玻璃窯爐煙氣治理技術(shù)探析

孫海鵬，李 哲，孫 凱

（1.中汽認(rèn)證中心，北京 100044；2.中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心，北京 100044；3.中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會，北京 100037）

玻璃窯爐煙氣治理技術(shù)探析

孫海鵬1，李 哲2，孫 凱3

（1.中汽認(rèn)證中心，北京 100044；2.中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心，北京 100044；3.中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會，北京 100037）

我國的平板玻璃產(chǎn)量已連續(xù)26年位居世界首位，但玻璃爐窯在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量煙塵、氮氧化物、二氧化硫等大氣污染物，且煙氣成分復(fù)雜，若要煙氣達(dá)標(biāo)排放，對治理技術(shù)要求較高。選擇一種典型的煙氣治理技術(shù)路線，對其污染物減排效果和經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行分析，為平板玻璃行業(yè)煙氣治理提供一種技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的工藝流程。

玻璃爐窯；煙氣治理；環(huán)境效益；經(jīng)濟(jì)成本

1 平板玻璃行業(yè)概況

玻璃廣泛應(yīng)用于建筑、日用、醫(yī)療、汽車、電子、儀表等領(lǐng)域，其中平板玻璃工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的重要材料工業(yè)，目前有70%用于建筑，10%用于汽車制造，20%用于家居。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，房地產(chǎn)行業(yè)拉動了平板玻璃行業(yè)的快速發(fā)展，平板玻璃產(chǎn)量從1989年開始至今已連續(xù)26年位居世界首位，產(chǎn)量超過全球總產(chǎn)量的50%。2010～2015年全國的平板玻璃產(chǎn)量見表1。

表1 2010～2015年全國平板玻璃產(chǎn)量

平板玻璃根據(jù)生產(chǎn)工藝主要分為浮法玻璃、壓延玻璃和平拉玻璃，目前浮法玻璃在平板玻璃生產(chǎn)線中占主流地位，達(dá)到90%以上。截至2014年底，國內(nèi)的浮法玻璃生產(chǎn)線有320條，總產(chǎn)能為11.58億重量箱/年。其中：在產(chǎn)生產(chǎn)線235條、產(chǎn)能為9.17億重箱/年[1]。平板玻璃生產(chǎn)中排放的粉塵約1.2×104噸，SO2約1.61×105噸，NOx約1.4×105噸[2]，玻璃窯爐產(chǎn)生的污染已引起環(huán)保部門及民眾的廣泛關(guān)注。

2 玻璃窯爐運(yùn)行特點(diǎn)及煙氣特性

2.1 運(yùn)行特點(diǎn)

玻璃窯爐的生產(chǎn)運(yùn)行特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：

（1）玻璃的生產(chǎn)制造從點(diǎn)火開始，一般窯齡內(nèi)不能停窯，采用持續(xù)、不間斷的生產(chǎn)方式，這種流水線式的生產(chǎn)方法決定了玻璃窯爐的持續(xù)性運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)。

（2）玻璃窯爐的正常作業(yè)需要保持一定的燃燒氣氛，生產(chǎn)時(shí)的煙氣壓力要求穩(wěn)定，由于兩側(cè)換火，玻璃窯爐的煙氣量波動較大。

（3）玻璃窯爐排放的煙氣需要經(jīng)過余熱鍋爐的回收處理，用以供油系統(tǒng)的生產(chǎn)，煙氣排放溫度較高，出口煙氣溫度一般為400℃～500℃，多配有余熱鍋爐[3]。

2.2 煙氣特性

在平板玻璃生產(chǎn)過程中，有配料過程、物料熔化過程和玻璃成型過程等。配料和成型過程主要是物理過程，產(chǎn)生的污染主要是粉塵性廢氣。物料熔化過程主要是通過燃料燃燒產(chǎn)生熱量將物料熔化和分解的過程，產(chǎn)生的主要污染物是煙塵、SO2、NOx等。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，55%的平板玻璃生產(chǎn)線采用石油焦粉作為燃料，25%的平板玻璃生產(chǎn)線采用重油作為燃料，剩余的20%則采用天然氣、煤制氣作為燃料[4]。

因燃料特性不同，玻璃窯爐煙氣污染物的成分也不盡相同。以重油為燃料的玻璃窯爐為例，煙氣中的主要污染物是SO2、NOx和煙塵，煙氣中還含有多種酸性氣體如HCl、HF等，且煙塵成分復(fù)雜、黏性大，堿金屬含量高；而以天然氣、煤制氣為燃料的玻璃窯爐，煙氣中的SO2及粉塵含量則相對較少[5]。表2為燃用不同燃料的玻璃窯爐污染物排放濃度。

