的富集吸收，从而达到脱氮除磷的功效。
1．选择区。污水进入厌氧状态的选择区，在没有硝态氮存在的条件下，兼性细菌将溶解性BOD转化成低分子有机物（VFA），生物聚磷菌优先吸附这些低分子有机物，并将其同化成胞内碳源存贮物（PHB/PHV），所需能量来源于细胞内聚合
五、结论
通过高效除尘和SCR脱硝，天然气玻璃窑炉的烟气完全可以达到最新的环保要求。随着技术的不断进步，纯氧燃烧、空气和天然气分级燃烧技术、烟气再循环技术以及SNCR在
- -87