淺議浮法玻璃企業(yè)的循環(huán)化改造

李二民

（華爾潤(rùn)玻璃產(chǎn)業(yè)股份有限公司，江蘇 張家港 215625）

0 引言

循環(huán)經(jīng)濟(jì)以要求按照生態(tài)規(guī)律組織生產(chǎn)、消費(fèi)和處理廢棄物，合理利用自然資源和環(huán)境容量，物質(zhì)不斷循環(huán)利用，使經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和諧地納入到自然生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)過程中。以“減量化、再利用、資源化”為原則，達(dá)到經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)低消耗、低排放、高效率的運(yùn)行目標(biāo)。作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一，玻璃工業(yè)屬于典型的資源、能源消耗型產(chǎn)業(yè)，隨著玻璃產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，面臨的節(jié)能減排形勢(shì)極為嚴(yán)竣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2013年浮法玻璃生產(chǎn)能力為9.8億重量箱，全年耗能折合標(biāo)煤1 420萬(wàn)t，需要消耗各類不可再生優(yōu)質(zhì)礦產(chǎn)及化工原料約6 000萬(wàn)t，已經(jīng)成為發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、落實(shí)節(jié)能減排的關(guān)鍵一環(huán)。近年來，新建的浮法線從選址規(guī)劃開始就注重循環(huán)經(jīng)濟(jì)，從資源、能源供應(yīng)等方面與園區(qū)其它企業(yè)相配套，一些玻璃企業(yè)老廠區(qū)進(jìn)行循環(huán)化改造的潛力很大。華爾潤(rùn)公司主要圍繞“減量化”和“資源化”兩大原則，在節(jié)能減排、廢棄物資源化利用等方面進(jìn)行了相應(yīng)的循環(huán)化改造。

1 浮法玻璃生產(chǎn)資源及能源利用分析

浮法玻璃的主要原料硅砂、純堿、白云石、石灰石等，均為不可再生礦產(chǎn)資源，玻璃熔窯消耗的燃料除了有重油、煤焦油、焦?fàn)t煤氣、發(fā)生爐煤氣、石油焦粉，還有天然氣、清潔煤氣等清潔燃料。玻璃生產(chǎn)設(shè)備眾多，還需消耗大量的電力。華爾潤(rùn)公司圍繞循環(huán)經(jīng)濟(jì)，對(duì)現(xiàn)有浮法玻璃生產(chǎn)工藝流程各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化完善，采取耗能設(shè)備節(jié)能改造、廢棄物循環(huán)利用、窯爐余熱回收利用、管道氮?dú)飧脑?、燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整等措施，取得了一定的效果。華爾潤(rùn)公司浮法線的資源、能源利用情況見圖1。

2 “減量化”改造措施

基于玻璃生產(chǎn)能源消耗量大、廢棄物排放量大的現(xiàn)實(shí)情況，正確分析并實(shí)施浮法玻璃生產(chǎn)工藝流程的物質(zhì)流、能耗和工業(yè)廢棄物減量化問題顯得尤為重要，應(yīng)堅(jiān)持減量化優(yōu)先，從源頭上減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)能源、資源消耗，減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生。玻璃企業(yè)能耗指標(biāo)情況見表1。

為做好節(jié)能減排工作，華爾潤(rùn)公司成立能源管理部門并運(yùn)行能源管理體系，通過一系列節(jié)能減排措施，綜合能耗達(dá)到12.61 kg標(biāo)準(zhǔn)煤/重量箱玻璃，低于新建生產(chǎn)線準(zhǔn)入條件16.5 kg標(biāo)準(zhǔn)煤/重量箱玻璃，達(dá)到清潔生產(chǎn)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 玻璃熔窯節(jié)能改造

窯爐能耗占玻璃生產(chǎn)總能耗的80%以上，燃料費(fèi)用占產(chǎn)品成本比例最高達(dá)到40%。浮法玻璃從發(fā)明至今已經(jīng)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，其成形工藝、退火、切裁、自動(dòng)控制等各方面技術(shù)均日趨成熟，但熔制方法和窯爐結(jié)構(gòu)無(wú)很大突破，國(guó)內(nèi)熔窯的熱效率與國(guó)外相比尚有較大差距。

