日用玻璃行業(yè)窯爐煙氣治理技術(shù)與工程實(shí)例

寧可，孫曉峰，陳達(dá)，高山

（北京市科學(xué)技術(shù)研究院資源環(huán)境研究所，北京 100012）

1 日用玻璃行業(yè)窯爐煙氣特點(diǎn)

（1）煙氣成分復(fù)雜，煙氣中除含有顆粒物、二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）外，根據(jù)原料配方的不同，通常還會(huì)含有氯化氫（HCl）、氟化物和少量重金屬等污染物。根據(jù)行業(yè)調(diào)研情況，日用玻璃企業(yè)大多采用天然氣、發(fā)生爐煤氣、煤焦油、天然氣和石油焦作為窯爐燃料，不同燃料類型日用玻璃窯爐煙氣污染物初始排放濃度見表1。

表1 不同燃料類型日用玻璃窯爐煙氣污染物初始排放濃度

（2）排煙高溫高熱，最高可達(dá)400℃—500℃，窯爐排放的煙氣帶走了燃料燃燒產(chǎn)生的35%—40%熱量[1]。

（3）采用換向燃燒方式，煙氣流量和濃度不穩(wěn)定，波動(dòng)大。

（4）煙氣中堿金屬含量高，選擇性催化還原（SCR）脫硝催化劑易中毒[2]。

2 典型煙氣治理技術(shù)

2.1 顆粒物治理技術(shù)

日用玻璃行業(yè)煙氣粉塵濃度高、粒度小，含塵量隨燃料的不同而不同，可采用的除塵技術(shù)包括靜電除塵、濕式電除塵和袋式除塵等。此外，金屬纖維濾袋除塵和陶瓷纖維濾管除塵等除塵新技術(shù)也已經(jīng)在部分日用玻璃生產(chǎn)企業(yè)中得到成功應(yīng)用，取得了良好的處理效果。

靜電除塵技術(shù)一般用于煙氣脫硝前顆粒物的預(yù)處理，以保證后續(xù)脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。濕式電除塵技術(shù)可用于窯爐煙氣濕法脫硫后的進(jìn)一步除塵，以解決濕法脫硫煙氣攜帶“石膏雨”、次生顆粒等問題。

日用玻璃行業(yè)應(yīng)用最多的除塵技術(shù)是袋式除塵技術(shù)，但受布袋材質(zhì)的影響，其對(duì)入口溫度要求較為嚴(yán)格，一般要求煙氣溫度低于250℃，否則容易引起燒袋、過濾失效等問題，煙氣溫度高于250℃時(shí)，需在袋式除塵器前加裝余熱鍋爐等降溫設(shè)施，以保證袋式除塵器的穩(wěn)定運(yùn)行。金屬纖維濾袋除塵的出現(xiàn)有效避免了因高溫?zé)斐傻某龎m器失效問題[3]，微米級(jí)金屬纖維燒結(jié)而成的濾袋能處理溫度最高達(dá)600℃的含塵氣體。

陶瓷纖維濾管除塵作為一種新型的除塵技術(shù)，通常和干法脫硫、SCR 脫硝技術(shù)復(fù)合使用，可起到同步除塵、脫硫、脫硝的目的。該技術(shù)可大大減少除塵設(shè)備的占地面積，同時(shí)陶瓷纖維濾管的復(fù)合結(jié)構(gòu)避免了布袋的撓性，除塵效果更優(yōu)，沒有糊袋隱患，使用壽命可達(dá)8—10 年，大大優(yōu)于傳統(tǒng)濾袋。

2.2 SO2 治理技術(shù)

日用玻璃煙氣窯爐可考慮的脫硫技術(shù)包括干法、半干法和濕法三大類，應(yīng)優(yōu)先考慮使用干法和半干法脫硫技術(shù)。干法脫硫技術(shù)包括鈉基干法脫硫和鈣基干法脫硫，半干法脫硫技術(shù)可采用煙氣循環(huán)流化床法（CFB）和新型一體化煙氣脫硫技術(shù)（NID），濕法脫硫技術(shù)主要采用石灰石/石灰-石膏法。

干法脫硫采用粉狀或粒狀吸收劑來脫除煙氣中的SO2，吸收劑通常采用鈉基（NaHCO3）或鈣基（消石灰），其特點(diǎn)是處理后的煙氣溫度降低很少，煙氣濕度沒有增加，有利于煙囪的排氣擴(kuò)散，同時(shí)在煙囪附近不會(huì)出現(xiàn)雨霧現(xiàn)象。但是干法脫硫時(shí)脫硫劑對(duì)SO2的吸附或吸收速度較慢，脫硫效率較濕法脫硫要低一些。

