平板玻璃熔窯煙氣超低排放達標穩(wěn)定運行探討

胡殿芳,王 賢,蔣榮超

(中國耀華玻璃集團有限公司，秦皇島 066000)

當前國內(nèi)除個別地區(qū)制定執(zhí)行更嚴格的地方標準外，平板玻璃行業(yè)大氣污染物排放標準均執(zhí)行國家標準《平板玻璃行業(yè)大氣污染物排放標準》(GB 26453—2011)，規(guī)定排放限值為顆粒物50 mg/m3、二氧化硫(SO2)400 mg/m3、氮氧化物(NOx)700 mg/m3(以天然氣為燃料)。目前修訂《玻璃工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB 26453—20xx)正在征求意見，新標準擴大適用范圍，涵蓋包括玻璃制造、玻璃制品制造、玻璃纖維及制品制造等行業(yè)，規(guī)定玻璃熔窯大氣污染物排放限值為顆粒物30 mg/m3、二氧化硫200 mg/m3、氮氧化物400 mg/m3(玻璃制品熔窯執(zhí)行500 mg/m3)；部分區(qū)域大氣污染物特別排放限值為顆粒物20 mg/m3、二氧化硫100 mg/m3、氮氧化物300 mg/m3(玻璃制品熔窯執(zhí)行400 mg/m3)[1]。

2015年，河北省率先開始提標改造，出臺了《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標準》(DB13/2168—2015)，規(guī)定排放限值為顆粒物30 mg/m3、二氧化硫(SO2)250 mg/m3、氮氧化物(NOx)600 mg/m3(以天然氣為燃料)。如今河北省又出臺了首個以超低標準命名的《平板玻璃工業(yè)大氣污染物超低排放標準》(DB13/2168—2020)，不但將三項主要污染物排放標準提高至10 mg/m3、50 mg/m3、200 mg/m3，并且增加了氨逃逸限值為8 mg/m3。

全國玻璃及制品行業(yè)排放標準即將升級，河北省現(xiàn)行超低排放標準遠遠嚴于國家標準，而且對于超標的監(jiān)控也異常嚴格。對于平板玻璃企業(yè)來說熔窯煙氣屬于有組織排放，均按規(guī)定裝設熔窯煙氣排放數(shù)據(jù)在線監(jiān)控設施并與環(huán)保部門監(jiān)控平臺聯(lián)網(wǎng)進行實時數(shù)據(jù)傳輸，按照監(jiān)測規(guī)范要求測得的任意1 h平均濃度值超過標準規(guī)定的限值，即判定為排放超標[2]。

在當今嚴峻的環(huán)保要求形勢下，如何實現(xiàn)玻璃熔窯煙氣超低排放穩(wěn)定達標排放，減少污染物排入大氣環(huán)境同時避免環(huán)保督查、限產(chǎn)、處罰的發(fā)生，已成為平板玻璃企業(yè)乃至玻璃制品企業(yè)需要迫切解決的問題[3]。

1 平板玻璃企業(yè)熔窯煙氣超低排放穩(wěn)定運行的影響因素分析

我國平板玻璃企業(yè)在2013年年底前基本完成了脫硫技術(shù)改造，到2018年底80%以上的平板玻璃企業(yè)完成脫硝設施建設。廣泛采用了“干法脫硫調(diào)質(zhì)+高溫電除塵+SCR脫硝+半干法脫硫+布袋除塵”的熔窯煙氣脫硫脫硝除塵綜合治理技術(shù)。該技術(shù)在大多數(shù)平板玻璃企業(yè)應用后，熔窯煙氣治理效果運行良好[4]。工藝流程圖如圖1所示。

由于平板玻璃熔窯連續(xù)生產(chǎn)的特性，環(huán)保設施必須與玻璃熔窯同時保證持續(xù)穩(wěn)定運行，一旦設備運轉(zhuǎn)異常或是故障，立即就會出現(xiàn)煙氣排放數(shù)據(jù)波動甚至小時排放均值濃度超標現(xiàn)象發(fā)生。

目前平板玻璃熔窯經(jīng)提標改造后大多使用清潔能源天然氣，由于玻璃生產(chǎn)工藝的特殊性，熔窯煙氣溫度高、成分復雜、煙塵黏度大、NOx濃度高。熔化工藝調(diào)整或熔窯周期性換火會導致煙氣中顆粒物、SO2、NOx濃度波動。

