平板玻璃行業(yè)大氣污染物排放與治理現(xiàn)狀

王 彬，王東歌

(中建材環(huán)保研究院(江蘇)有限公司，鹽城 224051)

1 行業(yè)發(fā)展與排放現(xiàn)狀

2012 ～2017年我國(guó)平板玻璃年產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖1[1-3]。雖然去產(chǎn)能一直是近幾年的主基調(diào)，我國(guó)平板玻璃生產(chǎn)線(xiàn)從近360條縮減到2018年初的270余條，但鑒于市場(chǎng)行情的變化，2017年平板玻璃產(chǎn)能利用率有所提高，平板玻璃年產(chǎn)量達(dá)到了7.9億重量箱，同比增長(zhǎng)3.5%，平板玻璃年產(chǎn)量重新回到歷史最高水平，多年穩(wěn)居世界首位。

截止2017年底，我國(guó)平板玻璃行業(yè)資產(chǎn)總額達(dá)750億元，約為同期鋼鐵行業(yè)的 11.4%，水泥行業(yè)的41.6%；2017年平板玻璃行業(yè)實(shí)現(xiàn)歷史最高利潤(rùn)額100億元，也僅約為同期鋼鐵行業(yè)的2.9%，水泥行業(yè)的11.3%[4]。

雖然我國(guó)平板玻璃產(chǎn)量保持在高位，但相較于鋼鐵、水泥等其他非電行業(yè)，平板玻璃行業(yè)總體經(jīng)濟(jì)體量較小。

較小的經(jīng)濟(jì)體量下大氣污染物排放總量相對(duì)很低。2015年我國(guó)鋼鐵、水泥、平板玻璃各主要污染物(NOx、SO2、顆粒物)排放總量比較見(jiàn)圖2[5]。通過(guò)圖2可以發(fā)現(xiàn)，平板玻璃行業(yè)大氣污染物排放的比例均明顯低于鋼鐵、水泥行業(yè)。

2 行業(yè)治理的重要性

平板玻璃行業(yè)大氣污染物治理的重要性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是環(huán)境屬性，即其對(duì)重點(diǎn)區(qū)域大氣環(huán)境污染的影響較大，不容忽視；二是經(jīng)濟(jì)屬性，環(huán)保路徑是行業(yè)產(chǎn)能優(yōu)化調(diào)整的重要方式。

2017年平板玻璃生產(chǎn)量超過(guò)200重量箱的省份統(tǒng)計(jì)呈現(xiàn)出2條清晰的主線(xiàn)：沿海和沿江的全部發(fā)達(dá)地區(qū)。

以近些年重點(diǎn)關(guān)注的京津冀地區(qū)為例，天津平板玻璃生產(chǎn)量達(dá)到2 800重量箱，遠(yuǎn)超過(guò)排名第二位的河北567重量箱，同時(shí)河北2017年平板玻璃的生產(chǎn)總量最高，達(dá)到10 648重量箱，也是全國(guó)唯一破萬(wàn)的省份，這還是在河北省2017年大力實(shí)施結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)能優(yōu)化的前提下。另外，2017年京津冀地區(qū)占統(tǒng)計(jì)區(qū)域不到3.0%的國(guó)土面積，平板玻璃產(chǎn)量占統(tǒng)計(jì)總產(chǎn)量的17.6%。這一現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是由于平板玻璃的“500公里”特性，即產(chǎn)銷(xiāo)地之間的距離不會(huì)超過(guò)500公里，越是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集、生態(tài)環(huán)境敏感的地區(qū)，平板玻璃廠(chǎng)在其周邊的布局反而越密集。

雖然平板玻璃行業(yè)經(jīng)濟(jì)體量小，大氣污染物排放總量不高，但由于其“500公里”分布特性，對(duì)區(qū)域小環(huán)境的影響不容忽視。玻璃不能像電力那樣遠(yuǎn)距離輸送，大氣環(huán)境治理問(wèn)題目前只能就地解決。所以，平板玻璃行業(yè)大氣污染物防治的不斷深入推進(jìn)顯得尤為重要，這需要加強(qiáng)平板玻璃行業(yè)的政策性引導(dǎo)和最佳可行性技術(shù)的研究工作。

