触媒陶瓷滤管一体化脱除技术在玄武岩纤维行业的应用

莫仕程，汪 江，方 向

(1.中国建材国际工程集团有限公司，深圳 518054；2.中国建材国际工程集团有限公司，蚌埠 230010)

“连续玄武岩纤维及其复合材料”于2002年被列入国家高技术研究发展计划“863计划”。玄武岩纤维在复合材料、隔热材料、造船材料、摩擦材料、汽车轻量化、以及国防、军工领域、高温过滤织物等多个方面应用。2020年，我国玄武岩纤维行业发展迅猛，烟气排放的大气污染物对环境带来严重的影响。因此，研究玻璃纤维及制品工业污染物烟气治理技术应用具有重要意义。

目前触媒陶瓷滤管一体化脱除技术在平板玻璃、玻璃纤维等行业得到应用。该文对一种触媒陶瓷纤维滤管烟气脱硫脱硝除尘一体化烟气净化技术在玄武岩纤维某烟气治理工程项目的运用进行研究，为我国玄武岩纤维行业烟气治理工程带来新的工艺技术路线，并对该行业深化大气污染减排烟气治理提供借鉴。

1 烟气污染物产生来源

国家“十三五”规划将玄武岩纤维纳入四大纤维之一[1]。玄武岩纤维的主要生产方法为池窑法拉丝工艺，将矿物原料加工配制送入单元窑，用燃料燃烧熔化物料后直接拉丝[2]。玄武岩纤维窑炉烟气的大气污染物主要包括粉尘和烟气，烟气特性具有烟气量小、烟气温度高、含水率高及成分复杂、粘性高等特点。该玄武岩纤维烟气治理工程项目窑炉的燃料为天然气，利用纯氧助燃，产生的废气中主要污染物为烟尘、SO2和 NOx。

1.1 烟尘主要来源

1)原料在燃烧过程中因加料带入烟气中形成烟尘；2)玄武岩纤维窑炉内易挥发物质在高温条件下挥发冷凝成烟尘；3)矿物化石燃料燃烧后生成烟尘。

1.2 SO2 主要来源

天然气等燃料本身含的S以及辅料矿石中含的S在高温条件下与 O2反应生成 SO2，SO2产生量跟燃料中含硫量及玄武岩原料 SO2产生量有关。

1.3 NOx主要来源

1)原料中少量含N物质在高温条件下分解氧化；2)燃料中的 N 在高温条件下与 O2反应生成 NOx；3)进入玄武岩纤维窑炉空气中的 N2与 O2在高温下剧烈反应生成 NOx。

1.4 烟气污染物烟气特性

玄武岩纤维窑炉出口烟气温度在1 000 ℃以上，燃料为天然气。玄武岩纤维配合料包括玄武岩与辅料(硼钙石、高岭土、白云石、石英砂)[3]。玄武岩纤维窑炉生产燃料配合料种类繁多，导致烟气污染物复杂，不仅含有烟尘、SOx和NOx，还含有不完全燃烧物质、氢化物等多种污染物。烟尘具有较高粘附性、较强的化学腐蚀性。

2 触媒陶瓷纤维滤管脱硫脱硝脱除一体化技术运用

为促进玄武岩纤维矿物棉生产的技术进步和可持续发展生态环境部发布了《玻璃纤维及制品工业污染物排放标准(征求意见稿)》，其中对玻璃纤维及制品工业规定了大气污染物排放指标，主要污染物颗粒物40 mg/Nm3，二氧化硫150 mg/m3，氮氧化物500 mg/m3。自2020年1月1日起，玻璃纤维及制品工业企业大气污染物排放执行此排放限值。随着国家环保要求日趋严格，玄武岩纤维行业污染物排放将面临大气污染物排放减排压力，排放标准新增排放限值要求是未来发展的大趋势[4]。针对玄武岩纤维窑炉烟气污染物来源及烟气特性，烟气治理技术采用“触媒陶瓷纤维滤管脱硫脱硝脱除一体化技术”，使用寿命长[5]、能实现达标排放，为今后日益严峻的环保形势做好前瞻性准备。

