典型平板玻璃廠減排技術(shù)集成與案例分析

王明銘 張忠倫，2＊ 辛志軍

（1中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司，北京 100024；

2中建材科創(chuàng)新技術(shù)研究院（山東）有限公司，山東 棗莊 277116）

0 前言

平板玻璃行業(yè)是我國重要的基礎(chǔ)建材產(chǎn)業(yè)之一，具有高能耗、重污染的特點(diǎn)，多分布于人口密集、需求量較大的地區(qū)，其中京津冀及周邊城市在全國的產(chǎn)能占比就近30%。雖平板玻璃行業(yè)經(jīng)濟(jì)體量小、大氣污染物排放總量不高，但鑒于其“500公里”分布特征，對京津冀區(qū)域內(nèi)的大氣環(huán)境污染治理影響不容忽視[1]。因此，應(yīng)深入推進(jìn)該區(qū)域的玻璃行業(yè)大氣污染防治工作。

自2018年10月1日起，京津冀大氣污染傳輸通道“2+26”城市區(qū)域內(nèi)開始全面執(zhí)行包括平板玻璃、陶瓷、磚瓦等工業(yè)在內(nèi)的大氣污染特別排放限值要求。為實(shí)現(xiàn)預(yù)期的大氣污染治理攻堅(jiān)目標(biāo)，2019年中國建筑玻璃與工業(yè)玻璃協(xié)會制定發(fā)布了《平板玻璃行業(yè)大氣污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案》，旨在通過一系列去產(chǎn)能、補(bǔ)短板、調(diào)結(jié)構(gòu)政策措施和節(jié)能減排新技術(shù)，全面提高該行業(yè)的節(jié)能減排水平，確保在產(chǎn)平板玻璃生產(chǎn)線達(dá)標(biāo)比例達(dá)到100%[2]。據(jù)“建材領(lǐng)域大氣污染治理及調(diào)控政策研究”項(xiàng)目組調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前平板玻璃行業(yè)已能成熟運(yùn)用除塵、脫硫、脫硝組合優(yōu)化技術(shù)，NOx排放濃度可控制在150～200mg/m3，SO2排放濃度控制在200mg/m3以下，顆粒物濃度控制在30mg/m3以下，京津冀區(qū)域內(nèi)的平板玻璃生產(chǎn)線基本能達(dá)到排放限值要求[3]。本文就京津冀“2+26”城市區(qū)域內(nèi)某550t/d浮法玻璃熔窯煙氣治理案例進(jìn)行分析，深入剖析該玻璃熔窯的煙氣脫硝脫硫除塵一體化工藝流程和技術(shù)特點(diǎn)，以期對推廣應(yīng)用先進(jìn)適用減排產(chǎn)業(yè)技術(shù)和開展平板玻璃行業(yè)大氣污染治理工作提供參考。

1 玻璃窯爐煙氣特性

平板玻璃的煙氣主要產(chǎn)生于配料、物料熔化和玻璃成型過程，包括煙塵、SO2和NOx三類廢氣。因使用的重油、石油焦粉、煤制氣、天然氣燃料特性不同，以及生產(chǎn)原料的復(fù)雜性，導(dǎo)致玻璃熔窯煙氣特性存在一定的差異。其中，玻璃窯爐煙氣中NOx主要來源于原料中少量硝酸鹽的分解、燃料中含氮物質(zhì)的燃燒和助燃空氣中氮被氧化；SO2則是由燃料燃燒產(chǎn)物和玻璃原料分解物兩部分構(gòu)成；廢氣中的粉塵主要由硫酸鈉鹽（Na2SO4）在高溫熔化玻璃表面氣相升華而來。此外，即使以天然氣作為燃料，煙氣中也有一定濃度的硫氧化物（SO3氣體）。在特定溫度下（200℃～500℃），從高溫冷卻下來的Na2SO4與廢氣中的氣態(tài)SO3反應(yīng)后會產(chǎn)生具有高度腐蝕性和粘性的粉塵。

《玻璃制造業(yè)污染防治可行技術(shù)指南》（HJ 2305-2018）中描述了平板玻璃及浮法工藝生產(chǎn)平板顯示玻璃的工藝流程及煙氣污染物產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)（見圖1）[4-8]。

