玻璃窯爐煙氣治理技術(shù)探析
摘要:我國(guó)的平板玻璃產(chǎn)量已連續(xù)26年位居世界首位,但玻璃爐窯在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量煙塵、氮氧化物、二氧化硫等大氣污染物,且煙氣成分復(fù)雜,若要煙氣達(dá)標(biāo)排放,對(duì)治理技術(shù)要求較高。選擇一種典型的煙氣治理技術(shù)路線,對(duì)其污染物減排效果和經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行分析,為平板玻璃行業(yè)煙氣治理提供一種技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的工藝流程。
1平板玻璃行業(yè)概況
玻璃廣泛應(yīng)用于建筑、日用、醫(yī)療、汽車、電子、儀表等領(lǐng)域,其中平板玻璃工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的重要材料工業(yè),目前有70%用于建筑,10%用于汽車制造,20%用于家居。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,房地產(chǎn)行業(yè)拉動(dòng)了平板玻璃行業(yè)的快速發(fā)展,平板玻璃產(chǎn)量從1989年開(kāi)始至今已連續(xù)26年位居世界首位,產(chǎn)量超過(guò)全球總產(chǎn)量的50%。2010~2015年全國(guó)的平板玻璃產(chǎn)量見(jiàn)表1。
平板玻璃根據(jù)生產(chǎn)工藝主要分為浮法玻璃、壓延玻璃和平拉玻璃,目前浮法玻璃在平板玻璃生產(chǎn)線中占主流地位,達(dá)到90%以上。截至2014年底,國(guó)內(nèi)的浮法玻璃生產(chǎn)線有320條,總產(chǎn)能為11.58億重量箱/年。其中:在產(chǎn)生產(chǎn)線235條、產(chǎn)能為9.17億重箱/年[1]。平板玻璃生產(chǎn)中排放的粉塵約1.2×104噸,SO2約1.61×105噸,NOx約1.4×105噸[2],玻璃窯爐產(chǎn)生的污染已引起環(huán)保部門及民眾的廣泛關(guān)注。
2玻璃窯爐運(yùn)行特點(diǎn)及煙氣特性
2.1運(yùn)行特點(diǎn)
玻璃窯爐的生產(chǎn)運(yùn)行特點(diǎn)主要表現(xiàn)為:
(1)玻璃的生產(chǎn)制造從點(diǎn)火開(kāi)始,一般窯齡內(nèi)不能停窯,采用持續(xù)、不間斷的生產(chǎn)方式,這種流水線式的生產(chǎn)方法決定了玻璃窯爐的持續(xù)性運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)。
(2)玻璃窯爐的正常作業(yè)需要保持一定的燃燒氣氛,生產(chǎn)時(shí)的煙氣壓力要求穩(wěn)定,由于兩側(cè)換火,玻璃窯爐的煙氣量波動(dòng)較大。
(3)玻璃窯爐排放的煙氣需要經(jīng)過(guò)余熱鍋爐的回收處理,用以供油系統(tǒng)的生產(chǎn),煙氣排放溫度較高,出口煙氣溫度一般為400℃~500℃,多配有余熱鍋爐[3]。
2.2煙氣特性
在平板玻璃生產(chǎn)過(guò)程中,有配料過(guò)程、物料熔化過(guò)程和玻璃成型過(guò)程等。配料和成型過(guò)程主要是物理過(guò)程,產(chǎn)生的污染主要是粉塵性廢氣。物料熔化過(guò)程主要是通過(guò)燃料燃燒產(chǎn)生熱量將物料熔化和分解的過(guò)程,產(chǎn)生的主要污染物是煙塵、SO2、NOx等。
