煙氣消白技術(shù)在浮法玻璃熔窯煙氣處理中的應(yīng)用

王 磊,周興賀,李 明

(中國耀華玻璃集團(tuán)有限公司,秦皇島 066000)

1 國內(nèi)玻璃行業(yè)煙氣現(xiàn)狀

玻璃熔窯產(chǎn)生的白色煙氣，通常有兩種情況：一種是這種煙氣中含塵量較高，達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)；另一種是白色煙氣雖排放達(dá)標(biāo)，但由于我國北方冬季室外溫度低于煙氣溫度露點而出現(xiàn)了白煙現(xiàn)象。雖然因國家環(huán)保管控原因，前一種情況幾乎不會出現(xiàn)，但排放的煙氣里還是含有一定量的粉塵、可溶性鹽和大量水汽。

目前玻璃熔窯普遍采用SCR脫硝技術(shù)、半干法脫硫技術(shù)、采用電除塵和布袋除塵。處理后排放的煙氣溫度一般在100 ℃左右，煙氣含水率在15%左右，經(jīng)過處理后的煙氣均實現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放。但是在我國北方極寒的冬季，玻璃熔窯所排放的煙氣長度能達(dá)到幾公里，不僅形成了白色的煙羽，即視覺污染，而且通過水汽將大量的粉塵和可溶性鹽排放到大氣中，導(dǎo)致大氣中產(chǎn)生氣凝膠，從而影響到人們的正常生活。因此在我國北方對煙羽處理消除會有很多現(xiàn)實意義。煙氣脫白，顧名思義就是消除工業(yè)排放的白色煙氣(煙羽)。某玻璃企業(yè)熔窯日常煙氣數(shù)據(jù)見表1。

表1 玻璃熔窯煙氣數(shù)據(jù)表

從表1可知，煙氣在未進(jìn)行消白時，每小時排放的煙氣中含有13.2～16.5 t水。

2 玻璃行業(yè)煙氣存在的問題

從表1可知，玻璃熔窯雖采用了半干法脫硫，煙氣中仍還含有大量的水、粉塵、可溶性硫酸銨、硝酸銨等。這些物質(zhì)會造成白色煙羽及粉塵排放。

局地霧霾天氣形成基本有3個條件。一是天氣條件；二是地理環(huán)境條件；三是污染源作用。尤其是京津冀地區(qū)，地理情況復(fù)雜，顆粒物不易擴(kuò)散；天氣條件多變，換季時天氣形勢靜穩(wěn)，大氣邊界層較穩(wěn)定，地表水汽比較大，不利于霧霾的擴(kuò)散。再加上近地層污染物積累，導(dǎo)致霧霾天氣容易產(chǎn)生。

因此玻璃行業(yè)雖然煙氣經(jīng)過處理后排放達(dá)標(biāo)，但因煙氣中仍含有大量水、粉塵及無機(jī)鹽，經(jīng)過逐漸積累，也會造成區(qū)域霧霾的產(chǎn)生，故此對玻璃熔窯進(jìn)行煙氣消白很有必要。

3 煙氣消白技術(shù)方案選擇

3.1 煙氣消白技術(shù)方案選擇

目前國內(nèi)白煙治理主要有3種技術(shù)方案。

1)凈煙氣直接再加熱消白技術(shù) 凈煙氣直接再加熱消白技術(shù)只是減輕了視覺上的污染，并未降低煙氣含濕量，沒有減少污染物排放總量。

2)冷凝除濕或其他除濕消白技術(shù) 冷凝除濕或其他除濕消白技術(shù)對污染物略有減排，并回收了煙氣中水分，但減輕視覺污染效果有限，并且對冷源要求較高。

3)冷凝-再熱消白技術(shù) 直接加熱法、間接加熱法只消除了視覺影響,并未降低煙氣含濕量;降溫冷凝法對冷源要求高;冷凝再熱法可徹底實現(xiàn)煙氣消白,但設(shè)備相對復(fù)雜;溶液吸收法成本高、腐蝕性強(qiáng);旋流除濕法、除霧器改造、安裝濕式電除塵器等沒有去除水蒸氣的效果,消白能力有限。綜合各種因素,得出冷凝再熱法是目前較為可行的煙氣消白方案。

3.2 技術(shù)工藝路線

某玻璃企業(yè)熔窯通過對消白技術(shù)分析比較，采用了冷凝-再熱消白技術(shù)對脫硫脫硝系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造。該消白系統(tǒng)是利用28 ℃的冷卻水將脫硫塔出口的煙氣100 ℃冷凝降溫至45 ℃，將煙氣中含有的水份脫出，然后利用廠區(qū)自有350 ℃過熱蒸汽將45 ℃的煙氣加熱至80 ℃，達(dá)到煙氣脫白的效果。

