浮法玻璃窯爐煙氣污染防治措施研究

張益芬

(晶牛微晶集團(tuán)股份有限公司，邢臺 054000)

摘要：玻璃工業(yè)在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的SO2和粉塵會對大氣造成污染，因此需要對浮法玻璃窯爐煙氣進(jìn)行脫硫除塵一體化綜合治理。該文結(jié)合浮法玻璃窯爐煙氣污染的排放情況進(jìn)行分析，提出脫硫治理的必要性，并以現(xiàn)有的脫硫技術(shù)作為基礎(chǔ)，對脫硫除塵技術(shù)在國內(nèi)浮法玻璃窯爐煙氣治理中的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀進(jìn)行研究，探究了浮法玻璃窯爐煙氣污染防治的有效措施。

關(guān)鍵詞：浮法玻璃；煙氣污染；脫硫技術(shù)；防治措施

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.04.014

Abstract:SO2 and dust generated in glass production will cause air pollution. It is necessary to adopt technology for desulphurization and dust removal. The thesis analyzes emission of flue of float glass furnace and puts forward the necessity of desulfurization treatment. Based on the existing desulfurization technology, the thesis studies the application and research of desulfurization and dust removal technology in domestic float glass furnace flue, and explores the effective measures to control float glass furnace flue pollution.

收稿日期：2015-05-07.

作者簡介：張益芬(1964-)，高級工程師.E-mail:cdwhty@163.com

Study of Control Measures to Float Glass Furnace Flue Pollution

ZHANGYi-fen

(Jingniu Glass Ceramics Group Co,Ltd，Xingtai 054000，China)

Key words:float glass;fume pollution;desulfurization technology;control measures

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國玻璃工業(yè)取得了長足進(jìn)步，全國平板玻璃的產(chǎn)量已經(jīng)占全球的一半以上，并連續(xù)21年位居世界玻璃產(chǎn)量第一。我國平板玻璃工廠大多數(shù)用重油或天然氣作為燃料，在玻璃生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生污染大氣環(huán)境的硫氧化物、氮氧化物和粉塵。浮法玻璃窯爐煙氣的大氣污染物主要是SO2，排放濃度取決于燃料的種類和含硫量。據(jù)有關(guān)部門監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，玻璃工業(yè)附近環(huán)境空氣的SO2平均濃度高于現(xiàn)行的國家二級標(biāo)準(zhǔn)要求，污染治理刻不容緩。隨著社會環(huán)保意識的增強(qiáng)，節(jié)能減排政策的深入，國家的環(huán)保要求日益嚴(yán)格，浮法玻璃窯爐煙氣污染已經(jīng)受到社會廣泛關(guān)注[1]。因此，我國的玻璃工業(yè)應(yīng)當(dāng)優(yōu)化升級產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高資源利用率，將可持續(xù)發(fā)展作為主要目標(biāo)，對浮法玻璃窯爐煙氣進(jìn)行脫硫除塵一體化管理。

1目前浮法玻璃窯爐的生產(chǎn)特點(diǎn)

浮法玻璃在生產(chǎn)的過程中通常采用連續(xù)不間斷的流水線生產(chǎn)方式，而浮法玻璃窯爐則是整個玻璃工業(yè)生產(chǎn)過程中的核心設(shè)備，目前我國運(yùn)行的浮法玻璃窯爐仍以火焰爐為主，具有著較高的能耗，并且融化效率不高。浮法玻璃窯爐運(yùn)行過程中需要保持相應(yīng)的微正壓，從而提供穩(wěn)定的燃燒氣氛。若是浮法玻璃窯爐的燃燒不夠充分，會對玻璃產(chǎn)品質(zhì)量造成影響，并導(dǎo)致嚴(yán)重的污染事故。而浮法玻璃窯爐中的廢煙氣的處理方式，則是利用廢煙氣排放溫度較高的特點(diǎn)，通常是讓廢煙氣經(jīng)過余熱鍋爐進(jìn)行回收余熱，從而產(chǎn)生蒸汽服務(wù)玻璃工業(yè)生產(chǎn)流程中的供油系統(tǒng)。然而這種廢煙氣的處理方式，雖然提高了資源的利用效率，卻并未解決浮法玻璃窯爐的煙氣污染問題。

