浮法玻璃窯爐煙氣污染防治措施研究

隨著社會經濟的快速發展，我國玻璃工業取得了長足進步，全國平板玻璃的產量已經占全球的一半以上，并連續21年位居世界玻璃產量第一。我國平板玻璃工廠大多數用重油或天然氣作為燃料，在玻璃生產過程中，會產生污染大氣環境的硫氧化物、氮氧化物和粉塵。浮法玻璃窯爐煙氣的大氣污染物主要是SO2，排放濃度取決于燃料的種類和含硫量。

 

據有關部門監測數據顯示，玻璃工業附近環境空氣的SO2平均濃度高于現行的國家二級標準要求，污染治理刻不容緩。隨著社會環保意識的增強，節能減排政策的深入，國家的環保要求日益嚴格，浮法玻璃窯爐煙氣污染已經受到社會廣泛關注。因此，我國的玻璃工業應當優化升級產業結構，提高資源利用率，將可持續發展作為主要目標，對浮法玻璃窯爐煙氣進行脫硫除塵一體化管理。

 

浮法玻璃在生產的過程中通常采用連續不間斷的流水線生產方式，而浮法玻璃窯爐則是整個玻璃工業生產過程中的核心設備，目前我國運行的浮法玻璃窯爐仍以火焰爐為主，具有著較高的能耗，并且融化效率不高。

 

浮法玻璃窯爐運行過程中需要保持相應的微正壓，從而提供穩定的燃燒氣氛。若是浮法玻璃窯爐的燃燒不夠充分，會對玻璃產品質量造成影響，并導致嚴重的污染事故。而浮法玻璃窯爐中的廢煙氣的處理方式，則是利用廢煙氣排放溫度較高的特點，通常是讓廢煙氣經過余熱鍋爐進行回收余熱，從而產生蒸汽服務玻璃工業生產流程中的供油系統。然而這種廢煙氣的處理方式，雖然提高了資源的利用效率，卻并未解決浮法玻璃窯爐的煙氣污染問題。

 

我國浮法玻璃在生產流程中主要以重油和天然氣作為燃料。根據不同的生產規模和燃料的使用情況，排氣溫度在400～500℃，而浮法玻璃窯爐煙氣污染物主要包括SOx、NOx和粉塵。近年來平板玻璃窯爐煙氣污染物排放總量，見表1。

 

我國平板玻璃生產污染物總量隨著我國平板玻璃產量的提升而增加，節能減排政策的實施后，我國平板玻璃生產污染物整體下降，但仍不能達到相應的污染物排放標準。該文主要對SOx、NOx和粉塵這3種污染物進行分析，從而減少浮法玻璃窯爐的煙氣污染。

 

浮法玻璃在生產過程中排放的SOx主要包括燃料中本身的硫含量在燃燒中所產生的SOx，以及原輔料在窯爐內的熔化過程中分解和燃燒所產生的SOx。而SOx的污染程度取決于浮法玻璃的燃料來源，含S量為2%的重油燃料產生的SO2初始濃度是天然氣燃料產生的SO2初始濃度的四倍。

 

若是用天然氣作為浮法玻璃的生產燃料，則會因燃料中本身較低的硫含量，使得浮法玻璃窯爐煙氣的排放濃度滿足現行的SO2排放標準。而以重油作為燃料的浮法玻璃生產線，由于燃料的來源不同，難以控制燃料的含硫量，從而使得浮法玻璃窯爐煙氣無法達到環保排放標準規定的SO2排放濃度[2]。

 

在浮法玻璃生產過程中原料中較少的含氮物質會在高溫環境下分解氧化，而燃料中的N也會在高溫環境下，與O2發生反應從而生成NOx。而在浮法玻璃窯爐中空氣中的N2與O2在高溫劇烈反應下也會生成溫度型NOx。浮法玻璃窯爐煙氣污染物中溫度型NOx最為主要。在浮法玻璃窯爐煙氣中的NOx初始狀態下90%為NO，但在排放過程中溫度下降后則會轉化為NO2。浮法玻璃窯爐煙氣中的NOx以溫度型為主，受到N2與溫度的影響，不同的燃料選擇和助燃風量，也會使得NOx含量因燃氣比不同產生較大差別。

 

