日用玻璃窯爐煙氣污染物治理超低排放工藝探討

張磊 李峰 邊靖 李德志

（中國重型機械研究院股份公司 西安 710018）

0 引言

日用玻璃工業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展中不可或缺的重要產(chǎn)業(yè)，日用玻璃窯爐在生產(chǎn)過程多采用煤氣、重油、天然氣、石油焦粉等作為燃料，燃料燃燒產(chǎn)生大量的煙氣。近年來，隨著環(huán)保標準的不斷提高和清潔生產(chǎn)的要求，日用玻璃企業(yè)通過不斷改進玻璃熔窯的優(yōu)化設(shè)計、選用低硫優(yōu)質(zhì)燃料、改進燃燒技術(shù)（如：分階段燃燒、低氮燃燒及純氧燃燒等）降低能耗，減少污染物排放。生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的HJ 2305—2018《玻璃制造業(yè)污染防治可行技術(shù)指南》［1］，將石油焦從平板玻璃窯爐適用燃料中刪除，推薦使用低含硫量的優(yōu)質(zhì)燃料。自2016年到2019年開展的全國環(huán)保整治工作，在沿海東部地區(qū)、中西部省會及區(qū)域中心較大城市周邊地區(qū)玻璃企業(yè)大部分進行了煤、石油焦粉和重油等改天然氣的工作［2］。

日用玻璃窯爐具有連續(xù)運轉(zhuǎn)、產(chǎn)生的煙氣量波動大、煙氣溫度高等特點，且煙氣成分復雜，具有粉塵黏性強、堿金屬含量高等性質(zhì)，煙氣主要污染物有粉塵、SO2、NOx、HCl等。目前，修訂的GB 26453—20XX《玻璃工業(yè)大氣污染物排放標準》（征求意見稿）［3］將平板玻璃、電子玻璃、日用玻璃、玻璃纖維及制品4項標準合而為一，將顆粒物、SO2、NOx特別排放限值收嚴到20、100、300（玻璃制品400）mg/Nm3。在國家標準不斷嚴格的同時，重點區(qū)域和省市地區(qū)對大氣污染物提出了更加嚴格的排放限值，如山東省DB 37/2373—2018《建材工業(yè)大氣污染物排放標準》［4］對新建企業(yè)及現(xiàn)有企業(yè)（自2020年1月1日起）重點控制區(qū)玻璃窯爐煙氣顆粒物、SO2、NOx特別排放限值收嚴到10、50、100 mg/Nm3。河北省DB 13/2168—2020《平板玻璃工業(yè)大氣污染物超低排放標準》［5］對PM、SO2、NOx排放限值分別為10、50、200 mg/Nm3。總體來說，環(huán)保力度不斷加大，大氣污染物排放標準只會越來越嚴。

在當今嚴峻環(huán)保要求下，結(jié)合玻璃窯爐運行及煙氣特點選擇合適的煙氣治理技術(shù)，實現(xiàn)玻璃熔窯煙氣超低穩(wěn)定達標排放，同時避免環(huán)保督查、限產(chǎn)、處罰的發(fā)生，已成為玻璃生產(chǎn)企業(yè)迫切需要解決的問題［6］。

1 日用玻璃窯爐煙氣治理技術(shù)分析

1.1 顆粒物治理技術(shù)

目前日用玻璃行業(yè)常用顆粒物治理技術(shù)包括袋式除塵技術(shù)、濾筒（管）除塵技術(shù)、靜電除塵技術(shù)和濕式電除塵技術(shù)等。

1.1.1 袋式除塵器

因窯爐煙氣溫度高、粉塵黏性大等特點，袋式除塵器通常位于余熱利用系統(tǒng)及半干法脫硫系統(tǒng)的下游。通常適用的煙氣溫度在250 ℃以下，濾料的材質(zhì)通常為聚四氟乙烯覆膜材料或其他復合濾料。除塵效率通?？蛇_到99.80%～99.99%。顆粒物排放濃度可達到20 mg/m3以下。

1.1.2 濾筒（管）除塵技術(shù)

濾筒（管）除塵是近幾年在天然氣玻璃窯爐煙氣處理中推廣使用的一種新技術(shù)。濾管除塵器本體與傳統(tǒng)布袋除塵器結(jié)構(gòu)相似，其中濾管可選用陶瓷白管、陶瓷黃管或金屬濾管，濾管本體具有一定剛性，且過濾精度高，耐高溫，除塵效率通?？蛇_到99.99%。顆粒物排放濃度可達到10 mg/m3以下。其中陶瓷黃管是陶瓷濾管內(nèi)部負載脫硝催化劑，工藝設(shè)置可通過配置干法脫硫系統(tǒng)與SCR機制實現(xiàn)煙氣多污染物協(xié)同脫除。

1.1.3 靜電除塵技術(shù)

靜電除塵器具有阻力較低、耐溫性能好、能夠適應(yīng)高溫煙氣等特點。入口煙氣溫度通常小于400℃，系統(tǒng)阻力通常小于300 Pa。除塵效率隨電場數(shù)量增加而提高，三電場除塵器效率可達到90%～95%，通常顆粒物排放濃度可達到30 mg/m3以下。