2浮法玻璃窯爐煙氣污染物分析

我國浮法玻璃在生產(chǎn)流程中主要以重油和天然氣作為燃料。根據(jù)不同的生產(chǎn)規(guī)模和燃料的使用情況，排氣溫度在400～500 ℃，而浮法玻璃窯爐煙氣污染物主要包括SOx、NOx和粉塵。近年來平板玻璃窯爐煙氣污染物排放總量，見表1。

表1　平板玻璃排放污染物總量　/萬t

我國平板玻璃生產(chǎn)污染物總量隨著我國平板玻璃產(chǎn)量的提升而增加，節(jié)能減排政策的實(shí)施后，我國平板玻璃生產(chǎn)污染物整體下降，但仍不能達(dá)到相應(yīng)的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。該文主要對SOx、NOx和粉塵這3種污染物進(jìn)行分析，從而減少浮法玻璃窯爐的煙氣污染。

2.1　SO x的污染來源

浮法玻璃在生產(chǎn)過程中排放的SOx主要包括燃料中本身的硫含量在燃燒中所產(chǎn)生的SOx，以及原輔料在窯爐內(nèi)的熔化過程中分解和燃燒所產(chǎn)生的SOx。而SOx的污染程度取決于浮法玻璃的燃料來源，含S量為2%的重油燃料產(chǎn)生的SO2初始濃度是天然氣燃料產(chǎn)生的SO2初始濃度的四倍。若是用天然氣作為浮法玻璃的生產(chǎn)燃料，則會因燃料中本身較低的硫含量，使得浮法玻璃窯爐煙氣的排放濃度滿足現(xiàn)行的SO2排放標(biāo)準(zhǔn)。而以重油作為燃料的浮法玻璃生產(chǎn)線，由于燃料的來源不同，難以控制燃料的含硫量，從而使得浮法玻璃窯爐煙氣無法達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的SO2排放濃度[2]。

2.2　NO x的污染來源

在浮法玻璃生產(chǎn)過程中原料中較少的含氮物質(zhì)會在高溫環(huán)境下分解氧化，而燃料中的N也會在高溫環(huán)境下，與O2發(fā)生反應(yīng)從而生成NOx。而在浮法玻璃窯爐中空氣中的N2與O2在高溫劇烈反應(yīng)下也會生成溫度型NOx。浮法玻璃窯爐煙氣污染物中溫度型NOx最為主要。在浮法玻璃窯爐煙氣中的NOx初始狀態(tài)下90%為NO，但在排放過程中溫度下降后則會轉(zhuǎn)化為NO2。浮法玻璃窯爐煙氣中的NOx以溫度型為主，受到N2與溫度的影響，不同的燃料選擇和助燃風(fēng)量，也會使得NOx含量因燃?xì)獗炔煌a(chǎn)生較大差別。

2.3　粉塵的污染來源

窯爐在加料過程中，小部分原料因未能充分燃燒從而被帶入煙氣中,這是浮法玻璃窯爐煙氣中粉塵產(chǎn)生的主要原因。同時，窯爐中的易揮發(fā)物質(zhì)，例如Na2O以及其他部分金屬氧化物，經(jīng)過高溫?fù)]發(fā)過程，逐漸冷凝并生成煙塵。而浮法玻璃窯爐燃燒的燃料因含量不純，也會生成較大煙塵。

3浮法玻璃窯爐煙氣污染防治措施

3.1　SO x的治理

在我國玻璃工業(yè)的早期生產(chǎn)線中，國家實(shí)行工業(yè)窯爐煙氣達(dá)標(biāo)排放且污染物總量不超標(biāo)便不征收廢氣排污費(fèi)的相關(guān)規(guī)定。浮法玻璃窯爐煙氣通常采用高煙筒排放，并未進(jìn)行脫硫處理，而隨著社會環(huán)保意識的加強(qiáng)，國家對于建材行業(yè)的環(huán)保要求也越來越嚴(yán)格。經(jīng)過多年的自主研發(fā)，我國浮法玻璃窯爐煙氣的SO2排放控制技術(shù)已經(jīng)較為成熟，伴隨著主要污染物的減排需要，平板玻璃企業(yè)都已安裝了脫硫除塵設(shè)備，對浮法玻璃窯爐煙氣中的SO2排放進(jìn)行了初步控制[3]。

