典型平板玻璃廠減排技術集成與案例分析

王明銘 張忠倫，2＊ 辛志軍

（1中國建筑材料科學研究總院有限公司，北京 100024；

2中建材科創新技術研究院（山東）有限公司，山東 棗莊 277116）

0 前言

平板玻璃行業是我國重要的基礎建材產業之一，具有高能耗、重污染的特點，多分布于人口密集、需求量較大的地區，其中京津冀及周邊城市在全國的產能占比就近30%。雖平板玻璃行業經濟體量小、大氣污染物排放總量不高，但鑒于其“500公里”分布特征，對京津冀區域內的大氣環境污染治理影響不容忽視[1]。因此，應深入推進該區域的玻璃行業大氣污染防治工作。

自2018年10月1日起，京津冀大氣污染傳輸通道“2+26”城市區域內開始全面執行包括平板玻璃、陶瓷、磚瓦等工業在內的大氣污染特別排放限值要求。為實現預期的大氣污染治理攻堅目標，2019年中國建筑玻璃與工業玻璃協會制定發布了《平板玻璃行業大氣污染防治攻堅戰實施方案》，旨在通過一系列去產能、補短板、調結構政策措施和節能減排新技術，全面提高該行業的節能減排水平，確保在產平板玻璃生產線達標比例達到100%[2]。據“建材領域大氣污染治理及調控政策研究”項目組調研發現，目前平板玻璃行業已能成熟運用除塵、脫硫、脫硝組合優化技術，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，京津冀區域內的平板玻璃生產線基本能達到排放限值要求[3]。本文就京津冀“2+26”城市區域內某550t/d浮法玻璃熔窯煙氣治理案例進行分析，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特點，以期對推廣應用先進適用減排產業技術和開展平板玻璃行業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，以及生產原料的復雜性，導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、燃料中含氮物質的燃燒和助燃空氣中氮被氧化；SO2則是由燃料燃燒產物和玻璃原料分解物兩部分構成；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SO3反應后會產生具有高度腐蝕性和粘性的粉塵。

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

圖1 平板玻璃及浮法工藝生產平板顯示玻璃的工藝流程及煙氣產生節點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、循環半干法（RSDA）脫硫技術、高溫電除塵器（ESP）和袋式除塵器技術進行凈化處理，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行煙氣干法脫硫調質，在脫硫塔下游加裝ESP除塵器進行收塵。來自余熱鍋爐高溫段的原煙氣通過干法脫硫工藝和ESP后，進入SCR脫硝系統的煙氣管道與噴入的氨水混合均勻，混合煙氣再進入SCR反應器中進行氧化還原反應，使煙氣中的NOx與NH3發生反應生成N2和H2O，以上就是除塵、脫硫、脫硝的過程。脫硝后的煙氣再進入余熱鍋爐繼續余熱利用，低溫煙氣進入反應器底部，經RSDA半干法脫硫系統發生脫硫反應后，進入袋式除塵器進行除塵，最終由引風機經煙囪排入大氣，從而實現余熱發電和脫硝、脫硫、除塵一體化的煙氣治理[9-10]。

2.1 高溫電除塵技術

經煙氣干法脫硫調質后，帶粉塵的煙氣進入靜電除塵器。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，且該灰塵性質大大改善，不會對后續脫硝反應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，由輸送機運出除塵器至大的收集袋外運。該高溫電除塵器是特別根據高溫煙氣的特性而開發的，能耐受400℃的高溫，可以在320℃～350℃之間保持正常運行。使用400mm極間距的電除塵能夠大大避免通道內帶粘性氣體塵埃橋接，除塵效率超過99%，可有力保障后續脫硝系統的穩定運行。目前，高溫電除塵器在玻璃熔窯中被成功應用，運行狀況良好，整體性能穩定[11-13]。

2.2 選擇性催化還原（SCR）脫硝系統

在玻璃生產過程中，玻璃窯排放煙氣含一定量的NOx，需要進行煙氣脫硝處理，以滿足國家環保要求及當地總量減排指標要求，經綜合考慮，選用脫硝效率最高的選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝。根據SCR反應器工作環境不同，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]。

催化劑反應器、還原劑制備部分、氨噴射部分及相關測試控制部分構成了整個SCR脫硝系統，脫硝效率超過90%，催化劑的正常使用壽命達到24000h，脫硝效果十分穩定。具體工藝流程如下：選用20%的氨水，罐車將運來的氨水輸送到氨水儲罐中，由計量分配裝置調節氨水的輸送量。同時，控制噴槍的壓縮空氣量，將氨水送入反應器內，在催化劑的作用下加速NH3和NOx反應生成N2和H2O，從而實現除去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測系統，合理選擇溫度窗口和噴射點，通過減少氨水溶液的用量來減少逃逸的氨，同時通過設計優選NH3·H2O-SCR系統的噴射策略，保證氨水溶液與煙氣混合充分反應。

2.3 循環半干法煙氣（RSDA）脫硫系統

該煙氣脫硫系統主要由石灰漿液制備系統、旋轉噴霧干燥吸收系統和除塵系統三部分組成。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霧化器，在霧化輪接近10000rpm的高速旋轉作用下，漿液被霧化成數以億計50μm的霧滴；未經處理的熱煙氣通過氣體分布器進入吸收塔后，立即與呈堿性的吸收劑霧滴接觸，顆粒反應界面不斷摩擦、碰撞更新，氣固間傳熱、傳質反應強烈，煙氣中的酸性成分被吸收，同時霧滴的水分被蒸發，變成干燥的脫硫產物；這些產物僅有少量直接從吸收塔底部排出，大部分隨煙氣進入吸收塔后的除塵器內被收集，通過機械或氣力方式輸送；經布袋除塵器高效除塵后，潔凈的煙氣經煙囪排入大氣。RSDA脫硫技術作為半干法脫硫技術的一種，以熟石灰作為脫硫劑，吸收劑利用率高，脫硫效率達到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路線Fig.2 Desulfurization-denitration-dust removal integrated technology route

2.4 煙氣減排系統運行結果分析

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、長袋脈沖袋式除塵技術、干法脫硫技術、RSDA半干法脫硫技術、SCR脫硝技術集成，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果良好（見表1），并低于《平板玻璃工業大氣污染物排放標準》（GB 26453-2011）的排放特別限值要求[16]。由此可見，該技術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 結論

通過對京津冀地區某典型平板玻璃窯爐的脫硫脫硝除塵一體化技術的分析，其采用的SCR脫硝+RSDA脫硫系統使該生產線的NOx、SO2和顆粒物排放濃度大大降低，滿足國家關于平板玻璃工業大氣污染物排放標準的排放限值要求，具有良好的環境效益。整個系統的脫硫脫硝除塵效率高達90%以上，技術先進，運行穩定，宜在平板玻璃行業大范圍推廣使用。