平板玻璃工廠廢氣排放特點(diǎn)及污染防治技術(shù)分析

陳璐 吳輝廷,2 石興,2 李曉潔 胡 劍,2岳天佐,2 賈建平,2 趙露露,2 李雪君,2 王明陽(yáng),2

（1. 中國(guó)國(guó)檢測(cè)試控股集團(tuán)股份有限公司 北京 100024；2. 北京奧達(dá)清環(huán)境檢測(cè)有限公司 北京 100023）

1 平板玻璃工廠廢氣排放特點(diǎn)

1.1 資源能源消耗

2021年，我國(guó)平板玻璃產(chǎn)量為10.17億重量箱，共消耗6102萬(wàn)噸原料，其中硅砂4394萬(wàn)噸、長(zhǎng)石73萬(wàn)噸、石灰石488萬(wàn)噸、白云石243萬(wàn)噸、純堿854萬(wàn)噸。玻璃熔制需要在1550～1600 ℃的極高溫度下進(jìn)行，因此生產(chǎn)過(guò)程中能源消耗非常大。目前國(guó)內(nèi)企業(yè)選用的能源種類主要包括天然氣、發(fā)生爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、重油和煤焦油等。

1.2 廢氣產(chǎn)生環(huán)節(jié)及主要污染物

平板玻璃工廠原料的破碎、備料及儲(chǔ)存、配合料制備、熔化、成形退火、氮?dú)浔Ｗo(hù)氣制備等生產(chǎn)過(guò)程及燃料儲(chǔ)備或制備環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生廢氣。平板玻璃工廠產(chǎn)生的廢氣污染物主要包括二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、顆粒物、氟化物、氯化氫、錫及其化合物等。

（1）生產(chǎn)工藝中的廢氣污染物

原料破碎環(huán)節(jié)的廢氣排放主要來(lái)自于原料提升設(shè)備、破碎設(shè)備、輸送設(shè)備等通風(fēng)生產(chǎn)設(shè)備，污染物主要為原料的貯存、輸送、破碎等生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的顆粒物。

備料及儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的廢氣排放主要來(lái)自于原輔料提升設(shè)備、輸送設(shè)備、篩分設(shè)備、均化設(shè)備、料倉(cāng)和儲(chǔ)庫(kù)等通風(fēng)生產(chǎn)設(shè)備，污染物主要為提升、輸送、篩分、均化等生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的顆粒物。

配料環(huán)節(jié)的廢氣排放主要來(lái)自于稱量設(shè)備、混合設(shè)備、提升設(shè)備、輸送設(shè)備、窯頭料倉(cāng)等通風(fēng)生產(chǎn)設(shè)備，污染物主要為稱量、混合、輸送、提升、上料投料等生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的顆粒物。

碎玻璃環(huán)節(jié)的廢氣排放主要來(lái)自于破碎設(shè)備、輸送設(shè)備等通風(fēng)生產(chǎn)設(shè)備，污染物主要為破碎、輸送等生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的顆粒物。

熔化工序的廢氣排放主要來(lái)自于玻璃熔窯，污染物主要為熔化生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、氯化氫及氟化物。

成形退火工序的廢氣排放主要來(lái)自于在線鍍膜設(shè)備，其中，生產(chǎn)Low-E鍍膜玻璃時(shí)產(chǎn)生的污染物主要為顆粒物、氯化氫、氟化物、錫及其化合物，生產(chǎn)陽(yáng)光鍍膜玻璃時(shí)產(chǎn)生的污染物為SiO2。

氮?dú)浔Ｗo(hù)氣制備工序的廢氣排放主要來(lái)自于氨水/液氨儲(chǔ)罐的無(wú)組織泄露，污染物主要為氨氣。

（2）燃料的儲(chǔ)備或制備中的廢氣污染物

當(dāng)生產(chǎn)企業(yè)以煤為原料制取煤制氣時(shí)，會(huì)有廢氣污染物的產(chǎn)生及排放。其中，在煤的加工與篩分、儲(chǔ)存、輸送及投料等環(huán)節(jié)中，會(huì)有顆粒物的產(chǎn)生，在煤氣發(fā)生爐制取煤制氣時(shí)，會(huì)有硫化氫的產(chǎn)生。