為提高窯爐熱效率，進(jìn)行了一系列技術(shù)改造。采用池底臺(tái)階結(jié)構(gòu)，在冷卻部入口設(shè)置池底臺(tái)階，明顯降低冷卻部玻璃液回流，減少二次加熱從而起到節(jié)能效果。采用澄清區(qū)臺(tái)階碹結(jié)構(gòu)，分段降低火焰空間高度，改變上部空間熱氣流對(duì)流，實(shí)現(xiàn)提高澄清溫度，降低末對(duì)小爐燃料消耗。改進(jìn)池壁拐角和池底壓縫磚結(jié)構(gòu)，將直角均改為倒角結(jié)構(gòu)，減少玻璃液析晶。根據(jù)窯爐熱態(tài)膨脹和散熱特點(diǎn)，提高窯爐氣密性，加強(qiáng)保溫，減少窯爐散熱量。2009～2013年，華爾潤(rùn)公司對(duì)8條浮法生產(chǎn)線進(jìn)行了冷修節(jié)能技改，經(jīng)各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比，平均節(jié)能率在7%左右，最低已經(jīng)突破1 300 kcal/kg玻璃液。

表1 玻璃企業(yè)能耗指標(biāo)對(duì)比表

圖1 浮法生產(chǎn)線資源、能源利用圖

2.2 氮?dú)夤庀到y(tǒng)改造

氮?dú)馐歉》úＡг阱a槽成型時(shí)的保護(hù)氣體，廠區(qū)10條線總用氣量在14 500 Nm3/h，原有氮?dú)獠捎每辗址ㄉa(chǎn)，投資和占地面積大，運(yùn)行成本高。廠區(qū)周邊為鋼廠配套的某工業(yè)氣體公司，生產(chǎn)中有過剩氮?dú)?，以管道供氣方式?gòu)買過剩氮?dú)庥糜诓Ａуa槽保護(hù)氣，替代現(xiàn)有的空分制氮。改造完成后，外購(gòu)供氣量為9 000 Nm3/h，取代原有的兩座設(shè)備老化的空分氮?dú)庹?，用能方面電耗減少8.8萬(wàn)kWh/d，氮?dú)饩C合使用成本降低0.1元/Nm3，消化周邊企業(yè)的副產(chǎn)品，起到園區(qū)內(nèi)循環(huán)補(bǔ)鏈作用。

2.3 煙、塵等污染物減排

煙塵減排最直接的途徑是降低燃料消耗，減少燃燒生成物。其次是對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫、脫硝、除塵處理。目前玻璃熔窯根據(jù)燃料和原料中澄清劑種類不同，正常的SO2排放為300～3 000 mg/m3,粉塵排放在800 mg/m3以下，NOx的排放最高達(dá)到2 000 mg/m3；根據(jù)平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB26453-2011規(guī)定，SO2排放限值為400 mg/m3，顆料物排放限值為50 mg/m3，最新增加了氮氧化物（NOx）排放限值為700 mg/m3，開展煙氣脫硝工作刻不容緩。

2006年以來，華爾潤(rùn)公司對(duì)全部浮法線安裝了脫硫系統(tǒng)，通過各種脫硫工藝的試驗(yàn)和技術(shù)改造，脫硫效率不斷提高。2011年在浮法四線建立SCR脫硝中試裝置進(jìn)行脫硝技術(shù)研發(fā)、試驗(yàn)，并于2012年正式建設(shè)SCR選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)，脫硝率可達(dá)到75%～90%。根據(jù)SCR煙氣脫硝技術(shù)所適應(yīng)的320～420℃煙溫特點(diǎn)，選擇在尚未建余熱電站的浮法3線實(shí)施煙氣脫硝，該套環(huán)保處理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)脫硝、脫硫、除塵一體化。

在脫硝項(xiàng)目的實(shí)施中，還存在一定的技術(shù)難題。使玻璃窯實(shí)現(xiàn)余熱發(fā)電、脫硝、脫硫、除塵一體化，從技術(shù)上是可以實(shí)施的，采用的較為合理的技術(shù)路線為：窯爐煙氣→高溫金屬濾袋除塵→余熱發(fā)電鍋爐高溫段→SCR選擇性催化還原法脫硝→余熱發(fā)電鍋爐低溫段→濕法脫硫→合格排放。但如果要實(shí)現(xiàn)上述工藝改造，余熱電站鍋需相應(yīng)改造為兩段式，對(duì)于已經(jīng)投運(yùn)的電站和脫硫生產(chǎn)線來說，改造的代價(jià)將非常大，相關(guān)技術(shù)難題有待進(jìn)一步研究。

