玻璃行業(yè)廢氣治理技術發(fā)展與現(xiàn)狀

盧澄宇 張洪偉

(1.四川天馬玻璃有限公司，四川遂寧，629209；2.四川大學建筑與環(huán)境學院，四川成都，610065)

1 玻璃行業(yè)概述

隨著我國科學技術的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)水平得到很大提升，但同時也導致了污染物排放的加劇，由此帶來諸多環(huán)境污染問題，如霧霾、酸雨等環(huán)境自然災害頻發(fā)。已成為政府和公眾百姓關注的焦點。玻璃生產(chǎn)行業(yè)是我國重要工業(yè)的組成部分，截至2010年，我國平板玻璃的產(chǎn)量就已達到6億重量箱以上，居全球第一，其占全球產(chǎn)量的50%以上[1]。

根據(jù)玻璃生產(chǎn)工藝，其生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一系列特征污染物，直接排入大氣環(huán)境中將會對環(huán)境和人民生活造成極大的影響。針對玻璃生產(chǎn)工業(yè)排放的大氣污染物，國家先后于2011年和2013年分別發(fā)布《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標準》和《電子玻璃工業(yè)大氣污染物排放標準》。其中針對顆粒物、氮氧化物及二氧化硫等污染物的排放以及相應的環(huán)保管理提出了更高的要求。在這類排放標準制定之前，相應的煙氣治理技術研究及應用相對不足，根據(jù)調(diào)查，在全國200多家平板玻璃生產(chǎn)企業(yè)中，僅有不到5%的生產(chǎn)企業(yè)安裝有脫硫、除塵等煙氣治理設施[2]，絕大部分企業(yè)并未對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣進行有效處理。因此，對玻璃行業(yè)產(chǎn)生廢氣進行凈化處理，開展該行業(yè)廢氣治理設施設備研究，使其達標穩(wěn)定排放，對實現(xiàn)我國污染物控制意義重大。

2 煙氣特性

根據(jù)玻璃的工藝特性，生產(chǎn)過程中常采用石油焦粉、重油、天然氣和煤制氣等作為燃料[3]。具體由于生產(chǎn)規(guī)模和燃料使用情況的不同，其熔窯的排煙溫度大約在400—550℃。其后段多配備預熱利用系統(tǒng)進行熱交換，后煙氣溫度降至約180—250℃[4-5]。而由于玻璃生產(chǎn)具有定時換火的特點，其煙氣流量和污染物濃度往往不穩(wěn)定，波動范圍大。煙氣成分復雜，除顆粒物、二氧化硫和氮氧化物外，還含有少量重金屬元素、氟化物以及氯化氫氣體等[6]。

玻璃工業(yè)排放煙氣中由于燃料種類、基本性質(zhì)、配比等條件的不同，二氧化硫的濃度約為500—3000mg/Nm3，氮氧化物的濃度約為1200—3000mg/Nm3，而顆粒物濃度約為300—1200mg/Nm3。均遠遠超出國家制定的污染物排放標準中所對應的濃度限值。

具體而言，煙氣中顆粒物主要來源于加料、熔爐以及燃料燃燒等部分。煙氣顆粒物往往濃度高、顆粒小。且由于使用燃料和配料中純堿、芒硝等濃度差異明顯[1,6]，還會導致煙塵具有更強的粘附性和腐蝕性[7]。而對二氧化硫等氣態(tài)污染物，為防止生產(chǎn)過程中窯磚受熱過高，其噴火裝置會定期進行火焰換向操作，其中涉及火焰驟停和為維持窯內(nèi)溫度而大量增加燃料等步驟，這將導致二氧化硫及氮氧化物等污染物濃度呈現(xiàn)出規(guī)律的不穩(wěn)定排放[8]。

3 煙氣綜合治理技術

3.1 煙氣除塵技術

對于煙氣中顆粒物的去除，當前主流的方法包括重力除塵器、旋風除塵器、濕式除塵器和袋式除塵器等。由于玻璃生產(chǎn)行業(yè)煙氣中煙塵具有濃度高、顆粒小、粘性大且具有腐蝕性等特點。重力除塵和旋風除塵等技術由于難以捕集0.1μm以下的小顆粒煙塵，并不適用于玻璃煙塵處理[9]；布袋除塵器通過布袋的過濾作用可以對煙氣中小于0.3μm的顆粒物具有很高的去除效率，除塵效率可以達到99%，因此被廣泛地使用于工業(yè)廢氣的處理中。但由于玻璃煙氣溫度較高(>200℃)，且具有一定腐蝕性，會導致設備損耗大、壽命較短，并不利于投入使用；濕式除塵器通過氣液接觸去除顆粒物，但存在管道腐蝕和污水污泥等問題，部分極端條件還需要考慮凍結等可能，因此也不適用于玻璃煙氣的處理。