主流的半干法脫硫技術(shù)除CFB 和NID 外，還有噴霧干燥技術(shù)（SDA），但是目前SDA 在日用玻璃窯爐中成功應(yīng)用的案例較少，因此不作為推薦的脫硫技術(shù)，CFB 和NID 在日用玻璃行業(yè)都有較多的應(yīng)用案例，而且能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

濕法脫硫技術(shù)以石灰石/石灰-石膏法應(yīng)用最為普遍，采用液體吸收劑洗滌煙氣達(dá)到去除SO2的目的，脫硫反應(yīng)速率快，濕法脫硫效率高，但是濕法脫硫系統(tǒng)復(fù)雜，運(yùn)行中易出現(xiàn)由于處理不當(dāng)而腐蝕、結(jié)垢、脫硫效率降低、二次污染等問題，在日用玻璃煙氣治理中的應(yīng)用逐漸減少。

不同脫硫技術(shù)對(duì)比情況見表2。

表2 不同脫硫技術(shù)在日用玻璃行業(yè)中的應(yīng)用對(duì)比

2.3 NOx 治理技術(shù)

除了采用全氧燃燒的窯爐可以考慮利用選擇性非催化還原（SNCR）技術(shù)進(jìn)行煙氣脫硝外，其他類型日用玻璃的煙氣脫硝應(yīng)使用SCR 技術(shù)。

SCR 是目前最成熟的煙氣脫硝技術(shù)，結(jié)合靜電除塵器，可滿足各種燃料類型日用玻璃窯爐NOx的長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，目前已開發(fā)出適用于日用玻璃窯爐煙氣脫硝中低溫環(huán)境的脫硝催化劑，低溫催化劑入口煙氣溫度控制在220℃—320℃，中溫催化劑入口煙氣溫度控制在320℃—400℃。需要注意的是，采用低溫脫硝技術(shù)時(shí)，脫硝反應(yīng)器入口SO2濃度一般不能超過50mg/m3，主要是因?yàn)椴捎玫蜏孛撓醮呋瘎┟撓鯐r(shí)，含有硫氧化物（SOx）的低溫?zé)煔庵械娜趸颍⊿O3）會(huì)與還原劑發(fā)生反應(yīng)，生成具有黏稠性的物質(zhì)（硫酸銨/硫酸氫銨），該物質(zhì)在煙氣中的露點(diǎn)溫度約為300℃，其附著在催化劑表面會(huì)導(dǎo)致催化劑失效[4]。

SNCR 的反應(yīng)溫度通常在900℃—1200℃，對(duì)于大部分使用馬蹄焰爐的日用玻璃生產(chǎn)企業(yè)而言，煙氣脫硝反應(yīng)需在蓄熱室里進(jìn)行才能達(dá)到此溫度。由于普通蓄熱室的格子體頂部溫度普遍超過1350℃，格子體通常又用筒形磚或十字形磚擺砌，格孔之間基本相互隔絕，因此在低于格子體頂面溫度的部位很難向蓄熱室內(nèi)均布添加氨水，故在玻璃行業(yè)中很少被采用。采用全氧燃燒的日用玻璃窯爐取消了蓄熱室結(jié)構(gòu)，可直接在垂直煙道內(nèi)進(jìn)行脫硝反應(yīng)，而且全氧燃燒爐的NOx排放遠(yuǎn)低于馬蹄焰爐[5]，一般低于700mg/m3，因此可選用SNCR 進(jìn)行煙氣脫硝，SNCR 應(yīng)用于日用玻璃窯爐脫硝的去除效率通常在40%左右。

3 煙氣治理工藝路線及工程應(yīng)用實(shí)例

3.1 工藝路線

日用玻璃生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)根據(jù)其使用的燃料類型、煙氣參數(shù)（煙氣量、污染物濃度、煙氣溫度）等選用不同的煙氣治理技術(shù)組合工藝，日用玻璃行業(yè)可采用的治理工藝路線如下：

工藝路線一：中溫SCR 脫硝+余熱鍋爐+干法脫硫+布袋除塵

該方法適用于處理煙氣溫度為320℃—400℃，使用天然氣、發(fā)生爐煤氣和煤焦油為燃料的玻璃窯爐。

某玻璃瓶生產(chǎn)企業(yè)采用上述工藝路線治理窯爐煙氣，窯爐使用的燃料為二段煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)的熱煤氣，處理風(fēng)量為60 000m3/h，煙氣首先進(jìn)入中溫SCR脫硝系統(tǒng)進(jìn)行脫硝，脫硝溫度控制在280℃左右，脫硝后的煙氣進(jìn)入余熱鍋爐回收煙氣中的余熱，同時(shí)使進(jìn)入脫硫系統(tǒng)中的煙氣處于最佳脫硫反應(yīng)溫度區(qū)間內(nèi)，干法脫硫劑使用的是NaHCO3，最后煙氣經(jīng)布袋除塵后可達(dá)標(biāo)排放。處理前后的煙氣污染物年平均排放情況見表3。

