玻璃窯爐煙氣處理工藝探討

蒙 杰

（南寧浮法玻璃有限責任公司，廣西 南寧 530031）

玻璃是一種歷史悠久而又具有廣闊發展前途的無機材料，主要分為平板玻璃和特種玻璃。改革開放初期，1978年中國平板玻璃總產量僅有1784萬重箱，中國玻璃工業的跨越式發展，是在改革開放后30年里實現的，2008年全國平板玻璃產量達6.5億重箱，產量5.74億重箱，約占全球產量的50 %，我國玻璃產量已連續19年居世界第一。在能源結構方面，目前我國平板玻璃工廠所使用的燃料一般為重油，重油的含硫量按來源不同而變化較大。玻璃熔窯排放的煙氣中含有硫氧化物和氮氧化物及煙塵等大氣污染物。硫氧化物主要是二氧化硫，煙氣中二氧化硫的排放濃度一般在500 mg/m3～3000 mg/m3，其濃度取決于所用燃料的種類及其含硫量、原料配料中芒硝的用量及燃料燃燒時生成的煙氣量。通常，煙氣中的二氧化硫排放濃度高于現行國家二級標準的要求。根據黨的十六大作出的戰略部署和我國經濟社會發展的客觀要求制定的我國“十一五”發展規劃，最鮮明的特點就是，堅持以科學發展觀統攬經濟發展全局，并把產業結構優化升級、資源利用率顯著提高、可持續發展能力增強等作為經濟發展的主要目標，并提出單位國內生產總值能耗降低20 %左右、主要污染物排放總量減少10 %的總體要求。在此背景下，中國平板玻璃工業面臨著新的歷史性抉擇：對玻璃窯爐煙氣進行脫硫除塵一體化的綜合治理刻不容緩，是我國玻璃行業執行環保標準、實施清潔生產的重中之重。

1 玻璃生產及玻璃熔窯的特點

玻璃生產及玻璃熔窯的特點：①玻璃生產采用連續、不可間斷的流水型生產方式；②玻璃窯爐是玻璃行業生產的心臟，是能源消耗的主要設備，目前我國正在運行的窯爐仍然以火焰爐為主，能耗水平較高（一般在300 kg～500 kg標煤/噸成品左右，國際先進水平為相當于190 kg標煤/噸成品）；熔化率低（一般在1.5 t～2 t玻璃液/m2熔化面積，國際先進水平為3 t～3.6 t玻璃液/m2熔化面積）；③玻璃熔窯須保持一定的微正壓且穩定的燃燒氣氛，否則，因燃燒不充分，不但影響玻璃產品質量，而且會導致非正常冒黑氣的污染事故；④通常從玻璃熔窯出來的廢煙氣經余熱鍋爐回收余熱產生蒸汽服務于玻璃生產的供油系統，煙氣排放溫度較高，入鍋爐前約為450 ℃～500 ℃、出鍋爐后約為180 ℃～220 ℃。

2 脫硫工藝的選擇原則

在選擇玻璃熔窯廢煙氣脫硫除塵處置工藝時，應充分考慮上述玻璃生產及玻璃熔窯的運行特點，此外，脫硫工藝的選擇還要考慮以下幾方面：①脫硫劑要廉價易得，最好能以廢治廢，降低運行成本；②脫硫工藝要成熟可靠，運行穩定，避免對玻璃窯爐的窯壓產生不利的影響，系統不產生結垢、堵塞等問題；③結合國家和當地的環保要求，選擇略高的脫硫效率；④操作要方便靈活；⑤占地面積小；⑥使用壽命長；⑦總投資要少；⑧副產品易于處理，無二次污染。

3 脫硫工藝的比較與選擇

目前世界上煙氣脫硫技術（FGD）有上百種，具有實用價值的工藝僅十幾種，分別適應不同的場合和要求。根據脫硫反應物和脫硫產物的存在狀態分為濕法、干法和半干法。濕法脫硫是利用 SO2在水中有中等溶解度的特點，溶于水后生成H2SO3，然后與堿性物質發生反應，在一定條件下生成穩定的鹽，從而脫去煙氣中的 SO2，反應在氣、液二相中進行，其優點是脫硫效率高、建設費用低、操作容易；干法脫硫是在無液相介入的完全干燥狀態下進行脫硫的，脫硫產物為干粉狀，干法常用的有爐內噴鈣（石灰／石灰石）、金屬吸收等，干法脫硫屬傳統工藝，脫硫率普遍不高（<50 %），工業應用較少；半干法脫硫是利用煙氣濕熱蒸發脫硫漿液中的水分，同時在干燥過程中，脫硫劑與煙氣中的SO2發生反應，并使最終產物為干粉狀。由于該方法加入系統的脫硫劑是濕的，而從系統出來的脫硫產物是干的，故稱之為半干法，半干法使用較多的有噴霧干燥法煙氣脫硫、循環流化床煙氣脫硫（CFB－FGD）和增濕灰循環煙氣脫硫（NID法）等，采用半干法脫硫時，脫硫劑的利用率低，脫硫效率也不高，故而應用也不是很多。幾種脫硫技術的比較，見表1。