煙氣脫硫技術(shù)按照脫硫產(chǎn)物的是否回收，也分為再生回收法和拋棄法。前者將脫硫副產(chǎn)物以石膏或硫酸等形式進(jìn)行回收，而后者則是將脫硫混合物直接排放處理。按照煙氣脫硫產(chǎn)物的干濕形態(tài)，煙氣脫硫技術(shù)也可分為干法、半干法和濕法等工藝；也可按采用脫硫劑的不同，分為鈣法、氨法、鈉法、鎂法和雙堿法等。目前，玻璃工業(yè)脫硫技術(shù)應(yīng)用最為普遍的是濕法工藝，吸收劑絕大多數(shù)為堿性漿液或溶液；其中，吸收劑采用石灰或者石灰石的強(qiáng)制氧化濕法脫硫方式是目前應(yīng)用最為廣泛的脫硫技術(shù)。其原理是煙氣中的SO2與石灰石進(jìn)行反應(yīng)，生成硫酸鈣，將洗滌液沉淀下來，從而對沉淀物進(jìn)行拋棄，或以石膏形式進(jìn)行回收。而與傳統(tǒng)的石灰石-石膏法相比較，其工藝原理簡易，同時合并了預(yù)洗、吸收和氧化等設(shè)備，簡化了煙氣熱交換系統(tǒng)，從而達(dá)到中等脫硫效率、降低設(shè)備投資。

3.2　NO x的治理

浮法玻璃窯爐煙氣的NOx排放量與SO2接近，具有較大的危害性，但目前并未采取相應(yīng)的污染排放控制措施。隨著社會環(huán)保意識的加強(qiáng)，NOx濃度排放標(biāo)準(zhǔn)的出臺，需要玻璃產(chǎn)業(yè)開發(fā)和應(yīng)用浮法玻璃窯爐煙氣的脫硝控制技術(shù)進(jìn)行處理。浮法玻璃窯爐煙氣中的NOx主要是溫度型氮氧化物，因此減少助燃物中N2含量，則會減少反應(yīng)，從而減少NOx的產(chǎn)生量，這項(xiàng)技術(shù)主要通過全氧助燒技術(shù)或富氧助燒技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。浮法玻璃窯爐煙氣中NOx的產(chǎn)生主要來源于燃料中含氮物質(zhì)的燃燒、空氣中氮的燃燒和原料中硝酸鹽的分解，而玻璃熔窯煙氣中的NOx在排放的過程中，隨著溫度的下降而逐漸轉(zhuǎn)化為NO2，從而造成環(huán)境污染。

浮法玻璃窯爐煙氣中的NOx污染控制主要分為兩種，分別為燃燒中控制和燃燒后控制。這兩種處理方式中，燃燒中控制又可分為3種：氧氣控制技術(shù)、燃料燃燒技術(shù)、燃料調(diào)節(jié)技術(shù)。但在浮法玻璃窯爐內(nèi)實(shí)施NOx的燃燒中控制仍需要較大的技術(shù)支持，具有較大的改造難度。而燃燒后控制方式分為3種：SNCR、SCR、濕法脫硝，其中SCR在浮法玻璃窯爐煙氣處理中具有較為廣泛的應(yīng)用。浮法玻璃熔窯煙氣排放的脫硝效率需要達(dá)到70%。