平板玻璃生產(chǎn)線大多配有余熱發(fā)電系統(tǒng)，煙氣脫硫脫硝除塵綜合治理技術(shù)流程復雜，增加了熔窯煙氣治理的難度。

環(huán)保設備運行既需兼顧煙氣處理效果還需兼顧熔窯內(nèi)壓力穩(wěn)定和余熱發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，余熱發(fā)電系統(tǒng)和熔窯的異常狀況均會給煙氣穩(wěn)定治理帶來操作難度。

煙氣綜合治理系統(tǒng)設備較多，設有干法脫硫塔、高溫電除塵、余熱鍋爐煙道、SCR脫硝反應器、RSDA半干法脫硫塔，石灰儲存、消化、供漿系統(tǒng)、布袋除塵系統(tǒng)。各設備之間設有閘板和風機及備用風機，煙氣治理系統(tǒng)上任何一個主要設備出現(xiàn)問題都會影響處理效率，造成煙氣排放數(shù)據(jù)波動。

因熔窯在生命周期內(nèi)連續(xù)作業(yè)性質(zhì)，環(huán)保治理設施也必須相應連續(xù)運轉(zhuǎn)，而不能停機檢修。這就造成了煙氣治理環(huán)保設施需長時間持續(xù)運行，卻不能因得不到良好檢修而導致煙氣治理效率的下降。

上述多種情況的存在，勢必將影響到超低達標排放的穩(wěn)定運行。

2 保證熔窯煙氣超低排放穩(wěn)定運行采取的技改措施

為實現(xiàn)玻璃熔窯煙氣穩(wěn)定超低排放的目標，某平板玻璃企業(yè)對脫硫脫硝除塵系統(tǒng)進行了超低排放提標改造，解決了由于余熱鍋爐、SCR脫硝反應器、半干法脫硫系統(tǒng)突發(fā)故障導致的熔窯煙氣排放數(shù)據(jù)不穩(wěn)定問題。

增加了SCR脫硝的備用系統(tǒng)，解決SCR脫硝系統(tǒng)運行時間長導致的催化劑堵塞、壓差大、脫硝效率下降氮氧化物排放數(shù)據(jù)不穩(wěn)定問題。

平板玻璃企業(yè)應用的主要是蜂窩式催化劑，基材通常為18～25孔的釩鈦基，具有較強的抗腐蝕和防堵塞特性，一般布置2～3層催化劑；在催化劑運行管理過程中，煙氣中灰塵會逐漸的堵塞催化劑蜂窩，造成脫硝效率下降，造成排放數(shù)據(jù)超標。因此需定期清理脫硝反應器，設備本體帶有定期清灰吹掃，但當自動清灰系統(tǒng)不能滿足要求時，需要停器進行人工清灰。備用系統(tǒng)的建設可以在SCR脫硝反應器停止運行的情況下滿足持續(xù)脫硝的目的。

增設了與余熱鍋爐并行的煙道及降溫系統(tǒng)，解決余熱鍋爐故障期間環(huán)保設施無法正常運行導致排放數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的問題。

平板玻璃熔窯排放煙氣溫度一般在400 ℃以上，SCR高溫脫硝工藝在催化劑作用下溫度一般300～400 ℃可達到滿意脫除效果[5]。為充分利用煙氣余熱進行發(fā)電并保持脫硝效果，熔窯排出的高溫煙氣先進入余熱鍋爐降溫后再進行SCR脫硝，脫硝溫度控制在350 ℃左右。脫硝后的煙氣經(jīng)余熱鍋爐降溫到160 ℃以下進入半干法脫硫塔內(nèi)脫硫，溫度過高對脫硫反應效率和布袋除塵使用壽命產(chǎn)生影響，而且會把大量熱帶入大氣中，不利于節(jié)能控制。在未進行超低排放改造前，余熱鍋爐若發(fā)生故障停爐，煙氣溫度無法調(diào)節(jié)，環(huán)保治理工藝參數(shù)變化大，嚴重影響煙氣的脫硫脫硝除塵排放穩(wěn)定。增設余熱鍋爐并行煙道降溫系統(tǒng)后，余熱鍋爐例行檢修及異常處置對環(huán)保超低排放數(shù)據(jù)的影響均在可控范圍。