表1 幾種脫硫技術的比較

目前濕法脫硫技術應用廣泛，占有全世界FGD裝置總量的85 %以上。其中雙堿法由于脫硫工藝簡單，運行穩定性好，脫硫效率高，脫硫成本低，適合我國國情，因而在我國應用較為廣泛。結合玻璃窯煙氣治理的具體情況，從工藝成熟性、系統穩定性、工程投資、運行費用等方面綜合考慮，應首選采用雙堿法脫硫工藝。

4 鈉鈣雙堿法脫硫除塵工藝

雙堿法[Na2CO3/ Ca（OH）2]是在石灰法基礎上結合鈉堿法，利用鈉鹽易溶于水，在吸收塔內部采用鈉堿吸收 SO2，吸收后的脫硫液在再生池內利用廉價的石灰進行再生，從而使得鈉離子循環吸收利用。該工藝綜合石灰法與鈉堿法的特點，解決了石灰法的塔內易結垢的問題，又具備鈉堿法吸收效率高的優點。

脫硫副產物為亞硫酸鈣或硫酸鈣（氧化后），亞硫酸鈣配以合成樹脂可生產一種稱為鈣塑的新型復合材料；或將其氧化后制成石膏；或者直接將其與粉煤灰混合，可增加粉煤灰的塑性，增加粉煤灰作為鋪路底層墊層材料的強度。與氧化鎂法相比，鈣鹽不具污染性，因此不產生廢渣二次污染。

鈉鈣雙堿法[Na2CO3－Ca（OH）2]采用純堿啟動、鈉堿吸收 SO2、石灰再生的方法，較之石灰石法等其它脫硫工藝，雙堿法有以下優點：

（1）吸收速度快，可降低液氣比L/G，從而降低運行費用。

（2）塔內鈉基清潔吸收，吸收產物溶解度大，可大大降低結垢機會。

（3）純堿循環利用，提高了脫硫劑的利用率。

其基本化學原理可分脫硫過程和再生過程：

1）脫硫過程：

以上三式視脫硫液酸堿度不同而異：（1）式為吸收啟動反應式；堿性較高時（pH>9），（2）式為主要反應；堿性降低到中性甚至酸性時（5

2）再生過程：

在石灰漿液（石灰達到過飽和狀況）中，中性（兩性）的NaHSO3很快跟石灰反應從而釋放出[Na＋]，隨后生成的[SO32－]又繼續跟石灰反應，反應生成的亞硫酸鈣以半水化合物形式慢慢沉淀下來，從而使[Na＋]得到再生。

5 脫硫除塵工藝流程簡介

玻璃窯爐尾氣經余熱鍋爐后由引風機引入脫硫除塵系統，通過文丘里降溫和預處理、旋流板塔脫硫，除去煙氣中的粉塵與SO2等雜質，由塔頂排煙管直接排入大氣或經煙道從煙囪排入大氣。在脫硫裝置檢修時，為了不影響玻璃爐窯的正常運行，余熱鍋爐出口煙氣可從旁路直接進入煙囪。通過擋板門的切換，脫硫裝置可以很方便地投入或者退出運行。

6 脫硫系統劃分

據整個脫硫工程的系統劃分，主要包括：吸收塔系統；煙風系統；脫硫液循環系統；脫硫劑制備及輸送系統；工藝水系統；脫硫渣處理系統；廢水處理系統；電氣及儀表控制系統。

7 吸收設備的比較與選擇

采用濕法脫硫技術，吸收器的性能優劣直接影響煙氣的脫硫效率、系統的運行費用等指標。脫硫吸收器的選擇原則主要是看其液氣接觸條件、液氣比以及設備阻力等。幾種吸收設備的比較，見表2。

經比較，旋流板塔具有負荷高、壓降低、不易堵、彈性寬等優點，適用于快速吸收過程，且脫硫除塵效率高，脫硫過程中可同時進一步除塵。旋流板塔是目前國內濕法脫硫的主流設備。