1) 濕法脫硝

濕法脫硝技術(shù)其原理主要是利用旋流板塔技術(shù)，將KMnO4和NaOH作為吸收劑，先將煙氣中的NO利用KMnO4氧化為NO2，再將NO2利用NaOH反映去除。這種方法主要是將浮法玻璃熔窯煙氣切向進(jìn)塔，并利用旋流板將KMnO4和NaOH液體進(jìn)行霧化,使得KMnO4和NaOH能夠充分反應(yīng)，從而除去浮法玻璃窯爐煙氣中的NOx和PbO。濕法脫硝技術(shù)具有較高的脫硝效果，但是對于設(shè)備要求較高，設(shè)備占據(jù)空間較大，并且廢水處理池容易二次污染，處理程序較為復(fù)雜，已經(jīng)很少被玻璃企業(yè)所使用。

2) SNCR脫硝技術(shù)

SNCR脫硝技術(shù)主要利用選擇性非催化還原，將含有NHx基的還原劑噴入爐膛溫度800～1 000 ℃區(qū)域，可以將還原劑迅速分解為NH3和其它副產(chǎn)物，并用NH3與煙氣中的NOx進(jìn)行SNCR反應(yīng)，從而生成N2，去除浮法玻璃窯爐煙氣中的NOx。SNCR脫硝技術(shù)的脫硝效率較低，約50%左右，且成本較低，可以和低氮燃燒器或SCR進(jìn)行混合使用，能夠降低浮法玻璃生產(chǎn)過程中的脫硝費(fèi)用。但浮法玻璃窯爐與工業(yè)鍋爐的結(jié)構(gòu)差異較大，SNCR脫硝技術(shù)只有在蓄熱室使用，才能達(dá)到溫度的反應(yīng)要求，具體SNCR脫硝技術(shù)還有較大的開發(fā)空間。

3) SCR脫硝技術(shù)

SCR脫硝技術(shù)可以按照催化劑適用溫度的不同，分為高、中、低溫3種工藝，中溫SCR脫硝技術(shù)在玻璃工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，中溫SCR脫硝技術(shù)的催化劑適用溫度為280～420 ℃，以TIO2作為載體，并加上釩、鉬和鎢等作為主催化劑或助催化劑。在催化劑的作用中，在溫度達(dá)到280～420 ℃的窯爐煙氣中噴入氨，將NOx還原成N2和H2O，當(dāng)NH3與煙氣混合后會通過填充催化劑的反應(yīng)器，其中NOx與NH3會發(fā)生還原反應(yīng)，并生成N2和H2O，而TIO2作為催化劑會抑制SO2的氧化進(jìn)程。SCR脫硝技術(shù)具有90%以上的脫硝效率，并且催化劑的正確使用壽命較長，運(yùn)行較為穩(wěn)定，但使用過程中應(yīng)當(dāng)注意，在天然氣浮法玻璃窯爐中，配方的重堿用量較大。當(dāng)堿金屬與催化劑的表面進(jìn)行接觸，能夠直接與活性位發(fā)生作用，從而使得催化劑鈍化，甚至造成催化劑堿中毒的現(xiàn)象。因此，催化劑應(yīng)當(dāng)盡量避免潮濕環(huán)境，并選用蜂窩狀的催化劑，減少浮法玻璃窯爐中煙氣堿性氧化物的影響作用。

浮法玻璃窯爐煙氣的脫硝技術(shù)中，低氮燃燒技術(shù)正處于開發(fā)階段，在理論范疇內(nèi)適合天然氣窯爐使用的天然氣分級燃燒技術(shù)和煙氣再循環(huán)技術(shù)，將隨著氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，逐漸獲得運(yùn)用[4]。而純氧燃燒技術(shù)的投資較大，并對浮法玻璃窯爐的耐火性能要求較高，并且浮法玻璃窯爐規(guī)模的不同，節(jié)能效果并不穩(wěn)定，因此尚未在平板玻璃工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用。在浮法玻璃窯爐煙氣的脫硝技術(shù)中，SCR脫硝技術(shù)的脫硝效率高，運(yùn)行較為穩(wěn)定，適用范圍較為廣泛。

