劉著 石強(qiáng)

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0 引言

光伏玻璃制造屬于高能耗、高排污型產(chǎn)業(yè)，近幾年，隨著光伏玻璃生產(chǎn)呈倍增式擴(kuò)張，且國(guó)家和地方環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求也在不斷提高，在光伏玻璃制造中如何降低煙氣排放迫在眉睫。新建或已建企業(yè)在穩(wěn)定生產(chǎn)工藝、保證產(chǎn)品性能和質(zhì)量的同時(shí)，均一定程度地加大環(huán)保設(shè)施投入和改建力度，以實(shí)現(xiàn)環(huán)保要求的達(dá)標(biāo)排放。雖然有先進(jìn)的環(huán)保設(shè)施，但較高的原始NOX排放量必然會(huì)增加環(huán)保的運(yùn)維成本。如何控制玻璃窯爐煙氣中NOX的排放，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)降本增效和達(dá)標(biāo)排放的重點(diǎn)工作。

1 NO X的形成機(jī)理

光伏玻璃制造中煙氣里的NOX等有害物質(zhì)的生成主要來(lái)源于3個(gè)方面：原料中少量硝酸鹽（NaNO3）分解、燃料型NOX和 熱力型NOX［1］。光伏玻璃熔制過(guò)程使用的燃料含氮量以及原料硝酸鹽分解量均偏低，總量占比不高，而玻璃窯爐高溫區(qū)域溫度可達(dá)1650 ℃以上，因此熱力型NOX是主要的產(chǎn)生途徑，實(shí)際生產(chǎn)中，未采取控制措施時(shí)玻璃窯爐的NOX可達(dá)2000 mg/m3以上。

熱力型NOX主要是由N原子和O原子在高溫下反應(yīng)生成的，其反應(yīng)機(jī)理為：

式 中：K1、K2、K3為 反 應(yīng) 過(guò) 程 中 的 反 應(yīng) 速度，主要受反應(yīng)溫度影響，當(dāng)溫度＞1500 ℃時(shí)，反應(yīng)速度隨溫度的增加成指數(shù)增長(zhǎng)［2］。

NOX生成主要影響因素：燃燒區(qū)域溫度、空氣過(guò)剩系數(shù)、高溫區(qū)域燃料停留時(shí)間、燃燒技術(shù)等。通過(guò)對(duì)NOX生成源頭的玻璃窯爐工藝進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化控制，可一定程度降低運(yùn)維成本。

2 NO X形成的影響因素控制與管理

2.1 空氣過(guò)剩系數(shù)控制

傳統(tǒng)的橫火焰玻璃窯爐采用空氣作為助燃劑，根據(jù)生產(chǎn)機(jī)理，空氣過(guò)剩系數(shù)不同，對(duì)燃燒狀態(tài)及NOX生成量影響很大?？諝膺^(guò)剩系數(shù)大于1時(shí)，引入空氣量增加，相同燃料情況下，局部溫度更高，且N2含量同時(shí)提高，促使更多的N2參與高溫反應(yīng)，使NOX生成量急劇增加；若空氣過(guò)剩系數(shù)小于1時(shí)，雖對(duì)NOX生成有一定的抑制作用，但存在與低氧燃燒相同的弊端，可能會(huì)造成天然氣或燃油不完全燃燒問(wèn)題，導(dǎo)致增加污染物CO的生成。

光伏窯爐工藝控制中，由于玻璃的光學(xué)特性，對(duì)窯爐氣氛提出前區(qū)還原性、后區(qū)氧化性氣氛的要求，該氣氛控制要求更加有利于NOX控制技術(shù)的應(yīng)用，可很好地在光伏玻璃窯爐對(duì)空氣過(guò)剩系數(shù)控制方面尋求一個(gè)最佳的穩(wěn)定區(qū)域。通過(guò)適當(dāng)降低窯爐前區(qū)及熱點(diǎn)區(qū)域風(fēng)氣比，降低參與NOX生成反應(yīng)的氧氣量，可以保證燃料熱利用率最大化的同時(shí)，減少NOX生成。