表3 工藝路線一的污染物排放數(shù)據(jù)

工藝路線二：干法脫硫+布袋除塵+低溫脫硝

該方法適用于處理煙氣溫度為220℃—320℃，使用天然氣、發(fā)生爐煤氣和煤焦油為燃料的玻璃窯爐，由于煙氣溫度較低，不適宜采用中溫脫硝，同時(shí)為保證低溫脫硝催化劑不受SOx的影響，故而采用低溫脫硝后置的處理技術(shù)。

某啤酒瓶生產(chǎn)企業(yè)采用上述工藝路線治理窯爐煙氣，窯爐使用的燃料為二段煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)的熱煤氣，處理風(fēng)量為61 320m3/h，干法脫硫劑為NaHCO3，布袋進(jìn)口煙氣溫度不高于250℃，進(jìn)入SCR 脫硝系統(tǒng)的煙氣入口溫度控制在220℃以下，該企業(yè)煙氣處理系統(tǒng)可連續(xù)、穩(wěn)定、達(dá)標(biāo)排放。處理前后的煙氣污染物年平均排放情況見表4。

表4 工藝路線二的污染物排放數(shù)據(jù)

工藝路線三：煙氣調(diào)質(zhì)+靜電除塵+中溫SCR脫硝+余熱回收+濕法脫硫+濕式電除塵

該方法適用于處理煙氣溫度為320℃—400℃、使用石油焦為燃料的玻璃窯爐。當(dāng)使用石油焦作為燃料時(shí)，煙氣中會(huì)含有大量的黏性粉塵，煙氣具有高溫、高腐蝕性等特點(diǎn)，不宜直接進(jìn)行脫硝反應(yīng)，通過設(shè)置靜電除塵的預(yù)處理裝置（入口設(shè)置煙氣調(diào)質(zhì)單元）來降低煙氣中的顆粒物含量，從而保證SCR 脫硝系統(tǒng)的脫硝效率和催化劑的使用壽命。

某玻璃瓶生產(chǎn)企業(yè)采用上述工藝路線治理窯爐煙氣，窯爐使用的燃料為低硫石油焦，處理風(fēng)量為19 900m3/h，煙氣調(diào)質(zhì)階段投加30%氫氧化鈉（NaOH）溶液，煙氣經(jīng)處理后可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。處理前后的煙氣污染物年平均排放情況見表5。

表5 工藝路線三的污染物排放數(shù)據(jù)

3.2 討論

（1）不同燃料類型的玻璃窯爐應(yīng)根據(jù)煙氣特點(diǎn)選擇是先進(jìn)行脫硫除塵還是先進(jìn)行脫硝，煙氣溫度決定了脫硝是采用中溫催化劑還是低溫催化劑。

（2）可將工藝路線一和工藝路線二中的布袋除塵更換為金屬纖維濾袋除塵或陶瓷纖維濾管除塵，顆粒物排放濃度可達(dá)到更低的排放要求，可低于10mg/m3。

（3）不同處理工藝路線煙氣治理設(shè)備投資和運(yùn)行成本對(duì)比情況見表6。工藝路線三的流程最復(fù)雜，其初期投資最高，運(yùn)行成本也最高，因此除石油焦外，其他類型燃料日用玻璃窯爐不推薦采用該工藝路線。

表6 不同處理工藝路線煙氣治理設(shè)備投資和運(yùn)行成本對(duì)比情況

（4）三種工藝路線均可保證煙氣連續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，而且在日用玻璃行業(yè)均有成功應(yīng)用案例，企業(yè)可根據(jù)自身實(shí)際情況，選擇不同的工藝路線。

4 結(jié)語

隨著各地工業(yè)窯爐污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施，日用玻璃企業(yè)將面臨更嚴(yán)格的環(huán)保挑戰(zhàn)。隨著以NaHCO3為主的干法脫硫工藝、金屬纖維濾袋除塵和陶瓷纖維濾管除塵等新除塵技術(shù)的使用，以及低溫催化劑價(jià)格的不斷降低，日用玻璃行業(yè)企業(yè)完全可以做到達(dá)標(biāo)排放甚至達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。從工程應(yīng)用實(shí)踐角度來說，做好各項(xiàng)環(huán)保設(shè)備的日常維護(hù)和運(yùn)行管理，對(duì)日用玻璃生產(chǎn)企業(yè)同樣重要。