1.1.4 濕式電除塵技術(shù)

濕式電除塵技術(shù)適用于煙氣濕法脫硫后進一步除塵、除霧，可解決濕法脫硫煙氣攜帶石膏雨、次生顆粒的問題。入口煙氣溫度通常為50～60 ℃，系統(tǒng)阻力通常小于400 Pa，除塵效率通?？蛇_到70%～90%。采用濕法脫硫后設(shè)置可將顆粒物的排放濃度控制在20 mg/m3以下。

1.2 煙氣脫硫技術(shù)

日用玻璃行業(yè)根據(jù)不同的燃料和煙氣中SO2濃度高低可選擇不同工藝，常見的有濕法、半干法和干法三種工藝。

1.2.1 濕法脫硫技術(shù)

石灰石/石灰-石膏法是應(yīng)用最廣泛的濕法脫硫技術(shù)，該技術(shù)對窯爐煙氣的負荷變化具有較強的適應(yīng)性，脫硫效率可達到95%以上，當入口煙氣SO2濃度小于3000 mg/m3時，可保證出口煙氣SO2濃度達到100～150 mg/m3。但是存在二次污染、系統(tǒng)腐蝕等問題

1.2.2 半干法脫硫技術(shù)

半干法脫硫技術(shù)與濕法煙氣脫硫相比，具有系統(tǒng)投資較低、所產(chǎn)生的最終固態(tài)產(chǎn)物易于處理等特點。日用玻璃行業(yè)常用的半干法脫硫技術(shù)包括：①旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫技術(shù)（SDA 技術(shù)）；②循環(huán)流化床脫硫技術(shù)（CFB-FGD 技術(shù)）；③新型脫硫除塵一體化技術(shù)（NID 技術(shù)）。不同半干法脫硫技術(shù)特點見表1。

表1 不同半干法脫硫技術(shù)特點

1.2.3 干法脫硫技術(shù)

利用超細粉狀脫硫劑脫除煙氣中二氧化硫的方法，典型干法工藝：鈉基干法脫硫（SDS技術(shù)），采用不同粒徑的小蘇打作為脫硫劑可實現(xiàn)90%～99%的脫除效率，當鈉基脫硫劑使用受限時也可采用活性消石灰粉或常規(guī)消石灰粉替代。SDS技術(shù)流程短，系統(tǒng)簡單，無廢水排出，脫硫段煙氣溫降少，有利于余熱及脫硝工藝接入，適用于低含硫煙氣處理。

1.3 煙氣脫硝技術(shù)

SNCR和SCR煙氣脫硝技術(shù)是目前最成熟的煙氣NOx處理技術(shù)。但是玻璃行業(yè)的脫硝中很少采用SNCR法，主要是因為還原劑脫硝的有效溫度范圍在850～1050 ℃的區(qū)域內(nèi)，而這一溫度區(qū)域正好分布在玻璃熔窯的蓄熱室。若在蓄熱室中噴入氨水等脫硝劑，則對蓄熱室中的鎂磚等耐火材料產(chǎn)生不良影響，影響蓄熱室壽命。

SCR技術(shù)成熟可靠，脫硝效率高，是應(yīng)用最廣泛的玻璃窯爐煙氣脫硝技術(shù)。在實際工程中可根據(jù)SCR工藝位置，選用中高溫（280～420 ℃）或中低溫（200～260 ℃）蜂窩型催化劑。但由于玻璃窯爐煙塵中堿金屬含量高，極易使SCR脫硝催化劑產(chǎn)生化學中毒，并且煙氣中的粉塵也會對催化劑造成不利影響。為了保證SCR脫硝設(shè)備穩(wěn)定和經(jīng)濟運行，必須在煙氣除塵脫硫脫硝凈化工藝流程布置上進行綜合考慮。

2 日用玻璃窯爐煙氣超低排放工藝路線分析

針對日用玻璃窯爐生產(chǎn)現(xiàn)狀，選擇工藝配套的廢氣處理設(shè)備進行終端處理，才能確保環(huán)保設(shè)施與窯爐運行同時穩(wěn)定連續(xù)運行。結(jié)合當前國內(nèi)日用玻璃窯爐煙氣凈化技術(shù)現(xiàn)狀與排放標準日益嚴格的趨勢，根據(jù)煙氣含硫濃度，日用玻璃窯爐煙氣污染物超低治理工藝推薦采取以下工藝路線。

2.1 靜電預(yù)除塵+SCR脫硝+濕法脫硫+濕式電除塵工藝

靜電預(yù)除塵+SCR脫硝+濕法脫硫+濕式電除塵工藝流程見圖1。

圖1 靜電預(yù)除塵+SCR脫硝+濕法脫硫+濕式電除塵器工藝流程

該工藝的特點為：先通過高溫電除塵器進行預(yù)除塵，再進入SCR脫硝+余熱鍋爐，可減少催化劑和余熱鍋爐堵塞現(xiàn)象。SCR脫硝設(shè)置在高溫段，可優(yōu)先采用18～25孔中高溫蜂窩催化劑，反應(yīng)器本體應(yīng)配置催化劑吹灰裝置，可保證脫硝高效穩(wěn)定運行；濕法脫硫前可設(shè)置余熱鍋爐回收熱量，達到節(jié)能減排效果；系統(tǒng)脫硫效率高，可保證出口煙氣SO2排放濃度≤100 mg/m3；終端設(shè)置濕式電除塵器，可實現(xiàn)精除塵和脫水的效果，最終粉塵排放濃度≤20 mg/m3；脫硫除塵采用濕法工藝，存在二次污染和系統(tǒng)設(shè)備腐蝕問題。