窯爐在加料過程中，小部分原料因未能充分燃燒從而被帶入煙氣中，這是浮法玻璃窯爐煙氣中粉塵產生的主要原因。同時，窯爐中的易揮發物質，例如Na2O以及其他部分金屬氧化物，經過高溫揮發過程，逐漸冷凝并生成煙塵。而浮法玻璃窯爐燃燒的燃料因含量不純，也會生成較大煙塵。

 

在我國玻璃工業的早期生產線中，國家實行工業窯爐煙氣達標排放且污染物總量不超標便不征收廢氣排污費的相關規定。浮法玻璃窯爐煙氣通常采用高煙筒排放，并未進行脫硫處理，而隨著社會環保意識的加強，國家對于建材行業的環保要求也越來越嚴格。經過多年的自主研發，我國浮法玻璃窯爐煙氣的SO2排放控制技術已經較為成熟，伴隨著主要污染物的減排需要，平板玻璃企業都已安裝了脫硫除塵設備，對浮法玻璃窯爐煙氣中的SO2排放進行了初步控制[3]。

 

浮法玻璃窯爐煙氣的NOx排放量與SO2接近，具有較大的危害性，但目前并未采取相應的污染排放控制措施。隨著社會環保意識的加強，NOx濃度排放標準的出臺，需要玻璃產業開發和應用浮法玻璃窯爐煙氣的脫硝控制技術進行處理。

 

浮法玻璃窯爐煙氣中的NOx主要是溫度型氮氧化物，因此減少助燃物中N2含量，則會減少反應，從而減少NOx的產生量，這項技術主要通過全氧助燒技術或富氧助燒技術來實現。浮法玻璃窯爐煙氣中NOx的產生主要來源于燃料中含氮物質的燃燒、空氣中氮的燃燒和原料中硝酸鹽的分解，而玻璃熔窯煙氣中的NOx在排放的過程中，隨著溫度的下降而逐漸轉化為NO2，從而造成環境污染。

 

浮法玻璃窯爐煙氣中的NOx污染控制主要分為兩種，分別為燃燒中控制和燃燒后控制。這兩種處理方式中，燃燒中控制又可分為3種：氧氣控制技術、燃料燃燒技術、燃料調節技術。但在浮法玻璃窯爐內實施NOx的燃燒中控制仍需要較大的技術支持，具有較大的改造難度。而燃燒后控制方式分為3種：SNCR、SCR、濕法脫硝，其中SCR在浮法玻璃窯爐煙氣處理中具有較為廣泛的應用。浮法玻璃熔窯煙氣排放的脫硝效率需要達到70%。

 

1)濕法脫硝濕法脫硝技術

 

其原理主要是利用旋流板塔技術，將KMnO4和NaOH作為吸收劑，先將煙氣中的NO利用KMnO4氧化為NO2，再將NO2利用NaOH反映去除。這種方法主要是將浮法玻璃熔窯煙氣切向進塔，并利用旋流板將KMnO4和NaOH液體進行霧化，使得KMnO4和NaOH能夠充分反應，從而除去浮法玻璃窯爐煙氣中的NOx和PbO。濕法脫硝技術具有較高的脫硝效果，但是對于設備要求較高，設備占據空間較大，并且廢水處理池容易二次污染，處理程序較為復雜，已經很少被玻璃企業所使用。

 

2)SNCR脫硝技術

 

SNCR脫硝技術主要利用選擇性非催化還原，將含有NHx基的還原劑噴入爐膛溫度800～1000℃區域，可以將還原劑迅速分解為NH3和其它副產物，并用NH3與煙氣中的NOx進行SNCR反應，從而生成N2，去除浮法玻璃窯爐煙氣中的NOx。SNCR脫硝技術的脫硝效率較低，約50%左右，且成本較低，可以和低氮燃燒器或SCR進行混合使用，能夠降低浮法玻璃生產過程中的脫硝費用。但浮法玻璃窯爐與工業鍋爐的結構差異較大，SNCR脫硝技術只有在蓄熱室使用，才能達到溫度的反應要求，具體SNCR脫硝技術還有較大的開發空間。

 

3)SCR脫硝技術

 