當(dāng)生產(chǎn)企業(yè)使用石油焦作為燃料時(shí)，在石油焦的破碎、研磨、篩分、輸送等生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)有顆粒物的產(chǎn)生。

當(dāng)生產(chǎn)企業(yè)使用重油、煤焦油等液體燃料時(shí)，在儲(chǔ)油罐進(jìn)出口、閥門、管路等環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生無(wú)組織泄露，污染物主要為揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）。

以某立交工程已運(yùn)營(yíng)20年的后張預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絲繩的加固效果進(jìn)行研究。橋梁全長(zhǎng)為204.95m，由10孔20m的空心板組成。橋?qū)挒?7.5m，按4車道設(shè)計(jì)，橫斷面由14塊板組成，板梁之間的聯(lián)結(jié)采用混凝土企口縫構(gòu)造。設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車-超20級(jí)，掛車-120。主梁和橋墩分別采用C50和C30混凝土澆筑而成，橋面磨耗層為中粒式瀝青混凝土，橋面鋪裝層為C30防水混凝土。

平板玻璃工廠污染物產(chǎn)生特征見(jiàn)表1。

表1 平板玻璃工廠污染物產(chǎn)生特征

2 平板玻璃工廠熔窯煙氣特點(diǎn)及污染防治技術(shù)要求

平板玻璃熔窯煙氣污染防治是我國(guó)平板玻璃制造業(yè)污染控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。平板玻璃工廠廢氣產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)為熔化工序，表2所示為平板玻璃熔化工序產(chǎn)生的大氣污染物常見(jiàn)初始排放濃度［1］。

表2 平板玻璃熔化工序產(chǎn)生的大氣污染物常見(jiàn)初始排放濃度 mg/m3

由于玻璃生產(chǎn)工藝的特殊性，熔窯煙氣溫度高、成分復(fù)雜、煙塵粘性高、NOX濃度高（可達(dá)3000 mg/Nm3以上）；環(huán)保設(shè)備運(yùn)行過(guò)程需要保證窯壓平衡，窯爐周期性換火會(huì)造成顆粒物、SO2、NOX濃度變化劇烈、波動(dòng)巨大；平板玻璃生產(chǎn)線多數(shù)裝配了余熱發(fā)電系統(tǒng)，玻璃熔窯煙氣中包括氟化物和氯化物等非常規(guī)污染物。這些都增加了玻璃熔窯煙氣治理的難度。

平板玻璃工廠熔窯煙氣污染物控制必須采取防治結(jié)合的技術(shù)手段，綜合治理，最終才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。尤其對(duì)于使用劣質(zhì)燃料的平板玻璃企業(yè)，為滿足平板玻璃污染物排放新標(biāo)準(zhǔn)的要求，必須選用高效的脫硝、脫硫和除塵工藝。

3 平板玻璃工廠大氣污染防治技術(shù)及應(yīng)用情況分析［2-4］

3.1 大氣污染預(yù)防技術(shù)

平板玻璃工廠的大氣污染預(yù)防技術(shù)主要包括清潔燃料技術(shù)、原料控制技術(shù)、純氧燃燒技術(shù)和電助熔技術(shù)。平板玻璃工廠使用的各種燃料中，清潔燃料主要為天然氣和氫氣。原料優(yōu)化控制主要采取原料替代和優(yōu)化原料配方等方式，控制含有硝酸鹽、硫化物、氟化物和氯化物等原料的使用量。國(guó)內(nèi)平板玻璃工廠采用的低氮燃燒技術(shù)主要為純氧燃燒技術(shù)。純氧燃燒技術(shù)就是把“空氣-燃料燃燒系統(tǒng)”變?yōu)椤把鯕猓兌却笥?0%）-燃料燃燒系統(tǒng)”，減少系統(tǒng)中氮?dú)獾妮斎?，從而減少氮氧化物的排放。該技術(shù)具有占地面積小、投資費(fèi)用低、能耗低、顆粒物及NOX排放量小等特點(diǎn)。電助熔技術(shù)是通過(guò)電加熱輔助玻璃熔化減少熔窯的燃料消耗，從而減少燃料燃燒過(guò)程產(chǎn)生的大氣污染物。