2.2 火焰狀態(tài)控制

火焰狀態(tài)對(duì)窯爐區(qū)域溫度場(chǎng)起主導(dǎo)性作用，火焰的長(zhǎng)度、有效輻射面積以及火根黑度均需控制。

①以燃油或天然氣作為燃料時(shí)，嚴(yán)格控制、降低火根溫度，降低區(qū)域過(guò)高溫度；

②燃油火焰長(zhǎng)度控制在窯爐寬度的2/3處，天然氣火焰長(zhǎng)度控制在窯爐寬度的3/4處，以穩(wěn)定火焰溫度場(chǎng)；

③控制火焰狀態(tài)使火焰末梢無(wú)明顯渾濁尾焰。

生產(chǎn)過(guò)程中，時(shí)常出現(xiàn)兩側(cè)煙氣NOX差異很大的問(wèn)題，為了穩(wěn)定總體排放指標(biāo)的穩(wěn)定性，需要投入較大的運(yùn)維成本。由于窯爐兩側(cè)火焰的差異性涉及到燃燒器火焰噴出的角度、高度、火焰夾角、助燃風(fēng)量的差異等因素，故在生產(chǎn)中遇到窯爐兩側(cè)煙氣NOX差異時(shí)，從源頭尋找問(wèn)題點(diǎn)進(jìn)行控制，有利于降低環(huán)保的運(yùn)維成本。

2.3 低氮燃燒器應(yīng)用及日常維護(hù)

根據(jù)熱力型NOX生成機(jī)理，采用先進(jìn)的低氮燃燒器，實(shí)現(xiàn)火焰調(diào)整和火焰湍流控制方面的較高靈活性，高精確控制進(jìn)入內(nèi)部噴管氣體的量和特殊設(shè)計(jì)的外部噴嘴的形狀而產(chǎn)生富碳燃燒。解決玻璃窯爐局部溫度過(guò)高的問(wèn)題，將溫度場(chǎng)調(diào)整至較為平穩(wěn)狀態(tài)，通過(guò)工藝對(duì)比，相同工況條件下，采用低氮燃燒器前后NOX生成量由2500 mg/m3降低至1980 mg/m3，在有效降低熱力型NOX生成的同時(shí)，還降低了火焰對(duì)窯爐碹頂?shù)妮椛錅囟?，既保障了窯爐運(yùn)行安全，又提高了燃料的利用率。

使用高效低氮燃燒器能夠有效降低NOX生成比例，降低NOX原始濃度。與此同時(shí)，燃燒器的日常維護(hù)也要納入關(guān)鍵管理中，良好的日常維護(hù)和有效的管理制度是實(shí)現(xiàn)低氮燃燒的必要措施。

2.4 NO X生成時(shí)間控制

煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間也會(huì)影響熱力型NOX的生成速度［2］，故窯爐各蓄熱室煙氣壓力差平衡穩(wěn)定時(shí)，可適當(dāng)縮短煙氣在窯爐高溫區(qū)域停留時(shí)間，既保障高溫?zé)煔鈱?duì)配合料的熱輻射作用、提高熱利用率，又降低NOX在高溫環(huán)境下的生成速度，實(shí)現(xiàn)低氮排放的控制要求。

2.5 CEMS系統(tǒng)設(shè)備日常維護(hù)

CEMS煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)屬于精密設(shè)備，對(duì)環(huán)境的溫度、濕度等均有參數(shù)要求。除此之外，為避免CEMS零部件或系統(tǒng)異常導(dǎo)致的煙氣排放參數(shù)超標(biāo)或檢測(cè)參數(shù)失真的現(xiàn)象，根據(jù)CEMS日常維護(hù)手冊(cè)要求做好設(shè)備的定期維護(hù)校準(zhǔn)校驗(yàn)工作，確保CEMS設(shè)備的運(yùn)行正常，保證穩(wěn)定生產(chǎn)和達(dá)標(biāo)排放要求。