SCR脫硝技術可以按照催化劑適用溫度的不同，分為高、中、低溫3種工藝，中溫SCR脫硝技術在玻璃工業中應用較為廣泛，中溫SCR脫硝技術的催化劑適用溫度為280～420℃，以TIO2作為載體，并加上釩、鉬和鎢等作為主催化劑或助催化劑。在催化劑的作用中，在溫度達到280～420℃的窯爐煙氣中噴入氨，將NOx還原成N2和H2O，當NH3與煙氣混合后會通過填充催化劑的反應器，其中NOx與NH3會發生還原反應，并生成N2和H2O，而TIO2作為催化劑會抑制SO2的氧化進程。SCR脫硝技術具有90%以上的脫硝效率，并且催化劑的正確使用壽命較長，運行較為穩定，但使用過程中應當注意，在天然氣浮法玻璃窯爐中，配

 

方的重堿用量較大。當堿金屬與催化劑的表面進行接觸，能夠直接與活性位發生作用，從而使得催化劑鈍化，甚至造成催化劑堿中毒的現象。因此，催化劑應當盡量避免潮濕環境，并選用蜂窩狀的催化劑，減少浮法玻璃窯爐中煙氣堿性氧化物的影響作用。

 

浮法玻璃窯爐煙氣中粉塵的特點是粉塵粒度小，煙氣量大，含塵量較高。現行的煙塵治理技術主要有干法除塵、濕法除塵以及電除塵。

 

1)干法除塵干法除塵的方法主要重力除塵、離心分離器和袋式除塵器。重力除塵主要利用重力和慣性對煙塵進行顆粒分離，但分離效率比較低，并不能滿足相應的環境標準。而離心分離器也稱為旋風除塵器，適用于含塵量較高，顆粒度較大的粉塵，普遍應用在除塵工序的預處理環節，煙氣處理效果較好。袋式除塵器則是利用過濾機理的綜合效應，將浮法玻璃窯爐中的粉塵根據粒度大小按照相應分散度曲線進行分布，雖然濾布纖維之間的空隙大于100mm，但是織物過濾能對微米粒子進行捕集，充分利用重力、慣性碰撞、鉤附效應、篩濾、擴散與靜電吸引等效應。因此，袋式除塵器對于溫度有一定要求，需要維持在190℃左右，在使用的過程中需要先降溫，對于風機的使用效率也要高于其他設備。

 

2)濕法除塵濕法除塵技術主要是利用液滴或液膜，對含塵氣體進行洗滌，讓塵粒能夠附著在液體之上，將煙塵顆粒凝集，形成較大的塵粒，從而可以使用更為廣泛的粒子分離裝置。濕法除塵技術主要由洗滌塔和相應的循環水處理系統組成，這種除塵技術雖然安全可靠，但是也具有水處理設施龐大、能耗較高、容易腐蝕或結垢、除塵效率較低等特點，隨著除塵技術的不斷發展和完善，已經逐漸被干法除塵或EP技術所替代[5]。

 

3)電除塵電除塵技術(EP)主要是利用電暈放電，從而讓含塵氣體中的粒子帶電，并充分利用電作用力，使帶電粒

 

子分離的原理。電除塵裝置主要分為管極式和板式。管極式電除塵器的運行過程比較穩定，處理效率較高，具有較為廣泛的適用范圍，特別是對于溫度高、氣量大、細小顆粒較多的浮法玻璃窯爐煙氣粉塵具有更好的效果，還可以根據相應的處理深度要求采用不同電場的除塵器。而板式電除塵裝置的故障率較高、適用范圍較小，運行過程不穩定已經被被管極式電除塵器所替代。

 

由于浮法玻璃窯爐煙氣具有較大的煙塵粘性和腐蝕性，根據運行和除塵效果，袋式除塵和電除塵技術更為適合浮法玻璃窯爐煙氣的除塵環節，電除塵要充分考慮黏性問題，袋式除塵方法需要防止糊袋現象同時要注意濾袋的耐溫問題。兩者相比較，袋式除塵不僅投入少，操作方便而且效果好，目前玻璃行業常用的粉塵治理技術就是袋式除塵技術。

 

隨著社會對環境質量的要求越來越高，大氣污染排放的標準也將更為嚴格，浮法玻璃窯爐煙氣脫硫脫硝不僅是法規要求，更是企業的應盡義務。企業應當在創造利潤的同時，加強對環境的保護治理，通過脫硫脫硝技術和高效除塵，使得浮法玻璃窯爐煙氣達到相應環保要求，并隨著技術的進步，應用運行效率更高的煙氣處理系統，從而促進企業的長期穩定發展。