玻璃窯爐煙氣處理工藝探討

蒙 杰

（南寧浮法玻璃有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530031）

玻璃是一種歷史悠久而又具有廣闊發(fā)展前途的無機材料，主要分為平板玻璃和特種玻璃。改革開放初期，1978年中國平板玻璃總產(chǎn)量僅有1784萬重箱，中國玻璃工業(yè)的跨越式發(fā)展，是在改革開放后30年里實現(xiàn)的，2008年全國平板玻璃產(chǎn)量達6.5億重箱，產(chǎn)量5.74億重箱，約占全球產(chǎn)量的50 %，我國玻璃產(chǎn)量已連續(xù)19年居世界第一。在能源結(jié)構(gòu)方面，目前我國平板玻璃工廠所使用的燃料一般為重油，重油的含硫量按來源不同而變化較大。玻璃熔窯排放的煙氣中含有硫氧化物和氮氧化物及煙塵等大氣污染物。硫氧化物主要是二氧化硫，煙氣中二氧化硫的排放濃度一般在500 mg/m3～3000 mg/m3，其濃度取決于所用燃料的種類及其含硫量、原料配料中芒硝的用量及燃料燃燒時生成的煙氣量。通常，煙氣中的二氧化硫排放濃度高于現(xiàn)行國家二級標(biāo)準(zhǔn)的要求。根據(jù)黨的十六大作出的戰(zhàn)略部署和我國經(jīng)濟社會發(fā)展的客觀要求制定的我國“十一五”發(fā)展規(guī)劃，最鮮明的特點就是，堅持以科學(xué)發(fā)展觀統(tǒng)攬經(jīng)濟發(fā)展全局，并把產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級、資源利用率顯著提高、可持續(xù)發(fā)展能力增強等作為經(jīng)濟發(fā)展的主要目標(biāo)，并提出單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20 %左右、主要污染物排放總量減少10 %的總體要求。在此背景下，中國平板玻璃工業(yè)面臨著新的歷史性抉擇：對玻璃窯爐煙氣進行脫硫除塵一體化的綜合治理刻不容緩，是我國玻璃行業(yè)執(zhí)行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、實施清潔生產(chǎn)的重中之重。

1 玻璃生產(chǎn)及玻璃熔窯的特點

玻璃生產(chǎn)及玻璃熔窯的特點：①玻璃生產(chǎn)采用連續(xù)、不可間斷的流水型生產(chǎn)方式；②玻璃窯爐是玻璃行業(yè)生產(chǎn)的心臟，是能源消耗的主要設(shè)備，目前我國正在運行的窯爐仍然以火焰爐為主，能耗水平較高（一般在300 kg～500 kg標(biāo)煤/噸成品左右，國際先進水平為相當(dāng)于190 kg標(biāo)煤/噸成品）；熔化率低（一般在1.5 t～2 t玻璃液/m2熔化面積，國際先進水平為3 t～3.6 t玻璃液/m2熔化面積）；③玻璃熔窯須保持一定的微正壓且穩(wěn)定的燃燒氣氛，否則，因燃燒不充分，不但影響玻璃產(chǎn)品質(zhì)量，而且會導(dǎo)致非正常冒黑氣的污染事故；④通常從玻璃熔窯出來的廢煙氣經(jīng)余熱鍋爐回收余熱產(chǎn)生蒸汽服務(wù)于玻璃生產(chǎn)的供油系統(tǒng)，煙氣排放溫度較高，入鍋爐前約為450 ℃～500 ℃、出鍋爐后約為180 ℃～220 ℃。

2 脫硫工藝的選擇原則

在選擇玻璃熔窯廢煙氣脫硫除塵處置工藝時，應(yīng)充分考慮上述玻璃生產(chǎn)及玻璃熔窯的運行特點，此外，脫硫工藝的選擇還要考慮以下幾方面：①脫硫劑要廉價易得，最好能以廢治廢，降低運行成本；②脫硫工藝要成熟可靠，運行穩(wěn)定，避免對玻璃窯爐的窯壓產(chǎn)生不利的影響，系統(tǒng)不產(chǎn)生結(jié)垢、堵塞等問題；③結(jié)合國家和當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保要求，選擇略高的脫硫效率；④操作要方便靈活；⑤占地面積小；⑥使用壽命長；⑦總投資要少；⑧副產(chǎn)品易于處理，無二次污染。