同時(shí)，平板玻璃行業(yè)一直是我國(guó)去產(chǎn)能的重點(diǎn)行業(yè)，2016年5月5日國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)建材工業(yè)穩(wěn)增長(zhǎng)調(diào)結(jié)構(gòu)增效益的指導(dǎo)意見(jiàn)》(國(guó)發(fā)辦〔2016〕34號(hào))，明確提出到2020年，再壓減一批水泥熟料、平板玻璃產(chǎn)能，產(chǎn)能利用率回到合理區(qū)間。2018年7月23日工信部印發(fā)《堅(jiān)決打好工業(yè)和通信業(yè)污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》(工信部節(jié)〔2018〕136號(hào))，指導(dǎo)和督促地方政府積極推動(dòng)鋼鐵、水泥、平板玻璃等行業(yè)過(guò)剩產(chǎn)能有序退出。目前我國(guó)平板玻璃行業(yè)產(chǎn)能利用率僅為73.45%[6]，而平板玻璃產(chǎn)能利用率的合理區(qū)間為85%～90%，2020年前至少需淘汰和壓減平板玻璃產(chǎn)能2億重量箱。

環(huán)保是淘汰落后產(chǎn)能的常用指標(biāo)，應(yīng)積極推進(jìn)平板玻璃行業(yè)大氣污染物治理工作，通過(guò)環(huán)保倒逼行業(yè)進(jìn)行產(chǎn)能結(jié)構(gòu)升級(jí)。

3 行業(yè)治理技術(shù)分析

3.1 常規(guī)集成技術(shù)

由于燃料和生產(chǎn)原料的原因，平板玻璃窯爐出口煙氣具有“高溫、高氮、高粘塵”的特性[7]?！案邷亍奔催M(jìn)余熱鍋爐前煙氣溫度為500 ℃左右，經(jīng)余熱鍋爐利用后溫度降至180 ℃左右；“高氮”即不同的燃料(天然氣、煤制氣、重油、石油焦粉等)，煙氣中NOx含量均超過(guò)2 000 mg/m3；“高粘性”即由于原料種類(lèi)繁多，包括芒硝、純堿等物質(zhì)，導(dǎo)致煙氣中顆粒物的堿金屬含量高，其粘附性、化學(xué)腐蝕性強(qiáng)[8,9]。

平板玻璃行業(yè)大氣污染物排放影響較大的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)政策：2011年10月1日起開(kāi)始執(zhí)行的《平板玻璃大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB26453—2011)，要求NOX≤700 mg/m3，SO2≤400 mg/m3，顆粒物≤50 mg/m3；2017年6月13日環(huán)保部發(fā)布《關(guān)于征求<鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)>等20項(xiàng)國(guó)家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)修改單(征求意見(jiàn)稿)意見(jiàn)的函》(環(huán)辦大氣函[2017]924號(hào))，對(duì)平板玻璃等行業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)增加了排放特別限值，其中平板玻璃主要污染物顆粒物由50 mg/m3提高到20 mg/m3,SO2由400 mg/m3提高到100 mg/m3，NOXmg/m3提高到400 mg/m3，并于2018年6月1日正式開(kāi)始執(zhí)行。

基于以上平板玻璃行業(yè)的政策背景及大氣污染物排放特性，通過(guò)表1匯總的中建材環(huán)保研究院(江蘇)有限公司2013～2018年部分平板玻璃行業(yè)典型案例，由表1可知。

表1 2013～2018年平板玻璃行業(yè)典型案例

1)當(dāng)燃料為天然氣/煤制氣時(shí)，煙氣中SO2濃度<400 mg/m3，僅進(jìn)行除塵+脫硝的短流程工藝即可滿(mǎn)足GB2645—2011行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2)為滿(mǎn)足最新特別排放限值的要求，近年常用的平板玻璃煙氣治理長(zhǎng)流程工藝為：干法脫硫/煙氣調(diào)質(zhì)(選配)+高溫電除塵+SCR脫硝+半干法脫硫+布袋除塵，即玻璃爐窯高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱鍋爐，選取350 ℃溫度段截取煙氣進(jìn)入脫硝系統(tǒng)，為保證SCR脫硝穩(wěn)定高效運(yùn)行，前端設(shè)置干法脫硫/煙氣調(diào)質(zhì)、高溫電除塵器。煙氣經(jīng)脫硝系統(tǒng)后重新進(jìn)入余熱鍋爐進(jìn)行再利用，從余熱鍋爐出來(lái)的煙氣約180 ℃，進(jìn)入半干法脫硫反應(yīng)，經(jīng)過(guò)布袋除塵器，最后通過(guò)煙囪排放到大氣環(huán)境[10]。長(zhǎng)流程工藝見(jiàn)圖3。