圖1 平板玻璃及浮法工藝生產(chǎn)平板顯示玻璃的工藝流程及煙氣產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)Fig.1 Technical process and smoke generation node of plate glass and fl at panel display glass by fl oat process

2 大氣污染物治理技術(shù)路線

該典型平板玻璃窯爐主要采用了選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)、循環(huán)半干法（RSDA）脫硫技術(shù)、高溫電除塵器（ESP）和袋式除塵器技術(shù)進(jìn)行凈化處理，具體工藝流程如圖2所示。

由于玻璃窯爐煙氣中的粉塵具有很強(qiáng)的粘性，在電除塵和SCR脫硝處置前，需在脫硫塔中噴射生石灰進(jìn)行煙氣干法脫硫調(diào)質(zhì)，在脫硫塔下游加裝ESP除塵器進(jìn)行收塵。來自余熱鍋爐高溫段的原煙氣通過干法脫硫工藝和ESP后，進(jìn)入SCR脫硝系統(tǒng)的煙氣管道與噴入的氨水混合均勻，混合煙氣再進(jìn)入SCR反應(yīng)器中進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，使煙氣中的NOx與NH3發(fā)生反應(yīng)生成N2和H2O，以上就是除塵、脫硫、脫硝的過程。脫硝后的煙氣再進(jìn)入余熱鍋爐繼續(xù)余熱利用，低溫?zé)煔膺M(jìn)入反應(yīng)器底部，經(jīng)RSDA半干法脫硫系統(tǒng)發(fā)生脫硫反應(yīng)后，進(jìn)入袋式除塵器進(jìn)行除塵，最終由引風(fēng)機(jī)經(jīng)煙囪排入大氣，從而實(shí)現(xiàn)余熱發(fā)電和脫硝、脫硫、除塵一體化的煙氣治理[9-10]。

2.1 高溫電除塵技術(shù)

經(jīng)煙氣干法脫硫調(diào)質(zhì)后，帶粉塵的煙氣進(jìn)入靜電除塵器。在靜電除塵器中，煙塵從煙氣中分離出來，煙氣經(jīng)電除塵處理后煙塵濃度可以迅速降低到50mg/Nm3以下，且該灰塵性質(zhì)大大改善，不會對后續(xù)脫硝反應(yīng)器的催化劑造成惡劣影響。除去的煙塵收集在靜電除塵裝置的料斗中，由輸送機(jī)運(yùn)出除塵器至大的收集袋外運(yùn)。該高溫電除塵器是特別根據(jù)高溫?zé)煔獾奶匦远_發(fā)的，能耐受400℃的高溫，可以在320℃～350℃之間保持正常運(yùn)行。使用400mm極間距的電除塵能夠大大避免通道內(nèi)帶粘性氣體塵埃橋接，除塵效率超過99%，可有力保障后續(xù)脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。目前，高溫電除塵器在玻璃熔窯中被成功應(yīng)用，運(yùn)行狀況良好，整體性能穩(wěn)定[11-13]。

2.2 選擇性催化還原（SCR）脫硝系統(tǒng)

在玻璃生產(chǎn)過程中，玻璃窯排放煙氣含一定量的NOx，需要進(jìn)行煙氣脫硝處理，以滿足國家環(huán)保要求及當(dāng)?shù)乜偭繙p排指標(biāo)要求，經(jīng)綜合考慮，選用脫硝效率最高的選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝。根據(jù)SCR反應(yīng)器工作環(huán)境不同，目前主要有高塵、低塵和尾部布置三種方式。該SCR脫硝工藝采用的是低塵布置，SCR反應(yīng)器布置在除塵器之后。煙氣中飛灰含量大幅降低，一并消納掉玻璃窯爐煙氣中的氧化鈉和氧化鉀等堿金屬，有益于催化劑壽命的延長[14]。