表2 平板玻璃窯爐煙氣污染物初始排放濃度 （mg/m3）

由表2可以看出，使用不同燃料，玻璃窯爐的污染物排放濃度差別較大，其中以石油焦粉、重油為燃料的玻璃窯爐污染物原始排放濃度較高，且污染物濃度波動范圍較大。

與火電廠的煙氣治理相比，玻璃窯爐的煙氣凈化治理困難較多。玻璃窯爐燃料復(fù)雜、爐溫高，高溫燃燒會產(chǎn)生大量熱力型NOx，同時(shí)，原料分解也產(chǎn)生一定量的NOx，玻璃窯爐出口煙氣中NOx濃度也很高，煙氣中細(xì)微塵多且黏性強(qiáng)、堿金屬濃度高，HF、HCl等物質(zhì)容易造成脫硝催化劑的堵塞與中毒，對脫硝反應(yīng)有較大影響。

因此，玻璃爐窯煙氣污染物控制技術(shù)路線的選用與布置，需考慮煙氣排放濃度的波動范圍，需充分考慮煙氣中的有害成分，考慮多方面因素對污染物控制技術(shù)路線的影響，要采取合理的措施降低污染物排放濃度。

3 一種典型治理技術(shù)路線的環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)成本分析

玻璃窯爐根據(jù)燃用的燃料不同，煙氣中排放的污染物濃度、粉塵特性也有著非常大的差異。以石油焦、煤制氣、天然氣作為燃料的玻璃窯爐，其煙氣治理技術(shù)、設(shè)備及不同工藝的選擇也有差異。

本文選擇一種典型的玻璃窯爐煙氣治理技術(shù)路線：玻璃窯爐+余熱鍋爐+高溫電除塵+SCR脫硝+余熱鍋爐+鍋爐引風(fēng)機(jī)+半干法脫硫設(shè)備+脫硫引風(fēng)機(jī)+煙囪，以實(shí)際案例對其污染物減排及經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行分析。

3.1 污染物減排效果

以某玻璃企業(yè)集團(tuán)1#、2#600t/d玻璃爐窯生產(chǎn)線為例，該工程采用石油焦粉為燃料，產(chǎn)生的煙氣特性見表3。

表3 玻璃窯爐余熱鍋爐出口煙氣性質(zhì)

為使煙氣達(dá)標(biāo)排放，對玻璃窯爐進(jìn)行如下煙氣治理設(shè)施配置：玻璃窯爐+余熱鍋爐+高溫電除塵+SCR脫硝+余熱鍋爐+鍋爐引風(fēng)機(jī)+半干法脫硫設(shè)備+脫硫引風(fēng)機(jī)+煙囪。其中，除塵技術(shù)采用4個(gè)電場電除塵器，電源采用三相高效電源；脫硝選用還原劑為氨水的SCR反應(yīng)器，每套脫硝裝置按“三加一”（反應(yīng)器催化劑3層運(yùn)行，1層備用）設(shè)計(jì)，配備過飽和高壓蒸氣或經(jīng)除油、脫水處理的壓縮空氣耙式吹灰器進(jìn)行清灰；脫硫選用半干法脫硫技術(shù)。

該工藝布置的優(yōu)點(diǎn)為：脫硝前除塵，降低了煙氣中粉塵對催化劑的毒化作用，有利于提高催化劑的使用壽命；半干法脫硫工藝系統(tǒng)相對簡單，系統(tǒng)可自動運(yùn)行，人員配置較少，且能耗相對較低，脫硫后煙氣系統(tǒng)無需防腐。但也存在SCR前設(shè)置電除塵器，為了保證合適的脫硝催化溫度，對系統(tǒng)漏風(fēng)率及保溫性能要求較高，除塵脫硝后煙氣在半干法脫硫過程中重新引入粉塵（脫硫劑），電除塵能耗浪費(fèi)等缺點(diǎn)。

整個(gè)流程配置的特點(diǎn)為：1）鈉鈣雙基耦合煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)；2）干式/半干式脫硫集成技術(shù)；3）棒型雙針刺陰極線、防變形陽板配置技術(shù)；4）瓷套選型及布置技術(shù)；5）蒸氣+聲波聯(lián)合清灰技術(shù)等。

玻璃窯爐煙氣經(jīng)過此技術(shù)路線，廢氣排放檢測效果良好（見表4）。

玻璃窯爐煙氣中NOx、SO2、煙塵排放濃度分別為500mg/m3、250mg/m3、30mg/m3，能夠滿足2011年國家頒布的《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 26453-2011）中的要求（NOx排放濃度應(yīng)小于700mg/m3，SO2小于400mg/m3，顆粒物排放濃度小于50mg/m3），并分別低于該標(biāo)準(zhǔn)排放限值的28.6%、37.5%、40%。