3.2 大氣污染治理技術(shù)

通過(guò)排污許可證信息管理平臺(tái)，獲取了我國(guó)136家平板玻璃企業(yè)所采用的大氣污染治理技術(shù)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況，分析我國(guó)平板玻璃工程大氣污染治理技術(shù)。

3.2.1 顆粒物治理技術(shù)

原料系統(tǒng)顆粒物治理技術(shù)包括袋式除塵技術(shù)和濾筒除塵技術(shù)，配合料制備工序應(yīng)密閉。

脫硝塔前的干式電除塵是為了滿足脫硝催化劑正常運(yùn)行而設(shè)置的一個(gè)預(yù)除塵手段。而脫硫后配置的除塵器，則是為了滿足粉塵排放的要求。對(duì)于采用半干法脫硫的玻璃企業(yè)，后續(xù)多采用布袋收塵處理，主要原因是半干法脫硫塔后粉塵濃度非常高，而環(huán)保排放要求越來(lái)越嚴(yán)格，所以更多企業(yè)和設(shè)計(jì)單位會(huì)優(yōu)先選擇布袋這種更可靠的除塵手段。而對(duì)于采用濕法脫硫的玻璃企業(yè)，由于煙氣含水率較高，一般多采用濕式電除塵進(jìn)行除塵處理。

3.2.2 煙氣脫硫技術(shù)

（1）石灰/石灰石-石膏法

根據(jù)調(diào)研的136家平板玻璃企業(yè)，使用石灰/石灰石-石膏法進(jìn)行脫硫處理的平板玻璃企業(yè)約有27家。石灰/石灰石-石膏法脫硫效率主要受液氣比、漿液pH值、鈣硫比、漿液停留時(shí)間、吸收劑品質(zhì)等因素影響。根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)：采用石灰/石灰石-石膏法脫硫，脫硫效率普遍為70%～ 92%，玻璃窯爐煙氣SO2排放濃度可以低于200 mg/Nm3，采用大液氣比時(shí)，甚至能達(dá)到潔凈排放的要求。

（2）鈉堿法

根據(jù)調(diào)研的136家平板玻璃企業(yè)，使用鈉堿法進(jìn)行脫硫處理的平板玻璃企業(yè)約有36家。鈉堿法脫硫效率主要受空塔流速、煙氣SO2初始濃度、吸收液pH值及液氣比等因素影響。一般來(lái)說(shuō)，鈉堿法脫硫效率可高達(dá)92%以上，對(duì)于玻璃行業(yè)來(lái)說(shuō)，采用濕法脫硫，SO2排放濃度可以低于100 mg/Nm3，甚至能達(dá)到潔凈排放的要求。調(diào)研數(shù)據(jù)表明，鈉堿法的脫硫效率普遍為60%～ 92%，SO2的排放濃度普遍在200 mg/L以下。

（3）噴霧干燥法

根據(jù)調(diào)研的136家平板玻璃企業(yè)，使用半干法（SDA）進(jìn)行脫硫處理的平板玻璃企業(yè)約有12家。噴霧干燥法效率主要受脫硫劑純度、脫硫劑粒徑、鈣硫比、漿液停留時(shí)間等因素影響。一般來(lái)說(shuō)，噴霧干燥法脫硫效率可達(dá)80%以上，對(duì)于玻璃行業(yè)來(lái)說(shuō)，噴霧干燥法的脫硫效率普遍為60%～87%，SO2的排放濃度普遍在400 mg/L以下。