3)為SCR脫硝裝置的穩(wěn)定高效運(yùn)行，當(dāng)燃料為天然氣/煤制氣時(shí)，SCR脫硝前端應(yīng)設(shè)置高溫電除塵；當(dāng)燃料為重油時(shí)，SCR脫硝前端應(yīng)設(shè)置煙氣調(diào)質(zhì)+高溫電除塵；當(dāng)燃料為石油焦粉時(shí)，SCR脫硝前端應(yīng)設(shè)置干法脫硫+高溫電除塵。

4)平板玻璃行業(yè)脫硝催化劑目前以蜂窩式為主，其應(yīng)用經(jīng)歷了從進(jìn)口到逐漸國(guó)產(chǎn)化的過(guò)程，進(jìn)口催化劑孔數(shù)常用25孔，國(guó)產(chǎn)催化劑孔數(shù)一般為18或22孔為主。

5)常見(jiàn)的半干法脫硫技術(shù)SDA旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法、NID新型一體化脫硫和CFB循環(huán)流化床在平板玻璃行業(yè)均有成功應(yīng)用的業(yè)績(jī)。通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析發(fā)現(xiàn)：當(dāng)玻璃熔窯出口ρ(SO2)≤500 mg/m3時(shí)，推薦采用NID 新型一體化脫硫技術(shù)；當(dāng)玻璃熔窯出口ρ(SO2)≤1 000 mg/m3時(shí)，推薦采用NID 新型一體化脫硫技術(shù)(優(yōu)先)、R-SDA旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫技術(shù)；當(dāng)玻璃熔窯出口ρ(SO2)≤2 000 mg/m3時(shí)，推薦采用R-SDA旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫技術(shù)(優(yōu)先)、NID 新型一體化脫硫技術(shù)、CFB循環(huán)流化床技術(shù)；當(dāng)玻璃熔窯出口ρ(SO2)≤3 000 mg/m3時(shí)，推薦采用CFB循環(huán)流化床技術(shù)[11]。

3.2 多污染物一體化脫除技術(shù)

平板玻璃行業(yè)煙氣量普遍相對(duì)較小，煙氣成分較為復(fù)雜，多污染物一體化脫除技術(shù)在平板玻璃行業(yè)有更好的應(yīng)用前景[12]。特別是近幾年，以觸媒陶瓷纖維濾管為核心的多污染物一體化脫除技術(shù)在平板玻璃行業(yè)實(shí)現(xiàn)了示范工程應(yīng)用，先后在林州光遠(yuǎn)1、2期，洛玻集團(tuán)(龍昊、濮陽(yáng))等多條生產(chǎn)線(xiàn)得到工程化應(yīng)用。

如圖4所示，從玻璃熔窯出來(lái)的高溫?zé)煔?，進(jìn)入余熱鍋爐換熱后，從其高溫段引出，煙氣與噴入的石灰和氨氣進(jìn)行充分混合后經(jīng)過(guò)干法脫硫系統(tǒng)，進(jìn)行干法脫硫，混合煙氣進(jìn)入觸媒陶瓷纖維濾管除塵器，煙氣中的SO2與觸媒陶瓷纖維濾管表面濾餅層進(jìn)一步反應(yīng)提高干法脫硫效率，與此同時(shí)煙氣中的NH3和NOX在觸媒陶瓷纖維濾管所負(fù)載的催化劑作用下實(shí)現(xiàn)高效脫硝，從而完成整個(gè)脫硫、脫硝、除塵過(guò)程。脫硝除塵后的凈煙氣由引風(fēng)機(jī)送入余熱鍋爐低溫段，通過(guò)鍋爐后由煙囪排放到大氣環(huán)境。

通過(guò)工程實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，觸媒陶瓷濾管一體化脫除技術(shù)對(duì)顆粒物的去除效果特別顯著，較好的運(yùn)行工況條件下出口濃度能夠穩(wěn)定控制在10 mg/m3以下。同時(shí)，對(duì)SO2的去除效率最高可接近90%，對(duì)NOx的去除效率超過(guò)90%。通過(guò)工藝優(yōu)化和設(shè)計(jì)改進(jìn)，該技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)煙氣達(dá)標(biāo)排放，滿(mǎn)足最新的特別排放限值要求，個(gè)別指標(biāo)還能達(dá)到超低排放要求。同時(shí)，該技術(shù)具有工藝流程簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、易安裝維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在平板玻璃行業(yè)有較好的應(yīng)用前景。