2.4 燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整改造

使用清潔燃料能從源頭減少污染物的排放，燃料的品種與質(zhì)量直接決定煙氣污染物的含量。近年來為降低生產(chǎn)成本，石油焦粉在玻璃行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，在降低成本的同時(shí)，也加重了煙塵的污染程度。隨著玻璃行業(yè)排放問題日益嚴(yán)重，國(guó)家相繼出臺(tái)了一系列政策、法規(guī)來規(guī)范、引導(dǎo)行業(yè)發(fā)展，鼓勵(lì)采用天然氣等清潔能源，實(shí)行清潔生產(chǎn)。2013年底華爾潤(rùn)公司通過窯爐燃燒結(jié)構(gòu)調(diào)整，在廠區(qū)規(guī)劃了天然氣供氣和燃燒系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了浮法線不停產(chǎn)在線置換天然氣。天然氣和石油焦粉兩種燃料成份和污染物排放對(duì)比見表2。

表2 天然氣與石油焦成份及燃燒產(chǎn)物對(duì)比表

從表2可以看出，使用天然氣后煙氣中SO2的排放濃度無(wú)需脫硫處理就可達(dá)標(biāo)排放，1條900 t/d生產(chǎn)線全年天然氣用量約5 600萬(wàn)Nm3，與石油焦相比可以減少SO2的排放約800 t/年，減少煙塵約1 100 t/年。取代石油焦粉后，僅石油焦粉加工、輸送一項(xiàng)每年可減少用電量1 180萬(wàn)kWh，即每年減少CO2排放量12 000 t。玻璃行業(yè)正在由普通浮法玻璃生產(chǎn)向優(yōu)質(zhì)高檔浮法玻璃轉(zhuǎn)型，隨著產(chǎn)品附加值的提升，一定程度上也彌補(bǔ)了高價(jià)格天然氣而造成的燃料成本上升。

3 “資源化”改造措施

3.1 碎玻璃資源化利用

碎玻璃的回收應(yīng)用不但可以提高熔化速度、節(jié)約燃料、減少礦產(chǎn)資源消耗，還可以減少碎玻璃對(duì)環(huán)境的污染。浮法線設(shè)計(jì)兩套碎玻璃回收系統(tǒng)，一套是生產(chǎn)線自產(chǎn)碎玻璃通過自動(dòng)粉碎傳輸系統(tǒng)進(jìn)入窯頭料倉(cāng)。另一套碎玻璃回收系統(tǒng)建在生產(chǎn)線的原料車間，社會(huì)上回收的廢舊碎玻璃經(jīng)初步分揀、清洗處理后二次加工進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)使用。由于外購(gòu)碎玻璃的成份波動(dòng)和雜質(zhì)將會(huì)給生產(chǎn)帶來極大的危害，使用前需對(duì)碎玻璃進(jìn)行化學(xué)成分分析，嚴(yán)格控制碎玻璃質(zhì)量，一般只使用于普通建筑玻璃生產(chǎn)，最高使用量可達(dá)40%，優(yōu)質(zhì)高檔玻璃生產(chǎn)線則只應(yīng)用于公司自產(chǎn)碎玻璃，使用比例在10%～15%。

3.2 玻璃熔窯余熱資源化

玻璃窯爐煙氣熱量損失占總熱耗的35%左右。如果采用傳統(tǒng)“熱回收”方式，仍有高于350℃左右的煙氣被排出，余熱利用率只有20%左右。采用“動(dòng)力回收”的方式建設(shè)余熱發(fā)電站，余熱利用率可提高至75%～80%。以一條700 t/d規(guī)模的優(yōu)質(zhì)在線低輻射鍍膜玻璃生產(chǎn)線為例，配套建設(shè)裝機(jī)容量3 MW的純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，平均發(fā)電功率按2 800 kW計(jì)算，年發(fā)電量達(dá)到1 960×104 kWh，以大型火電廠發(fā)電標(biāo)煤耗0.284 kg標(biāo)準(zhǔn)煤/kWh計(jì)算，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤5 566.4 t，每年減少CO2排放量13 916 t。華爾潤(rùn)公司2007年9月率先在兩條900 t/d浮法生產(chǎn)線上建成余熱電站（二爐一機(jī)）裝機(jī)功率3 MW，拉開了行業(yè)內(nèi)浮法玻璃余熱發(fā)電大發(fā)展的序幕。目前共建有電站5座，其中張家港廠區(qū)2座，平均年發(fā)電量8 500萬(wàn)kWh，能供應(yīng)廠區(qū)用電的45%。