靜電除塵是利用電場作用使氣流中粉塵分離而產(chǎn)生的除塵設備，除塵效率高，且高溫等惡劣條件對其除塵效果的影響較小。較適合于玻璃行業(yè)廢氣的除塵處理。也是當前歐洲國家大型玻璃爐窯廣泛使用的除塵技術。如法國某浮法玻璃工程采用板式電除塵對250—300℃的廢氣進行處理，其重油燃燒產(chǎn)生的煙塵濃度可由350mg/Nm3降至50mg/Nm3以下；德國某480t/d規(guī)模的浮法玻璃工廠采用板式靜電除塵可將60000Nm3/h風量的廢氣中煙塵濃度由150mg/Nm3降至10mg/Nm3，可見處理效果非常明顯[1]。

3.2 煙氣脫硫技術

在玻璃生產(chǎn)過程中，二氧化硫主要來自于重油、石油焦分和天然氣等燃料的燃燒，其濃度與使用燃料的種類和數(shù)量有關。當前，由于不同的工業(yè)性質(zhì)，廣泛使用的煙氣脫硫技術可以分為濕法、干法和半干法等。

濕法脫硫技術的脫硫率和吸收劑利用率相對較高，但存在易結垢、易腐蝕且有廢水產(chǎn)生等缺點，往往很少使用于玻璃生產(chǎn)行業(yè)中。而干法雖無廢水產(chǎn)生，但脫硫效果不佳、投資運行成本高等缺點同樣限制了其在玻璃生產(chǎn)行業(yè)的應用。半干法工藝主要通過消石灰噴入反應器內(nèi)，通過與煙氣中的SO2充分接觸，發(fā)生脫硫反應，后經(jīng)除塵器得以捕集，具有工藝簡單、投資小和運行穩(wěn)定等優(yōu)點，比較適合用于玻璃生產(chǎn)行業(yè)廢氣脫硫處理，也在鍋爐、垃圾焚燒等行業(yè)廣泛應用[9]。其主要反應包括：

(1)SO2反應方程式

SO2+H2O→H2SO3

(1)

2Ca(OH)2+H2SO3→CaSO3+2H2O

(2)

2CaSO3+O2→2CaSO4

(3)

(2)SO3反應方程式

SO3+H2O→H2SO4

(4)

Ca(OH)2+H2SO4→CaSO4+2H2O

(5)

3.3 煙氣脫硝技術

對于煙氣中氮氧化物的去除，當前主流的技術是采用選擇性還原技術進行末端處理，根據(jù)脫硝反應的溫度窗口和催化劑添加情況具體可以分為選擇性催化還原技術(SCR)和選擇性而非催化還原技術(SNCR)

3.3.1 選擇性非催化還原技術(SNCR法)

該方法是指采用NH3或尿素等還原劑在一定溫度條件下與煙氣中的NOx反應，產(chǎn)生氮氣和水蒸氣，反應溫度較高，通常需要達到950℃以上，其反應方程式為：

4NH3+6NO→5N2+6H2O

(6)

這種技術具有成本低、效果好的特點，經(jīng)濟性較好，但具體應用過程中由于需要較高的反應溫度，故受到爐膛溫度、濕度、煙氣密度等條件的影響，因此也帶來一定的局限性，限制了該項技術的應用。

3.3.2 選擇性催化還原技術(SCR法)

選擇性催化還原技術相比選擇性非催化還原技術加入了催化劑，其反應過程中由于催化劑的作用使得反應溫度窗口大幅降低，環(huán)境溫度大約在280—420℃即可達到70%-98%的脫硝效率，且運行穩(wěn)定，催化劑壽命也相對較長，通?？梢赃_到2.6萬小時，由此帶來了廣闊的應用范圍，目前已在火電、鍋爐等行業(yè)得到廣泛應用。

SCR的核心就是脫硝催化劑，常見的催化劑以釩基、鈦基催化劑為主，構成蜂窩狀、波紋狀等成型催化劑。隨著近年來催化劑研發(fā)的深入和進步，SCR催化劑越來越向低溫、抗硫、抗水、易再生和長壽命等更加優(yōu)越的性質(zhì)發(fā)展。如Li[10,11]等人通過對錳基二氧化鈦材料的研究制備出的SCR催化劑可以在80—360℃表現(xiàn)出較好的催化活性和良好的抗水性能。如上特性相對而言較適合用于玻璃行業(yè)廢氣的脫硝處理。

4 結語

符合國家節(jié)能環(huán)保政策的要求是當前迫在眉睫的問題，隨著國家《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標準》等一系列行業(yè)標準的全面執(zhí)行和實施，政府對玻璃生產(chǎn)行業(yè)的廢氣污染物排放提出了更高的要求。而具體結合玻璃行業(yè)生產(chǎn)工藝特點所產(chǎn)生的煙氣特征，通過對比當前廣泛使用的煙氣除塵、脫硫、脫硝技術等各項技術手段。我們認為，組合運用電除塵、半干法脫硫以及SCR法脫硝等一系列技術，能夠有針對性地對玻璃行業(yè)產(chǎn)生的廢氣進行綜合有效治理，使污染物達標并穩(wěn)定排放。