該工藝適合仍舊采用石油焦粉、重油或中高硫燃料的窯爐煙氣凈化處理，通常煙氣中的SO2濃度≥2500 mg/m3。隨著排放標準提高，一般的半干法脫硫很難持續(xù)穩(wěn)定達到超低排放要求，可考慮采用該工藝路線進行升級。大多新建玻璃窯爐由于清潔生產(chǎn)要求采用清潔燃料，煙氣中含硫量低，不建議采用該濕法工藝。

2.2 靜電預(yù)除塵+SCR脫硝+半干法脫硫+袋式除塵工藝

靜電預(yù)除塵+SCR脫硝+半干法脫硫+袋式除塵工藝流程見圖2。

圖2 靜電預(yù)除塵+SCR脫硝+半干法脫硫+袋式除塵工藝流程

該工藝的特點：采用先脫硝后脫硫除塵的工藝布置方式，脫硝和余熱回收與2.1中工藝相同。脫硫可采用CFB-FGD、NID、SDA等半干法脫硫，脫硫系統(tǒng)在接近煙氣絕熱飽和溫度下運作，且高過酸露點溫度15 ℃以上，不會發(fā)生帶水和酸腐蝕等情況。脫硫后通常配套布袋除塵器，除塵效率高，整個脫硫除塵設(shè)備緊湊，適合舊系統(tǒng)升級改造項目。該工藝可實現(xiàn)脫硝效率≥90%，脫硫效率≥90%，粉塵排放濃度≤10 mg/m3。該工藝系統(tǒng)對煙氣變化有較強適應(yīng)性，不存在二次污染。

該工藝適合采用優(yōu)質(zhì)重油、煤焦油、煤制氣等中低硫燃料的窯爐煙氣凈化處理，通常煙氣中的SO2濃度≤2500 mg/m3。

2.3 干法脫硫+復合陶瓷濾管除塵脫硝一體化工藝

干法脫硫+復合陶瓷濾管除塵脫硝一體化工藝流程見圖3。

圖3 干法脫硫+復合陶瓷濾管除塵脫硝一體化工藝流程

該工藝的特點：采用高溫干法脫硫技術(shù)，不會產(chǎn)生廢水，無需二次處理。采用的復合陶瓷濾管適應(yīng)溫度范圍廣，適宜溫度280～420 ℃，復合陶瓷濾管使用壽命可達5年以上。濾管一體化設(shè)備采用分倉室設(shè)計，每個倉室單獨設(shè)置隔熱層、進出氣閥門、脈沖噴吹和清灰系統(tǒng)，可實現(xiàn)設(shè)備在線檢修和更換，保證系統(tǒng)不停機運行。脫硫除塵脫硝后煙氣溫度仍可進行煙氣余熱回收。該工藝真正實現(xiàn)脫硫、除塵、脫硝一體化，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，附屬設(shè)備少、運行維護量小。系統(tǒng)排放標準可達到：粉塵排放濃度≤10 mg/m3，SO2排放濃度≤50 mg/m3，NOx排放濃度≤100 mg/m3。

該工藝適合采用天然氣等優(yōu)質(zhì)低硫燃料的窯爐煙氣凈化處理，通常煙氣中的SO2濃度≤500 mg/m3。

3 結(jié)語

以上工藝路線設(shè)計是根據(jù)不同工況煙氣特點進行的，在實際工程應(yīng)用中不一定完全一致，可根據(jù)實際煙氣特點和排放標準適當調(diào)整。由于日用玻璃窯爐連續(xù)生產(chǎn)的特性，環(huán)保設(shè)施必須與窯爐同時保證持續(xù)穩(wěn)定運行，一旦設(shè)備運轉(zhuǎn)異?；蚬收希蜁霈F(xiàn)煙氣排放數(shù)據(jù)波動甚至時均濃度超標，現(xiàn)場可根據(jù)需要設(shè)置備用裝置以滿足長期穩(wěn)定達標的要求。

隨著《 玻璃工業(yè)大氣污染物排放標準》和各地方新標準在日用玻璃行業(yè)的實施和全面執(zhí)行，對日用玻璃窯爐產(chǎn)生的煙氣進行多污染物綜合治理是目前日用玻璃行業(yè)大氣污染物達標排放的有效途徑。通過各種高效除塵、脫硫、脫硝技術(shù)的聯(lián)合運用，選擇技術(shù)先進且經(jīng)濟合理的工藝路線，以實現(xiàn)日用玻璃窯爐煙氣超低排放，符合國家節(jié)能環(huán)保政策要求。