3 脫硫工藝的比較與選擇

目前世界上煙氣脫硫技術(shù)（FGD）有上百種，具有實用價值的工藝僅十幾種，分別適應(yīng)不同的場合和要求。根據(jù)脫硫反應(yīng)物和脫硫產(chǎn)物的存在狀態(tài)分為濕法、干法和半干法。濕法脫硫是利用 SO2在水中有中等溶解度的特點，溶于水后生成H2SO3，然后與堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，在一定條件下生成穩(wěn)定的鹽，從而脫去煙氣中的 SO2，反應(yīng)在氣、液二相中進行，其優(yōu)點是脫硫效率高、建設(shè)費用低、操作容易；干法脫硫是在無液相介入的完全干燥狀態(tài)下進行脫硫的，脫硫產(chǎn)物為干粉狀，干法常用的有爐內(nèi)噴鈣（石灰／石灰石）、金屬吸收等，干法脫硫?qū)賯鹘y(tǒng)工藝，脫硫率普遍不高（<50 %），工業(yè)應(yīng)用較少；半干法脫硫是利用煙氣濕熱蒸發(fā)脫硫漿液中的水分，同時在干燥過程中，脫硫劑與煙氣中的SO2發(fā)生反應(yīng)，并使最終產(chǎn)物為干粉狀。由于該方法加入系統(tǒng)的脫硫劑是濕的，而從系統(tǒng)出來的脫硫產(chǎn)物是干的，故稱之為半干法，半干法使用較多的有噴霧干燥法煙氣脫硫、循環(huán)流化床煙氣脫硫（CFB－FGD）和增濕灰循環(huán)煙氣脫硫（NID法）等，采用半干法脫硫時，脫硫劑的利用率低，脫硫效率也不高，故而應(yīng)用也不是很多。幾種脫硫技術(shù)的比較，見表1。

表1 幾種脫硫技術(shù)的比較

目前濕法脫硫技術(shù)應(yīng)用廣泛，占有全世界FGD裝置總量的85 %以上。其中雙堿法由于脫硫工藝簡單，運行穩(wěn)定性好，脫硫效率高，脫硫成本低，適合我國國情，因而在我國應(yīng)用較為廣泛。結(jié)合玻璃窯煙氣治理的具體情況，從工藝成熟性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、工程投資、運行費用等方面綜合考慮，應(yīng)首選采用雙堿法脫硫工藝。

4 鈉鈣雙堿法脫硫除塵工藝

雙堿法[Na2CO3/ Ca（OH）2]是在石灰法基礎(chǔ)上結(jié)合鈉堿法，利用鈉鹽易溶于水，在吸收塔內(nèi)部采用鈉堿吸收 SO2，吸收后的脫硫液在再生池內(nèi)利用廉價的石灰進行再生，從而使得鈉離子循環(huán)吸收利用。該工藝綜合石灰法與鈉堿法的特點，解決了石灰法的塔內(nèi)易結(jié)垢的問題，又具備鈉堿法吸收效率高的優(yōu)點。

脫硫副產(chǎn)物為亞硫酸鈣或硫酸鈣（氧化后），亞硫酸鈣配以合成樹脂可生產(chǎn)一種稱為鈣塑的新型復(fù)合材料；或?qū)⑵溲趸笾瞥墒啵换蛘咧苯訉⑵渑c粉煤灰混合，可增加粉煤灰的塑性，增加粉煤灰作為鋪路底層墊層材料的強度。與氧化鎂法相比，鈣鹽不具污染性，因此不產(chǎn)生廢渣二次污染。