表2 幾種吸收設備的比較

8 脫硫除塵主要設備簡介

8.1 煙氣預處理系統——文丘里

余熱鍋爐后的煙氣溫度仍較高，約180 ℃～220 ℃，為了保證旋流板塔的安全穩定運行，在脫硫除塵器前增設一個文丘里，對煙氣進行降溫和預處理，然后煙氣進入旋流板塔。文丘里采用麻石制作，里面安裝螺旋噴頭，采用霧化冷卻。

8.2 吸收塔系統

旋流板塔是一種高效通用型的傳質設備，由于特殊的內部結構設計，使其具有負荷高、壓降低、不易堵、操作彈性寬等優點，在綜合性能上優于其它設備，適用于快速吸收過程。用于濕法煙氣脫硫時，具有很高的脫硫效率；同時，旋流板塔還具有良好的除塵性能，可實現對煙氣的脫硫除塵一體化處理。

旋流板塔內安裝有旋流板和除霧板。含SO2的煙氣從下部切向進入旋流板塔，并在旋流板的導向作用下螺旋上升；脫硫液從塔上部進入，逐級下流；煙氣在旋流板上與脫硫液逆向對流接觸，將旋流板上的脫硫液霧化，形成良好的霧化吸收區；煙氣與脫硫液中的堿性脫硫劑在霧化區內充分接觸反應，完成煙氣的脫硫吸收。經脫硫后的煙氣通過塔頂的除霧板，以本身的旋轉作用與旋流除霧板的導向作用，產生強大的離心作用，除去煙氣中的液滴，最后由裝在塔頂上的排煙管直接排放或經煙道從煙囪排入大氣。由于塔內提供了理想的氣液接觸條件，氣液間接觸面積巨大，氣體中的SO2被堿性脫硫劑吸收的效果好，脫硫效率高。

除脫硫功能外，旋流板塔還具有良好的除塵功能。當煙氣高速通過旋流塔板時，葉片上的吸收液被吹成很小的霧滴，塵粒、吸收液和霧滴相互之間在碰撞、攔截、布朗運動等機理的作用下，粒子間發生碰撞，粒徑不斷增大。同時高溫煙氣向液體傳熱時，塵粒被降溫，使水氣凝結在粒子表面，粒子質量也隨之增大，在旋流塔板的導向作用下，旋轉運動加劇，產生強大的離心力，粉塵很容易從煙氣中脫離出來被甩向塔壁，在重力作用下流向塔底，實現氣固分離。

煙氣中那些微細塵粒在通過一級塔板后不可能全部被捕集，還會有一定數量的塵粒逸出，當其通過多層塔板后，微細塵粒凝并，質量不斷增大后被捕集、分離，從而達到最佳除塵效果。

8.3 鍋爐引風機

新建脫硫裝置后，系統阻力增加，原有余熱鍋爐的引風機已不能滿足要求，故須更換新的引風機，以克服脫硫系統的阻力，確保所需處理的煙氣順利通過脫硫系統，并避免對玻璃窯爐的窯壓產生不利的影響。

9 “雙堿法——旋流板塔”脫硫除塵一體化技術優勢及應用前景

玻璃窯爐煙氣的主要特點是：煙氣溫度高、煙氣流量適中、煙氣中SO2的含量較高、粉塵的含量較低，在進行煙氣治理的工程設計時，要求脫硫效率高，且有一定的除塵效率；投資費用低，脫硫成本低；占地面積要小；工藝要成熟，運行穩定可靠，避免對玻璃窯爐的窯壓產生不利的影響。

實踐證明，“雙堿法——旋流板塔”濕法脫硫除塵一體化技術具有“雙高雙低”的突出優勢，即脫硫除塵效率高（脫硫效率≥95 %，除塵效率≥99 %），系統運行可靠性高，投資費用低，運行費用低。該技術比較適合我國國情，已廣泛用于220 t/h、130 t/h、75 t/h、35 t/h等各種規模鍋爐煙氣和工業窯爐煙氣的脫硫除塵治理，在玻璃窯爐的煙氣治理中也有成功的應用。我公司于2009年底利用該技術較成功地對公司300 t/h玻璃窯爐的煙氣進行了脫硫除塵處理，該項目雖仍在調試、完善中，但初步試運行結果表明：該技術能較好地滿足對玻璃窯爐煙氣治理的各種需要。

10 結論

針對玻璃窯爐煙氣治理的特殊要求，從綜合性能上比較，采用“雙堿法——旋流板塔”脫硫除塵一體化技術對浮法玻璃熔窯煙氣進行治理是完全符合國家節能環保政策的，其技術可行、經濟合理。該技術能較好地滿足對玻璃窯爐煙氣治理的各種需要，宜作為玻璃窯爐煙氣治理的首選技術。