由此可見，該技術(shù)路線對于玻璃窯爐煙氣治理，在污染物濃度減排方面具有較明顯的效果。

表4 玻璃窯爐煙氣排放濃度

表5 工藝流程建設(shè)成本

表6 技術(shù)流程運(yùn)行成本

3.2 經(jīng)濟(jì)成本分析

在具體實(shí)例中，玻璃窯爐的主要經(jīng)濟(jì)成本體現(xiàn)在初始投資及運(yùn)行成本上，影響成本最大的因素是玻璃窯爐煙氣量的大小，而影響其年運(yùn)行費(fèi)用的主要因素包括煙氣量、初始污染物濃度及排放濃度，此外采用不同的脫硫工藝，投資成本及運(yùn)行費(fèi)用也有較大差別。

同樣以該玻璃企業(yè)集團(tuán)1#、2#600t/d玻璃爐窯生產(chǎn)線為例，表5、表6分別為600t/d燃用石油焦鍋爐煙氣治理工藝的建設(shè)、運(yùn)行成本。

采用此技術(shù)路線的建設(shè)成本包括鍋爐改造、四電場的除塵器安裝、SCR脫硝系統(tǒng)、半干法脫硫系統(tǒng)的投入使用，合計(jì)為1950萬元。運(yùn)行成本涵蓋工作人員（12人）工資、還原劑氨水的使用、脫硫吸收劑消石灰的消耗以及相應(yīng)的水耗、電耗成本等，合計(jì)1054.24萬元/年。

4 總結(jié)

（1）我國每年生產(chǎn)大量的平板玻璃，玻璃爐窯排放的煙氣中含有大量硫氧化物、氮氧化物及煙塵等大氣污染物，對大氣造成嚴(yán)重的污染。采取有效的煙氣治理措施刻不容緩。

（2）玻璃爐窯具有連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、產(chǎn)生的煙氣波動大、煙溫高等特點(diǎn)，且煙氣成分復(fù)雜具有黏性強(qiáng)、堿金屬含量高等性質(zhì)。為此，要結(jié)合玻璃爐窯運(yùn)行及產(chǎn)生煙氣的特點(diǎn)選擇合適的治理技術(shù)路線，使污染物排放濃度達(dá)標(biāo)。

（3）結(jié)合玻璃窯爐的特性，選擇玻璃窯爐+余熱鍋爐+高溫電除塵+SCR脫硝+余熱鍋爐+鍋爐引風(fēng)機(jī)+半干法脫硫設(shè)備+脫硫引風(fēng)機(jī)+煙囪技術(shù)，具有較優(yōu)的環(huán)境效益，經(jīng)濟(jì)合理，可在平板玻璃行業(yè)推廣使用。

[1] 茆令文，陸少鋒．平板玻璃行業(yè)現(xiàn)狀及污染治理[C]．中國硅酸鹽學(xué)會環(huán)境保護(hù)分會換屆暨學(xué)術(shù)報(bào)告會，2014．

[2] 張辰，楊麗，朱金偉，等．玻璃窯路煙氣可持續(xù)深度處理的可行性分析[J]．環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，5（3）：205-208．

[3] 胡帆，史慶璽，任冬，等．玻璃窯余熱利用關(guān)鍵技術(shù)問題的探討[J]．動力工程學(xué)報(bào)，2011， 31（5）：381-386．

[4] 徐嬌霞，丁明，尤振豐，等．玻璃窯爐煙氣脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)探討[J]．玻璃，2013 （5）：43-45．

[5] 羅運(yùn)平．玻璃窯高溫?zé)煔鈨艋に囋O(shè)計(jì)[J]．環(huán)境工程，2011，29（6）：73-75．

Analysis on Flue Gas Treatment Technology in Glass Furnace

SUN Hai-peng1, LI Zhe2, SUN Kai3
(1.China Certification Centre for Automotive Products, Beijing 100044; 2.China Productivity Center for Machinery
(CPCFM), Beijing 100044; 3.China Association of Environmental Protection Industry, Beijing 100037, China)

The glass furnaces can generate a great lot of dust, nitrogen oxides, sulfur dioxide and air pollutants in the production and the flue gas element is complex. If the flue gas could comply with the emission standards, the requirement of treatment technology must be higher. The paper selects a typical technical route of flue gas treatment and makes an analysis on the emission reduction effects of pollutants and economic costs, and provides a technical feasible and economic logical technological process for the flue gas treatment in the flat glass industry.

glass furnace; flue gas treatment; environmental benefits; economic cost

X701

A

1006-5377（2017）04-0033-03

環(huán)保部環(huán)境規(guī)劃院雙高項(xiàng)目（2016A055）。