據(jù)統(tǒng)計(jì),55%的平板玻璃生產(chǎn)線采用石油焦粉作為燃料,25%的平板玻璃生產(chǎn)線采用重油作為燃料,剩余的20%則采用天然氣、煤制氣作為燃料[4]。
因燃料特性不同,玻璃窯爐煙氣污染物的成分也不盡相同。以重油為燃料的玻璃窯爐為例,煙氣中的主要污染物是SO2、NOx和煙塵,煙氣中還含有多種酸性氣體如HCl、HF等,且煙塵成分復(fù)雜、黏性大,堿金屬含量高;而以天然氣、煤制氣為燃料的玻璃窯爐,煙氣中的SO2及粉塵含量則相對(duì)較少[5]。表2為燃用不同燃料的玻璃窯爐污染物排放濃度。
由表2可以看出,使用不同燃料,玻璃窯爐的污染物排放濃度差別較大,其中以石油焦粉、重油為燃料的玻璃窯爐污染物原始排放濃度較高,且污染物濃度波動(dòng)范圍較大。
與火電廠的煙氣治理相比,玻璃窯爐的煙氣凈化治理困難較多。玻璃窯爐燃料復(fù)雜、爐溫高,高溫燃燒會(huì)產(chǎn)生大量熱力型NOx,同時(shí),原料分解也產(chǎn)生一定量的NOx,玻璃窯爐出口煙氣中NOx濃度也很高,煙氣中細(xì)微塵多且黏性強(qiáng)、堿金屬濃度高,HF、HCl等物質(zhì)容易造成脫硝催化劑的堵塞與中毒,對(duì)脫硝反應(yīng)有較大影響。
因此,玻璃爐窯煙氣污染物控制技術(shù)路線的選用與布置,需考慮煙氣排放濃度的波動(dòng)范圍,需充分考慮煙氣中的有害成分,考慮多方面因素對(duì)污染物控制技術(shù)路線的影響,要采取合理的措施降低污染物排放濃度。
3一種典型治理技術(shù)路線的環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)成本分析
玻璃窯爐根據(jù)燃用的燃料不同,煙氣中排放的污染物濃度、粉塵特性也有著非常大的差異。以石油焦、煤制氣、天然氣作為燃料的玻璃窯爐,其煙氣治理技術(shù)、設(shè)備及不同工藝的選擇也有差異。
本文選擇一種典型的玻璃窯爐煙氣治理技術(shù)路線:
玻璃窯爐+余熱鍋爐+高溫電除塵+SCR脫硝+余熱鍋爐+鍋爐引風(fēng)機(jī)+半干法脫硫設(shè)備+脫硫引風(fēng)機(jī)+煙囪,以實(shí)際案例對(duì)其污染物減排及經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行分析。
3.1污染物減排效果
以某玻璃企業(yè)集團(tuán)1#、2#600t/d玻璃爐窯生產(chǎn)線為例,該工程采用石油焦粉為燃料,產(chǎn)生的煙氣特性見(jiàn)表3。
為使煙氣達(dá)標(biāo)排放,對(duì)玻璃窯爐進(jìn)行如下煙氣治理設(shè)施配置:玻璃窯爐+余熱鍋爐+高溫電除塵+SCR脫硝+余熱鍋爐+鍋爐引風(fēng)機(jī)+半干法脫硫設(shè)備+脫硫引風(fēng)機(jī)+煙囪。其中,除塵技術(shù)采用4個(gè)電場(chǎng)電除塵器,電源采用三相高效電源;脫硝選用還原劑為氨水的SCR反應(yīng)器,每套脫硝裝置按“三加一”(反應(yīng)器催化劑3層運(yùn)行,1層備用)設(shè)計(jì),配備過(guò)飽和高壓蒸氣或經(jīng)除油、脫水處理的壓縮空氣耙式吹灰器進(jìn)行清灰;脫硫選用半干法脫硫技術(shù)。