鈉鈣雙堿法[Na2CO3－Ca（OH）2]采用純堿啟動、鈉堿吸收 SO2、石灰再生的方法，較之石灰石法等其它脫硫工藝，雙堿法有以下優(yōu)點：

（1）吸收速度快，可降低液氣比L/G，從而降低運行費用。

（2）塔內(nèi)鈉基清潔吸收，吸收產(chǎn)物溶解度大，可大大降低結(jié)垢機會。

（3）純堿循環(huán)利用，提高了脫硫劑的利用率。

其基本化學(xué)原理可分脫硫過程和再生過程：

1）脫硫過程：

以上三式視脫硫液酸堿度不同而異：（1）式為吸收啟動反應(yīng)式；堿性較高時（pH>9），（2）式為主要反應(yīng)；堿性降低到中性甚至酸性時（5

2）再生過程：

在石灰漿液（石灰達到過飽和狀況）中，中性（兩性）的NaHSO3很快跟石灰反應(yīng)從而釋放出[Na＋]，隨后生成的[SO32－]又繼續(xù)跟石灰反應(yīng)，反應(yīng)生成的亞硫酸鈣以半水化合物形式慢慢沉淀下來，從而使[Na＋]得到再生。

5 脫硫除塵工藝流程簡介

玻璃窯爐尾氣經(jīng)余熱鍋爐后由引風(fēng)機引入脫硫除塵系統(tǒng)，通過文丘里降溫和預(yù)處理、旋流板塔脫硫，除去煙氣中的粉塵與SO2等雜質(zhì)，由塔頂排煙管直接排入大氣或經(jīng)煙道從煙囪排入大氣。在脫硫裝置檢修時，為了不影響玻璃爐窯的正常運行，余熱鍋爐出口煙氣可從旁路直接進入煙囪。通過擋板門的切換，脫硫裝置可以很方便地投入或者退出運行。

6 脫硫系統(tǒng)劃分

據(jù)整個脫硫工程的系統(tǒng)劃分，主要包括：吸收塔系統(tǒng)；煙風(fēng)系統(tǒng)；脫硫液循環(huán)系統(tǒng)；脫硫劑制備及輸送系統(tǒng)；工藝水系統(tǒng)；脫硫渣處理系統(tǒng)；廢水處理系統(tǒng)；電氣及儀表控制系統(tǒng)。

7 吸收設(shè)備的比較與選擇

采用濕法脫硫技術(shù)，吸收器的性能優(yōu)劣直接影響煙氣的脫硫效率、系統(tǒng)的運行費用等指標(biāo)。脫硫吸收器的選擇原則主要是看其液氣接觸條件、液氣比以及設(shè)備阻力等。幾種吸收設(shè)備的比較，見表2。

經(jīng)比較，旋流板塔具有負荷高、壓降低、不易堵、彈性寬等優(yōu)點，適用于快速吸收過程，且脫硫除塵效率高，脫硫過程中可同時進一步除塵。旋流板塔是目前國內(nèi)濕法脫硫的主流設(shè)備。

表2 幾種吸收設(shè)備的比較

8 脫硫除塵主要設(shè)備簡介

8.1 煙氣預(yù)處理系統(tǒng)——文丘里

余熱鍋爐后的煙氣溫度仍較高，約180 ℃～220 ℃，為了保證旋流板塔的安全穩(wěn)定運行，在脫硫除塵器前增設(shè)一個文丘里，對煙氣進行降溫和預(yù)處理，然后煙氣進入旋流板塔。文丘里采用麻石制作，里面安裝螺旋噴頭，采用霧化冷卻。

8.2 吸收塔系統(tǒng)

旋流板塔是一種高效通用型的傳質(zhì)設(shè)備，由于特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其具有負荷高、壓降低、不易堵、操作彈性寬等優(yōu)點，在綜合性能上優(yōu)于其它設(shè)備，適用于快速吸收過程。用于濕法煙氣脫硫時，具有很高的脫硫效率；同時，旋流板塔還具有良好的除塵性能，可實現(xiàn)對煙氣的脫硫除塵一體化處理。