4 超低排放初步探討

2018年5月8日生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案(征求意見(jiàn)稿)》明確提出，鋼鐵行業(yè)燒結(jié)機(jī)頭煙氣、球團(tuán)焙燒煙氣在基準(zhǔn)含氧量16%條件下，顆粒物、SO2、NOX每小時(shí)均值排放濃度分別不高于10 mg/m3、35 mg/m3、50 mg/m3。隨著火電行業(yè)“超低排放”接近尾聲，鋼鐵行業(yè)已打響非電行業(yè)“超低排放”的第一槍?zhuān)唷⑵桨宀ＡУ冉ú男袠I(yè)推行“超低排放”將很快納入下一步議程[13]。

為打好大氣環(huán)境污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)，特別是各地方政府施行重污染天氣應(yīng)急限產(chǎn)減排成為新常態(tài)，鋼鐵、化工、水泥、平板玻璃等常被納入限產(chǎn)清單。在保持排污總量不變的情況下，企業(yè)通過(guò)加大環(huán)保投入降低污染物排放濃度從而維持現(xiàn)有產(chǎn)能將成為自發(fā)行動(dòng)。所以，平板玻璃行業(yè)實(shí)施分地區(qū)分階段的減排目標(biāo)和排放限值較為合理，但也存在自發(fā)式和跨越式推進(jìn)的可能，要積極提前做好“超低排放”技術(shù)儲(chǔ)備工作。

2014年國(guó)家出臺(tái)了燃煤機(jī)組“超低排放”的相關(guān)要求，“超低排放”在爭(zhēng)議聲中快步前行[14]?；痣娦袠I(yè)“超低排放”的成功施行，為其他行業(yè)的“超低排放”工作提供了一系列成熟的技術(shù)可供借鑒。平板玻璃行業(yè)若要達(dá)到“超低排放”，現(xiàn)行技術(shù)存在較大難度，需要結(jié)合平板玻璃行業(yè)特點(diǎn)，更大程度地借鑒火電、鋼鐵等行業(yè)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，但又不能完全照搬。如火電行業(yè)為實(shí)現(xiàn)SO2“超低排放”，濕法脫硫的裝配比例進(jìn)一步提升接近100%，但濕法脫硫帶來(lái)的廢水零排放、消白煙等問(wèn)題及其治理附加成本，是平板玻璃行業(yè)所不能承受的。

積極探討適合平板玻璃行業(yè)煙氣特點(diǎn)的“超低排放”工藝技術(shù)路線(xiàn)，首選在現(xiàn)行技術(shù)工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，下一步開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)有脫硝工藝優(yōu)化(噴氨優(yōu)化調(diào)整、流場(chǎng)優(yōu)化改造等)、脫硫工藝開(kāi)發(fā)(如循環(huán)流化床干式超凈技術(shù)等)、袋除塵工藝開(kāi)發(fā)(預(yù)荷電技術(shù)、高精細(xì)濾袋、智能清灰控制系統(tǒng)、氣流均布系統(tǒng)、事故排放預(yù)警及自處理技術(shù)等)，推進(jìn)研發(fā)多污染物一體化深度脫除技術(shù)，提高設(shè)施投入的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行穩(wěn)定性[15,16]。

5 結(jié) 論

a.我國(guó)平板玻璃產(chǎn)量常年居世界首位，雖然平板玻璃行業(yè)相對(duì)鋼鐵、水泥等其他非電行業(yè)，總體經(jīng)濟(jì)體量小，大氣污染物排放總量少，但由于其“500公里”分布特性，產(chǎn)能密集圍繞在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集、生態(tài)環(huán)境敏感的地區(qū)，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域大氣環(huán)境的影響不容忽視。

b.當(dāng)前平板玻璃行業(yè)主要煙氣治理技術(shù)有常規(guī)集成技術(shù)，即干法脫硫/煙氣調(diào)質(zhì)(選配)+高溫電除塵+SCR脫硝+半干法脫硫+布袋除塵，該技術(shù)工藝在我國(guó)大量的平板玻璃生產(chǎn)線(xiàn)得到了推廣應(yīng)用；多污染物一體化脫除技術(shù)，以觸媒陶瓷纖維濾管為核心，在平板玻璃行業(yè)也初步取得成功的工程應(yīng)用，并展現(xiàn)出顯著的優(yōu)越性。

c.平板玻璃行業(yè)大氣污染物“超低排放”雖還未提上議程，但具有自發(fā)式跨越式發(fā)展的可能，需做好行業(yè)“超低排放”技術(shù)儲(chǔ)備工作，兼顧技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性，探討適合平板玻璃行業(yè)煙氣特點(diǎn)的“超低排放”工藝技術(shù)路線(xiàn)，為我國(guó)平板玻璃行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展提供參考。