2.6 窯爐及余熱系統(tǒng)管理

隨著設(shè)備及窯爐運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，系統(tǒng)性漏風(fēng)、壓力差增大等問(wèn)題逐一顯現(xiàn)。

漏風(fēng)問(wèn)題涉及到煙氣中氧氣含量增加，根據(jù)GB 26453—2011《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中4.1.5條，實(shí)測(cè)排氣筒中大氣污染物排放濃度按公式（1）換算為含氧量8%狀態(tài)下的基準(zhǔn)排放濃度 ［3］，得出煙氣中各污染物實(shí)測(cè)濃度、大氣污染物排放濃度與實(shí)測(cè)氧含量的關(guān)系。

式中：C基——大氣污染物基準(zhǔn)排放濃度，mg/m3；

C實(shí)——實(shí)測(cè)排氣筒中大氣污染物排放濃度，mg/m3；

O實(shí)——玻璃熔窯干煙氣中含氧量百分率實(shí)測(cè)值。

通過(guò)分析得出，當(dāng)窯爐及余熱工況相同，實(shí)測(cè)NOX濃度一定時(shí)，大氣污染物排放濃度會(huì)隨氧含量的增加而增加，進(jìn)而超過(guò)大氣污染物排放限值，故控制好窯爐運(yùn)行周期內(nèi)系統(tǒng)漏風(fēng)問(wèn)題也尤為關(guān)鍵，需要定期對(duì)窯爐各關(guān)鍵位置、工藝管路及閥門(mén)等進(jìn)行檢測(cè)監(jiān)控，及時(shí)補(bǔ)漏，控制漏風(fēng)位置。

隨著窯齡增加，窯爐蓄熱室、煙道會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞現(xiàn)象，上升煙道積灰問(wèn)題造成截面積降低，系統(tǒng)壓力差增大情況凸顯，造成煙氣進(jìn)入SCR系統(tǒng)時(shí)停留時(shí)間縮短，降低催化劑催化效率。故定期清理余熱系統(tǒng)積灰，降低系統(tǒng)壓力差，也是降低NOX排放濃度的重要舉措。

3 實(shí)際控制管理案例分析

以我司650 t/d光伏窯爐NOX治理技術(shù)為實(shí)際案例，為實(shí)現(xiàn)環(huán)保數(shù)據(jù)可控穩(wěn)定排放，該窯爐常年氨水投入量維持13 t/d，較同類(lèi)型窯爐氨水投入量高出30%以上，且治理后NOX值穩(wěn)定性較差。相同工況時(shí)，窯爐兩側(cè)煙氣NOX濃度差距達(dá)到30%。針對(duì)以上情況開(kāi)展了相關(guān)NOX源頭治理工作，通過(guò)窯爐及余熱系統(tǒng)異常漏風(fēng)點(diǎn)處理，降低漏風(fēng)量，煙根溫度由72 ℃提高至135 ℃。結(jié)合氨水霧化系統(tǒng)優(yōu)化、窯爐工況優(yōu)化、CEMS運(yùn)維設(shè)備細(xì)化管理等技術(shù)措施的應(yīng)用，650 t/d窯爐煙氣氧含量得到降低，氨水用量降低25%以上，且NOX排放濃度實(shí)現(xiàn)行業(yè)最為嚴(yán)格的控制值排放。

4 結(jié)語(yǔ)

光伏發(fā)電兼具使用持續(xù)性和清潔性，促使近年來(lái)光伏玻璃制造翻倍式發(fā)展，在光伏行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，國(guó)家對(duì)玻璃行業(yè)環(huán)保要求不斷提高，現(xiàn)有的脫硝、脫硫、除塵治理技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，此類(lèi)技術(shù)均是以治理為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)環(huán)保要求，需要一定的環(huán)保運(yùn)維投入。生產(chǎn)企業(yè)需要從源頭出發(fā)，結(jié)合玻璃生產(chǎn)工藝、NOX生成原理、日常設(shè)備管理等各個(gè)方面進(jìn)行深度挖掘，控制并降低原始NOX等污染物的排放濃度值，進(jìn)一步降低持續(xù)的環(huán)保運(yùn)維投入。