3.3　粉塵治理

浮法玻璃窯爐煙氣中粉塵的特點(diǎn)是粉塵粒度小，煙氣量大，含塵量較高?，F(xiàn)行的煙塵治理技術(shù)主要有干法除塵、濕法除塵以及電除塵。

1) 干法除塵

干法除塵的方法主要重力除塵、離心分離器和袋式除塵器。重力除塵主要利用重力和慣性對煙塵進(jìn)行顆粒分離，但分離效率比較低，并不能滿足相應(yīng)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。而離心分離器也稱為旋風(fēng)除塵器，適用于含塵量較高，顆粒度較大的粉塵，普遍應(yīng)用在除塵工序的預(yù)處理環(huán)節(jié)，煙氣處理效果較好。袋式除塵器則是利用過濾機(jī)理的綜合效應(yīng)，將浮法玻璃窯爐中的粉塵根據(jù)粒度大小按照相應(yīng)分散度曲線進(jìn)行分布，雖然濾布纖維之間的空隙大于100 mm，但是織物過濾能對微米粒子進(jìn)行捕集，充分利用重力、慣性碰撞、鉤附效應(yīng)、篩濾、擴(kuò)散與靜電吸引等效應(yīng)。因此，袋式除塵器對于溫度有一定要求，需要維持在190 ℃左右，在使用的過程中需要先降溫，對于風(fēng)機(jī)的使用效率也要高于其他設(shè)備。

2) 濕法除塵

濕法除塵技術(shù)主要是利用液滴或液膜，對含塵氣體進(jìn)行洗滌，讓塵粒能夠附著在液體之上，將煙塵顆粒凝集，形成較大的塵粒，從而可以使用更為廣泛的粒子分離裝置。濕法除塵技術(shù)主要由洗滌塔和相應(yīng)的循環(huán)水處理系統(tǒng)組成，這種除塵技術(shù)雖然安全可靠，但是也具有水處理設(shè)施龐大、能耗較高、容易腐蝕或結(jié)垢、除塵效率較低等特點(diǎn)，隨著除塵技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，已經(jīng)逐漸被干法除塵或EP技術(shù)所替代[5]。

3) 電除塵

電除塵技術(shù)(EP)主要是利用電暈放電，從而讓含塵氣體中的粒子帶電，并充分利用電作用力，使帶電粒子分離的原理。電除塵裝置主要分為管極式和板式。管極式電除塵器的運(yùn)行過程比較穩(wěn)定，處理效率較高，具有較為廣泛的適用范圍，特別是對于溫度高、氣量大、細(xì)小顆粒較多的浮法玻璃窯爐煙氣粉塵具有更好的效果，還可以根據(jù)相應(yīng)的處理深度要求采用不同電場的除塵器。而板式電除塵裝置的故障率較高、適用范圍較小，運(yùn)行過程不穩(wěn)定已經(jīng)被被管極式電除塵器所替代。

由于浮法玻璃窯爐煙氣具有較大的煙塵粘性和腐蝕性，根據(jù)運(yùn)行和除塵效果，袋式除塵和電除塵技術(shù)更為適合浮法玻璃窯爐煙氣的除塵環(huán)節(jié)，電除塵要充分考慮黏性問題，袋式除塵方法需要防止糊袋現(xiàn)象同時要注意濾袋的耐溫問題。兩者相比較，袋式除塵不僅投入少，操作方便而且效果好，目前玻璃行業(yè)常用的粉塵治理技術(shù)就是袋式除塵技術(shù)。

4結(jié)語

隨著社會對環(huán)境質(zhì)量的要求越來越高，大氣污染排放的標(biāo)準(zhǔn)也將更為嚴(yán)格，浮法玻璃窯爐煙氣脫硫脫硝不僅是法規(guī)要求，更是企業(yè)的應(yīng)盡義務(wù)。企業(yè)應(yīng)當(dāng)在創(chuàng)造利潤的同時，加強(qiáng)對環(huán)境的保護(hù)治理，通過脫硫脫硝技術(shù)和高效除塵，使得浮法玻璃窯爐煙氣達(dá)到相應(yīng)環(huán)保要求，并隨著技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)用運(yùn)行效率更高的煙氣處理系統(tǒng)，從而促進(jìn)企業(yè)的長期穩(wěn)定發(fā)展。

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