（4）CFB循環(huán)流化床法

根據(jù)調(diào)研的136家平板玻璃企業(yè)，使用循環(huán)流化床半干法（CFB）進(jìn)行脫硫處理的平板玻璃企業(yè)約有19家。CFB法脫硫效率主要受吸收劑品質(zhì)、鈣硫比、反應(yīng)溫度、噴水量、停留時(shí)間等多種因素影響。對(duì)于玻璃行業(yè)來(lái)說(shuō)，調(diào)研數(shù)據(jù)表明，CFB法的脫硫效率普遍為60%～90%，SO2的排放濃度普遍在200 mg/L以下。

（5）NID法（新型脫硫除塵一體化工藝）

根據(jù)調(diào)研的136家平板玻璃企業(yè)，使用NID法進(jìn)行脫硫處理的平板玻璃企業(yè)約有18家。NID法脫硫效率主要受鈣硫比、升溫速率、反應(yīng)溫度等因素影響。調(diào)研數(shù)據(jù)表明，NID法的脫硫效率普遍為80%～92.5%，SO2的排放濃度普遍在400 mg/Nm3以下。

3.2.3 煙氣脫硝技術(shù)

目前，平板玻璃企業(yè)主要采用SCR工藝進(jìn)行煙氣脫硝。SCR脫硝效率較高，能達(dá)90%以上，脫硝效率主要受反應(yīng)溫度、噴氨量、氨逃逸率等因素影響。調(diào)研數(shù)據(jù)表明，SCR脫硝效率普遍為75%～96%，SO2的排放濃度普遍在600 mg/Nm3以下。

3.2.4 煙氣干法脫硫+復(fù)合陶瓷濾筒除塵脫硝一體化技術(shù)

根據(jù)調(diào)研的136家平板玻璃企業(yè)，目前使用煙氣干法脫硫+復(fù)合陶瓷濾筒除塵脫硝一體化技術(shù)（煙氣脫硝實(shí)質(zhì)上也采用SCR工藝）的玻璃制造企業(yè)共有3家。

脫硝反應(yīng)發(fā)生在脫硫、除塵之后，煙氣中的SO3、堿金屬化合物、重金屬等都被提前去除，大大減小了復(fù)合陶瓷濾筒中催化劑中毒風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)復(fù)合陶瓷濾筒表面覆膜，可處理亞微米級(jí)的顆粒，使含塵氣體凈化到20 mg/Nm3甚至更低。復(fù)合陶瓷濾筒的微孔結(jié)構(gòu)有利于煙氣與催化劑的大面積接觸。整個(gè)系統(tǒng)流程短且簡(jiǎn)單。與其他脫硫、脫硝、除塵技術(shù)組合相比，設(shè)備減少。

該技術(shù)脫硫、除塵、脫硝效率主要受煙氣溫度、塔內(nèi)流速、煙氣停留時(shí)間、鈣硫比、入口污染物濃度等因素影響。一般來(lái)說(shuō)，脫硫效率為50%～90%，出口SO2濃度低于200 mg/Nm3；脫硝效率為80%～95%，出口NOX濃度低于550 mg/Nm3；除塵效率為90%～99.99%，出口粉塵濃度低于20 mg/Nm3。

4 平板玻璃工廠大氣污染防治技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)展望［5］

作為傳統(tǒng)的工業(yè)原材料產(chǎn)業(yè)，我國(guó)平板玻璃工業(yè)正在進(jìn)行綠色生態(tài)化、智能化、信息化轉(zhuǎn)型升級(jí)改造。清潔燃料、低氮燃燒、全氧燃燒、資源綜合利用等平板玻璃工業(yè)綠色低碳節(jié)能新技術(shù)的應(yīng)用將給平板玻璃工廠大氣污染防治帶來(lái)新的革命。綜合應(yīng)用污染預(yù)防和脫硫脫硝除塵新技術(shù)，并通過(guò)智能化、信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)污染防治的精準(zhǔn)控制將是未來(lái)平板玻璃工廠大氣污染防治技術(shù)發(fā)展的主要方向。