2.1 工艺流程介绍

工艺系统组成：回流式循环烟道系统、干法脱硫系统、氨水储存输送喷射系统、陶瓷滤管除尘脱硝系统、换热器系统等。触媒陶瓷纤维滤管脱硫脱硝脱除一体化技术，其工艺流程示意图如图1所示。

1)脱硫工艺流程：玄武岩纤维窑炉烟气经金属换热器后，经过沉降室处理后在干法脱硫系统烟道处喷入储存在灰仓内的氢氧化钙。初步混合后进入脱硫塔，脱硫塔内粘性物质被包裹聚集进行一次脱硫反应；通过导流板均流混合后进入高温陶瓷滤管除尘脱硝系统的粘性物质被包裹聚集，粒径较大的污染物粉尘沉降至除尘器仓室，并经过物料输送设备输送进干法脱硫系统反复循环脱硫，粒径小的污染物粉尘附着在陶瓷滤管表面，并在高温陶瓷滤管表面的尘饼层上进行二次脱硫，二次脱硫后的烟气可通过回流式循环烟道再次进入除尘器的高温陶瓷滤管表面的尘饼层进行反复循环脱硫。通过上述流程脱硫效率大大地提高，SO2排放浓度处理在 100 mg/Nm3以下。

2)脱硝工艺流程：氨水喷射系统在脱硫系统烟道前段处喷入氨水，通过导流板均流混合后进入高温陶瓷滤管除尘脱硝系统。烟气中的氮氧化物通过陶瓷滤管表面与滤筒壁上的催化剂层接触发生反应，NH3和NOx通过触媒陶瓷纤维滤管表面的钒钛系脱硝触媒剂催化剂作用，发生氧化还原反应，生成N2和水。NOx排放浓度可从2 000 mg/Nm3降低稳定控制在200 mg/Nm3以下，脱硝效率达到90%以上。

3)烟尘过滤工艺流程：陶瓷纤维滤管过滤收集烟气中的颗粒物。

整套系统完成脱硫、脱硝除尘过程；脱硝除尘后的净烟气经过高温风机引出从烟囱排除。

2.2 工艺原理

2.2.1 脱硫工艺原理

脱硫剂：氢氧化钙(熟石灰)，与含硫烟气混合后产生反应。

除尘器内陶瓷过滤管表面积尘过程中形成的尘饼层提供酸性气体反应床，通过回流式循环流化床系统实现反复脱硫。脱硫效率可达80%以上。

2.2.2 脱硝工艺原理

1)脱硝采用SCR脱硝技术。钒钛系脱硝触媒剂催化剂作用下(330～380 ℃)，以 NH3作为脱硝还原剂，将烟气中的NOx还原成 N2和 H2O。

2)触媒陶瓷纤维滤管粒径极小，且滤管的表面积很大。因结构空隙延长了烟气的停留周期，加快了钒钛系脱硝触媒剂催化剂的活性比面积和反应速率，使脱硝效率得到明显地提高。

3)钒钛系脱硝触媒剂催化剂附在滤管表面形成饼层，可减少重金属砷、硒、汞的不利影响[6]。

2.2.3 除尘工艺原理

在重力作用下烟尘较大粒径的粉尘沉降，较小粒径的粉尘附着沉积在滤管表面进行除尘，后续粉尘不会穿透至内层，由高压气体周期性脉冲喷吹滤管表面粉尘，喷吹后仍有部分粉尘饼残留，此粉尘饼层可过滤新的粉尘，过滤效率高，可处理不同负荷的粉尘浓度[7]。

2.3 运用数据分析

该玄武岩纤维烟气治理项目运用触媒陶瓷滤管一体化技术对玄武岩纤维窑炉烟气进行脱硫脱硝除尘处理后，系统运行稳定，效果明显，达到设计要求。相关运行数据参数如表1所示。

表1 运行数据参数

3 结 论

a.触媒陶瓷滤管一体化脱除技术具有耐高温、高效率、占地面积小、满足玄武岩纤维窑炉烟气量小处理难的要求等优点，在玄武岩纤维行业熔窑废气污染物运用脱除效果明显，满足环保排放要求。

b.随着玄武岩纤维产业的迅猛发展，既要注重产业化领跑，也需要重视产业发展过程中带来的污染问题。而上述触媒陶瓷滤管一体化脱除技术的运用则可以起到很好的效果，值得深入研究和推广应用。