增設脫硫備用風機系統(tǒng)，改進干法調(diào)質(zhì)脫硫塔，在干法脫硫塔上增設碳酸鈉脫硫噴射系統(tǒng)，在RSDA半干法脫硫設施檢修期間開啟，滿足半干法脫硫故障情況下熔窯煙氣的正常脫硫治理效果，穩(wěn)定二氧化硫排放指標。

RSDA半干法脫硫采用石灰漿液為脫硫劑，以旋霧狀態(tài)與煙氣接觸完成脫硫反應，霧化器是核心部件，維護到位的情況下運行較穩(wěn)定。但當煙氣濕度變化大、清灰不及時可能導致脫硫塔結(jié)塊堵塞。而且由于北方冬季氣候寒冷，經(jīng)常發(fā)生脫硫劑—石灰漿液系統(tǒng)故障而導致二氧化硫排放數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。為預防此情況，對第一級干法脫硫塔進行了改造，增加碳酸鈉噴射系統(tǒng)，同時增設了備用脫硫風機系統(tǒng)，提高二氧化硫脫除效果，穩(wěn)定排放數(shù)值。因碳酸鈉噴射系統(tǒng)運行成本較高，不適宜長期使用，但在主脫硫設施故障的情況下，可增加環(huán)保數(shù)據(jù)穩(wěn)定超低排放的可操作性。

單艙室隔絕循環(huán)更換袋除塵器的老化布袋。布袋除塵器結(jié)構(gòu)簡單，維護操作方便，濾袋采用玻璃纖維、聚四氟乙烯、P84等耐高溫濾料，含有較細小粉塵的氣體在通過濾料時，粉塵被阻留，使氣體得到凈化，除塵效率高達99%，是顆粒物排放控制的主要設備。袋式除塵器長時間運轉(zhuǎn)布袋可能存在破損、除塵器進出壓差大、輸灰管路堵塞等現(xiàn)象不利顆粒物排放數(shù)據(jù)穩(wěn)定。采用單艙室隔絕逐個更換有問題布袋，更換后顆粒物排放數(shù)值顯著降低，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

3 熔窯煙氣治理設施超低排放穩(wěn)定運行改造實施效果

環(huán)保技改需要在不影響原有設施運行效果的基礎上進行，這增加了設計安裝試運行的難度。系統(tǒng)改造后對接調(diào)試運行需要在工藝技術(shù)到位、崗位銜接順暢、管理措施得當?shù)那闆r下逐步進行。改進后工藝流程圖如圖2所示。

表1 2018-2020年北方某平板玻璃生產(chǎn)企業(yè)熔窯煙氣排放濃度

/(mg·m-3)

經(jīng)過上述系列的煙氣治理設施超低排放改造并試運行，對比北方某平板玻璃企業(yè)熔窯煙氣近三年(2018-2020)的排放數(shù)據(jù)，可看出改造后熔窯煙氣的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放數(shù)值顯著降低。截止2020年4月完全能夠達到河北省超低排放標準要求。表中統(tǒng)計的排放濃度數(shù)據(jù)最大和最小值波動幅度變小，反映出改造后熔窯煙氣排放數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，改造后的煙氣排放數(shù)據(jù)不僅能達到超低標準要求，而且能夠持續(xù)穩(wěn)定運行。2018-2020年北方某平板玻璃企業(yè)熔窯煙氣排放數(shù)據(jù)如表1所示。

4 結(jié) 論

在全球降碳減排的大形勢下，平板玻璃行業(yè)熔窯煙氣追求更低的污染物排放指標勢在必行。平板玻璃熔窯煙氣脫硫脫硝除塵環(huán)保治理系統(tǒng)為適應超低排放標準需考慮提標改造。

參考北方某平板玻璃企業(yè)提標改造實例，通過SCR脫硝+RSDA半干法脫硫+末端袋除塵系統(tǒng)組合運用并增設備用系統(tǒng)，可達到玻璃熔窯煙氣排放數(shù)值滿足顆粒物10 mg/m3，二氧化硫(SO2)50 mg/m3，氮氧化物(NOx)200 mg/m3標準要求，排放數(shù)值遠遠低于國家標準限值要求。增設環(huán)保備用系統(tǒng)，能夠滿足在局部環(huán)保設施檢修的同時，煙氣仍能正常進行脫硫脫硝除塵治理，煙氣排放數(shù)據(jù)穩(wěn)定達標。