該工藝布置的優(yōu)點(diǎn)為:脫硝前除塵,降低了煙氣中粉塵對(duì)催化劑的毒化作用,有利于提高催化劑的使用壽命;半干法脫硫工藝系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單,系統(tǒng)可自動(dòng)運(yùn)行,人員配置較少,且能耗相對(duì)較低,脫硫后煙氣系統(tǒng)無(wú)需防腐。但也存在SCR前設(shè)置電除塵器,為了保證合適的脫硝催化溫度,對(duì)系統(tǒng)漏風(fēng)率及保溫性能要求較高,除塵脫硝后煙氣在半干法脫硫過(guò)程中重新引入粉塵(脫硫劑),電除塵能耗浪費(fèi)等缺點(diǎn)。
整個(gè)流程配置的特點(diǎn)為:1)鈉鈣雙基耦合煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù);2)干式/半干式脫硫集成技術(shù);3)棒型雙針刺陰極線、防變形陽(yáng)板配置技術(shù);4)瓷套選型及布置技術(shù);5)蒸氣+聲波聯(lián)合清灰技術(shù)等。
玻璃窯爐煙氣經(jīng)過(guò)此技術(shù)路線,廢氣排放檢測(cè)效果良好(見(jiàn)表4)。
玻璃窯爐煙氣中NOx、SO2、煙塵排放濃度分別為500mg/m3、250mg/m3、30mg/m3,能夠滿足2011年國(guó)家頒2011)中的要求(NOx排放濃度應(yīng)小于700mg/m3,SO2小于400mg/m3,顆粒物排放濃度小于50mg/m3),并分別低于該標(biāo)準(zhǔn)排放限值的28.6%、37.5%、40%。
由此可見(jiàn),該技術(shù)路線對(duì)于玻璃窯爐煙氣治理,在污染物濃度減排方面具有較明顯的效果。
3.2經(jīng)濟(jì)成本分析
在具體實(shí)例中,玻璃窯爐的主要經(jīng)濟(jì)成本體現(xiàn)在初始投資及運(yùn)行成本上,影響成本最大的因素是玻璃窯爐煙氣量的大小,而影響其年運(yùn)行費(fèi)用的主要因素包括煙氣量、初始污染物濃度及排放濃度,此外采用不同的脫硫工藝,投資成本及運(yùn)行費(fèi)用也有較大差別。
同樣以該玻璃企業(yè)集團(tuán)1#、2#600t/d玻璃爐窯生產(chǎn)線為例,表5、表6分別為600t/d燃用石油焦鍋爐煙氣治理工藝的建設(shè)、運(yùn)行成本。
采用此技術(shù)路線的建設(shè)成本包括鍋爐改造、四電場(chǎng)的除塵器安裝、SCR脫硝系統(tǒng)、半干法脫硫系統(tǒng)的投入使用,合計(jì)為1950萬(wàn)元。運(yùn)行成本涵蓋工作人員(12人)工資、還原劑氨水的使用、脫硫吸收劑消石灰的消耗以及相應(yīng)的水耗、電耗成本等,合計(jì)1054.24萬(wàn)元/年。
4總結(jié)
(1)我國(guó)每年生產(chǎn)大量的平板玻璃,玻璃爐窯排放的煙氣中含有大量硫氧化物、氮氧化物及煙塵等大氣污染物,對(duì)大氣造成嚴(yán)重的污染。采取有效的煙氣治理措施刻不容緩。
(2)玻璃爐窯具有連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、產(chǎn)生的煙氣波動(dòng)大、煙溫高等特點(diǎn),且煙氣成分復(fù)雜具有黏性強(qiáng)、堿金屬含量高等性質(zhì)。為此,要結(jié)合玻璃爐窯運(yùn)行及產(chǎn)生煙氣的特點(diǎn)選擇合適的治理技術(shù)路線,使污染物排放濃度達(dá)標(biāo)。
(3)結(jié)合玻璃窯爐的特性,選擇玻璃窯爐+余熱鍋爐+高溫電除塵+SCR脫硝+余熱鍋爐+鍋爐引風(fēng)機(jī)+半干法脫硫設(shè)備+脫硫引風(fēng)機(jī)+煙囪技術(shù),具有較優(yōu)的環(huán)境效益,經(jīng)濟(jì)合理,可在平板玻璃行業(yè)推廣使用。