旋流板塔內(nèi)安裝有旋流板和除霧板。含SO2的煙氣從下部切向進入旋流板塔，并在旋流板的導(dǎo)向作用下螺旋上升；脫硫液從塔上部進入，逐級下流；煙氣在旋流板上與脫硫液逆向?qū)α鹘佑|，將旋流板上的脫硫液霧化，形成良好的霧化吸收區(qū)；煙氣與脫硫液中的堿性脫硫劑在霧化區(qū)內(nèi)充分接觸反應(yīng)，完成煙氣的脫硫吸收。經(jīng)脫硫后的煙氣通過塔頂?shù)某F板，以本身的旋轉(zhuǎn)作用與旋流除霧板的導(dǎo)向作用，產(chǎn)生強大的離心作用，除去煙氣中的液滴，最后由裝在塔頂上的排煙管直接排放或經(jīng)煙道從煙囪排入大氣。由于塔內(nèi)提供了理想的氣液接觸條件，氣液間接觸面積巨大，氣體中的SO2被堿性脫硫劑吸收的效果好，脫硫效率高。

除脫硫功能外，旋流板塔還具有良好的除塵功能。當(dāng)煙氣高速通過旋流塔板時，葉片上的吸收液被吹成很小的霧滴，塵粒、吸收液和霧滴相互之間在碰撞、攔截、布朗運動等機理的作用下，粒子間發(fā)生碰撞，粒徑不斷增大。同時高溫?zé)煔庀蛞后w傳熱時，塵粒被降溫，使水氣凝結(jié)在粒子表面，粒子質(zhì)量也隨之增大，在旋流塔板的導(dǎo)向作用下，旋轉(zhuǎn)運動加劇，產(chǎn)生強大的離心力，粉塵很容易從煙氣中脫離出來被甩向塔壁，在重力作用下流向塔底，實現(xiàn)氣固分離。

煙氣中那些微細塵粒在通過一級塔板后不可能全部被捕集，還會有一定數(shù)量的塵粒逸出，當(dāng)其通過多層塔板后，微細塵粒凝并，質(zhì)量不斷增大后被捕集、分離，從而達到最佳除塵效果。

8.3 鍋爐引風(fēng)機

新建脫硫裝置后，系統(tǒng)阻力增加，原有余熱鍋爐的引風(fēng)機已不能滿足要求，故須更換新的引風(fēng)機，以克服脫硫系統(tǒng)的阻力，確保所需處理的煙氣順利通過脫硫系統(tǒng)，并避免對玻璃窯爐的窯壓產(chǎn)生不利的影響。

9 “雙堿法——旋流板塔”脫硫除塵一體化技術(shù)優(yōu)勢及應(yīng)用前景

玻璃窯爐煙氣的主要特點是：煙氣溫度高、煙氣流量適中、煙氣中SO2的含量較高、粉塵的含量較低，在進行煙氣治理的工程設(shè)計時，要求脫硫效率高，且有一定的除塵效率；投資費用低，脫硫成本低；占地面積要小；工藝要成熟，運行穩(wěn)定可靠，避免對玻璃窯爐的窯壓產(chǎn)生不利的影響。

實踐證明，“雙堿法——旋流板塔”濕法脫硫除塵一體化技術(shù)具有“雙高雙低”的突出優(yōu)勢，即脫硫除塵效率高（脫硫效率≥95 %，除塵效率≥99 %），系統(tǒng)運行可靠性高，投資費用低，運行費用低。該技術(shù)比較適合我國國情，已廣泛用于220 t/h、130 t/h、75 t/h、35 t/h等各種規(guī)模鍋爐煙氣和工業(yè)窯爐煙氣的脫硫除塵治理，在玻璃窯爐的煙氣治理中也有成功的應(yīng)用。我公司于2009年底利用該技術(shù)較成功地對公司300 t/h玻璃窯爐的煙氣進行了脫硫除塵處理，該項目雖仍在調(diào)試、完善中，但初步試運行結(jié)果表明：該技術(shù)能較好地滿足對玻璃窯爐煙氣治理的各種需要。

10 結(jié)論

針對玻璃窯爐煙氣治理的特殊要求，從綜合性能上比較，采用“雙堿法——旋流板塔”脫硫除塵一體化技術(shù)對浮法玻璃熔窯煙氣進行治理是完全符合國家節(jié)能環(huán)保政策的，其技術(shù)可行、經(jīng)濟合理。該技術(shù)能較好地滿足對玻璃窯爐煙氣治理的各種需要，宜作為玻璃窯爐煙氣治理的首選技術(shù)。