技術(shù)工藝流程見圖1。

3.3 煙氣加熱溫度的選擇

據(jù)有關(guān)研究結(jié)果表明,外界環(huán)境溫度越低、相對濕度越高,濕煙羽消除的難度越大。環(huán)境相對濕度為60%,脫硫塔出口的煙氣溫度為50 ℃時,不采用任何措施的前提下就可實現(xiàn)無濕煙羽排放的臨界環(huán)境溫度為37.3 ℃。可見在常見環(huán)境條件下,調(diào)整脫硫裝置出口煙氣狀態(tài)參數(shù)以消除濕煙羽是有必要的。假設(shè)可適用的煙氣最大降溫幅度為30 ℃,最大升溫幅度為30 ℃,僅采用煙氣加熱技術(shù)可消除濕煙羽的臨界環(huán)境溫度為12.9 ℃;僅采用煙氣冷凝技術(shù)可消除濕煙羽的臨界環(huán)境溫度為8.7 ℃;采用煙氣冷凝再熱技術(shù)可消除濕煙羽的臨界環(huán)境溫度為-12.9 ℃。對于空氣加熱混合技術(shù),基于切線法對空氣煙氣混合過程進(jìn)行熱平衡計算,確定可消除濕煙羽的臨界空氣當(dāng)量比。將煙氣加熱、煙氣冷凝及空氣加熱技術(shù)組合使用可拓寬煙氣消白適用的環(huán)境條件。

某玻璃企業(yè)采用的消白系統(tǒng)采用如下方法：

第一階段利用28 ℃的冷卻水將脫硫塔出口100 ℃的煙氣冷凝降溫至45 ℃，將煙氣中含有的水份脫出。第二階段利用本企業(yè)玻璃熔窯的煙氣，經(jīng)過鍋爐換熱，會產(chǎn)生350 ℃過熱蒸汽。利用此過熱蒸汽，將45 ℃的煙氣加熱至80～90 ℃，從而達(dá)到脫白效果。

從理論上來說，通過第一階段的煙氣冷卻，脫硫后的濕煙氣溫度通常在45 ℃以下，加熱到80 ℃可保證在冬季環(huán)境溫度下，也看不見白色煙羽。若極寒地帶需要加熱到70～80 ℃。因此，將煙囪排出的煙氣溫度設(shè)定在80 ℃是能滿足嚴(yán)格的環(huán)保要求的。當(dāng)環(huán)境溫度比較高時，排煙溫度可能在70 ℃就能消白，這時降低蒸汽壓力，不僅能控制加熱溫度，還會減少蒸汽消耗量，達(dá)到節(jié)能的目的。

3.4 煙氣冷凝技術(shù)選擇

冷凝技術(shù)按換熱方式主要分為兩大類：間接換熱和直接換熱。直接換熱主要采用噴淋塔作為換熱設(shè)備，有一定的占地要求，冷媒與凈煙氣直接接觸，換熱效率高，但需要對冷媒水系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充加藥控制pH值，系統(tǒng)較為復(fù)雜，成本也有一定的上升。間接換熱多采用管式換熱器作為換熱設(shè)備，冷媒與凈煙氣不直接接觸，減少了加藥部分，生產(chǎn)成本較低；系統(tǒng)較為簡單；但前期投入有所上升。

據(jù)冷源的不同，冷凝技術(shù)又分為水冷源、空氣冷源和其他人工冷源。其中水冷源所構(gòu)成的循環(huán)水系統(tǒng)最為簡單，僅配置泵和循環(huán)管路，通常是開式循環(huán)。運(yùn)行費(fèi)用最低、占地小。采用空氣冷源的系統(tǒng)通常循環(huán)水系統(tǒng)中需配置冷卻塔，系統(tǒng)較水冷要復(fù)雜、占地大。此外新增的冷卻塔會在靠近地面成為新的白煙生成源。其他人工冷源，如熱泵，占地面積大，能耗高(以蒸汽溴化鋰熱泵為例，每交換1 MJ熱量需要消耗0.7 MJ蒸汽)。以環(huán)境空氣、江河海水作為冷源的系統(tǒng)，其冷源的品質(zhì)受季節(jié)影響較為明顯，以華東地區(qū)為例，冬季和夏季環(huán)境溫度相差20～30 ℃，因此同一套系統(tǒng)不同季節(jié)的冷凝效果會有較大差別。

煙氣冷凝技術(shù)對脫硫后濕煙氣冷卻，使得煙氣中大量的氣態(tài)水冷凝為液滴，在此過程中能夠捕捉微細(xì)顆粒物、SO2等多種污染物。因此，煙氣冷凝技術(shù)作為濕煙羽治理的手段，不僅能夠?qū)Π谉熛辛己眯Ч€可以實現(xiàn)煙氣多污染物聯(lián)合脫除，冷凝水還可作為脫硫補(bǔ)水使用。

4 煙氣消白的效果

煙氣經(jīng)過消白后，通過對排放的廢水進(jìn)行檢測，從廢水含量和顆粒物顆粒物含量可以看出消白處理效果，見表2。通過對煙氣進(jìn)行消白，煙氣排放得到了進(jìn)一步的控制。表3為處理后的煙氣排放檢測數(shù)據(jù)。

表2 消白后廢水檢測表

表3 廢氣排放報表

通過對改造后排放的廢水檢測來看，廢水中的硫酸鹽、氯化物和顆粒物含量有所增加，這說明所采用的消白系統(tǒng)在治理白色煙羽的同時帶來了一定的煙氣治理效果。

5 結(jié) 論

玻璃熔窯煙氣消白雖然主要是消除人們視覺污染，但實際上也減少了煙氣中的顆粒物及無機(jī)鹽。雖然對減少污染物的排放貢獻(xiàn)不大，但就整個氣候大環(huán)境來說，對京津冀霧霾的減少起到了一定的作用。煙氣中的水汽的減少雖不能從源頭消除霧霾，但如果每個相關(guān)企業(yè)都對所排放的煙氣進(jìn)行消白處理，那將會極大地改善目前京津冀地區(qū)霧霾多發(fā)的現(xiàn)狀。