催化劑反應(yīng)器、還原劑制備部分、氨噴射部分及相關(guān)測試控制部分構(gòu)成了整個SCR脫硝系統(tǒng)，脫硝效率超過90%，催化劑的正常使用壽命達(dá)到24000h，脫硝效果十分穩(wěn)定。具體工藝流程如下：選用20%的氨水，罐車將運(yùn)來的氨水輸送到氨水儲罐中，由計量分配裝置調(diào)節(jié)氨水的輸送量。同時，控制噴槍的壓縮空氣量，將氨水送入反應(yīng)器內(nèi)，在催化劑的作用下加速NH3和NOx反應(yīng)生成N2和H2O，從而實(shí)現(xiàn)除去NOx的目的。為了減少SCR脫硝過程中NH3逃逸，采取了以下基本措施：安裝了氨逃逸在線監(jiān)測系統(tǒng)，合理選擇溫度窗口和噴射點(diǎn)，通過減少氨水溶液的用量來減少逃逸的氨，同時通過設(shè)計優(yōu)選NH3·H2O-SCR系統(tǒng)的噴射策略，保證氨水溶液與煙氣混合充分反應(yīng)。

2.3 循環(huán)半干法煙氣（RSDA）脫硫系統(tǒng)

該煙氣脫硫系統(tǒng)主要由石灰漿液制備系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥吸收系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)三部分組成。具體工藝流程如下：將石灰粉送至石灰熟化池，加水稀釋成25%的石灰液，并流至石灰漿液儲罐進(jìn)行儲存；熟石灰漿液通過石灰液輸液泵送至吸收塔頂部的旋轉(zhuǎn)霧化器，在霧化輪接近10000rpm的高速旋轉(zhuǎn)作用下，漿液被霧化成數(shù)以億計50μm的霧滴；未經(jīng)處理的熱煙氣通過氣體分布器進(jìn)入吸收塔后，立即與呈堿性的吸收劑霧滴接觸，顆粒反應(yīng)界面不斷摩擦、碰撞更新，氣固間傳熱、傳質(zhì)反應(yīng)強(qiáng)烈，煙氣中的酸性成分被吸收，同時霧滴的水分被蒸發(fā)，變成干燥的脫硫產(chǎn)物；這些產(chǎn)物僅有少量直接從吸收塔底部排出，大部分隨煙氣進(jìn)入吸收塔后的除塵器內(nèi)被收集，通過機(jī)械或氣力方式輸送；經(jīng)布袋除塵器高效除塵后，潔凈的煙氣經(jīng)煙囪排入大氣。RSDA脫硫技術(shù)作為半干法脫硫技術(shù)的一種，以熟石灰作為脫硫劑，吸收劑利用率高，脫硫效率達(dá)到90%以上，后置布袋除塵器能滿足出口粉塵濃度小于50mg/m3的要求[15]。

圖2 脫硫脫硝除塵工藝一體化技術(shù)路線Fig.2 Desulfurization-denitration-dust removal integrated technology route

2.4 煙氣減排系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果分析

此平板玻璃窯爐煙氣治理采用了“余熱鍋爐+干法脫硫+高溫電除塵+SCR脫硝+RSDA半干法脫硫+袋除塵”的配置，將高溫電除塵技術(shù)、長袋脈沖袋式除塵技術(shù)、干法脫硫技術(shù)、RSDA半干法脫硫技術(shù)、SCR脫硝技術(shù)集成，使煙氣中的NOx、SO2和顆粒物排放濃度大大降低，出口廢氣排放檢測結(jié)果良好（見表1），并低于《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 26453-2011）的排放特別限值要求[16]。由此可見，該技術(shù)路線對平板玻璃窯爐煙氣治理在大氣污染物減排方面具有顯著效果。

表1 平板玻璃窯爐煙氣排放情況 Tab.1 Plate glass kiln flue gas emission behaviour

3 結(jié)論

通過對京津冀地區(qū)某典型平板玻璃窯爐的脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)的分析，其采用的SCR脫硝+RSDA脫硫系統(tǒng)使該生產(chǎn)線的NOx、SO2和顆粒物排放濃度大大降低，滿足國家關(guān)于平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的排放限值要求，具有良好的環(huán)境效益。整個系統(tǒng)的脫硫脫硝除塵效率高達(dá)90%以上，技術(shù)先進(jìn)，運(yùn)行穩(wěn)定，宜在平板玻璃行業(yè)大范圍推廣使用。