3.3 脫硫副產(chǎn)物資源化利用

目前普遍采用的干法 （循環(huán)流化床法、NID）、半干法、濕法（改良氧化鎂法）脫硫工藝，分別產(chǎn)生以CaSO4、Na2SO4、MgSO4為主要成份的脫硫副產(chǎn)物。其中Na2SO4回收工藝原理是：利用硫酸鈉易溶于水的特性，將定量的脫硫灰渣與定量的水?dāng)嚢杌旌喜⒄羝訜嶂烈欢ǖ臏囟?，使脫硫灰渣中的硫酸鈉完全溶解近于飽和濃度的懸浮液，經(jīng)微過濾使渣液完全分離，得到澄清的硫酸鈉母液和排出殘存的灰渣，使澄清的硫酸鈉母液在保持一定真空度的蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)低溫沸騰蒸發(fā)，連續(xù)不斷地生成無(wú)水硫酸鈉結(jié)晶，經(jīng)熱氣流烘干機(jī)干燥得到無(wú)水硫酸鈉的成品?；厥盏臒o(wú)水Na2SO4作為原料應(yīng)用于玻璃澄清劑和建筑墻體材料等，回收后的灰渣作為水泥生產(chǎn)摻合料，實(shí)現(xiàn)脫硫固廢的循環(huán)利用。

由于Na2SO4回收在玻璃行業(yè)尚無(wú)成熟工藝可以借鑒，在實(shí)施過程中進(jìn)行了反復(fù)調(diào)試、摸索，于2011年4月正常運(yùn)行，產(chǎn)品純度檢測(cè)達(dá)到97%，達(dá)到玻璃原料工藝使用要求。在公司試驗(yàn)線上使用CaSO4是循環(huán)流化床脫硫的副產(chǎn)物，借鑒Na2SO4回收經(jīng)驗(yàn)，可以回收作脫硫劑循環(huán)使用，也可作為橡膠生產(chǎn)的添加劑起到填充增強(qiáng)作用，還可以應(yīng)用到加氣磚等建材的生產(chǎn)中。鎂法脫硫產(chǎn)生的MgSO4· 7H2O則可直接作為環(huán)保建筑材料的生產(chǎn)原料。

3.4 低品位余熱資源化利用

除高溫?zé)煔鉄釗p失外，窯體外表面?zhèn)鲗?dǎo)散熱也占到總散熱量的30%左右，但溫度在80～200℃之間，以目前的余熱利用技術(shù)，利用價(jià)值不大。華爾潤(rùn)公司曾試驗(yàn)將小爐通道內(nèi)高溫氣體收集用于預(yù)熱物料，但效率不高，目前已經(jīng)有較為成熟的半導(dǎo)體發(fā)電技術(shù)可以應(yīng)用，但由于回收成本過高，經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高。雖然這部分熱氣體的高效收集利用難度很大，但作為一項(xiàng)潛在的節(jié)能課題，值得全行業(yè)科技人員去探索。

4 結(jié)語(yǔ)

在華爾潤(rùn)公司循環(huán)化改造的過程中，圍繞整個(gè)浮法工藝流程資源和能源利用實(shí)際情況開展節(jié)能減排和廢物資源化利用工作，取得了初步的成效，但目前玻璃行業(yè)節(jié)能減排的形勢(shì)仍不容樂觀，還有大量的工作要做。節(jié)能與環(huán)保是循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重點(diǎn)，環(huán)保要求節(jié)能，節(jié)能促進(jìn)環(huán)保，節(jié)能是企業(yè)效益最大化的有效途徑，減少污染排放是每個(gè)企業(yè)應(yīng)盡的社會(huì)責(zé)任和義務(wù)。但在現(xiàn)有技術(shù)條件下，窯爐煙氣和固廢的治理會(huì)大幅增加生產(chǎn)成本，只有系統(tǒng)踐行循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，才能使兩者相輔相成，相互促進(jìn)。