浮法玻璃熔窯調(diào)整風(fēng)氣比控制煙氣污染物濃度的實(shí)踐

胡會(huì)民 孫國(guó)梁 余德興 韓凱榮

（海南中航特玻材料有限公司 海口 571924）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)玻璃的需求量也隨之增大。浮法玻璃產(chǎn)業(yè)快速增長(zhǎng)，但浮法玻璃屬于資源消耗型和能源消耗型產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是工業(yè)污染重點(diǎn)控制產(chǎn)業(yè)之一，近年來“綠水青山就是金山銀山”經(jīng)濟(jì)發(fā)展方向，使得浮法玻璃熔窯排放的煙氣以溫度高、含有大量的硫化物、氮氧化物和煙塵，得到了國(guó)家和環(huán)保部門的重視［1］。因此，煙氣排放的標(biāo)準(zhǔn)也更加嚴(yán)格，雖然玻璃企業(yè)都逐步投入了脫硫、脫硝和除塵設(shè)備，但目前的脫硫脫硝受制于技術(shù)、設(shè)備和資金投入，脫硫脫硝的能力也會(huì)隨著設(shè)備的使用時(shí)間逐漸下降。必要時(shí)仍需要對(duì)熔窯的工況進(jìn)行控制，保證煙氣數(shù)據(jù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。本文根據(jù)我司某浮法線實(shí)際生產(chǎn)情況，從熔窯各參數(shù)控制對(duì)煙氣污染物濃度的影響來分析、探討。

1 浮法玻璃熔窯煙氣中污染物種類和來源

以天然氣為燃料的浮法窯爐，煙氣中主要污染物為SO2、NOX（ NO、NO2等，以NO2為主）和粉塵，具體每條生產(chǎn)線由于窯型、工藝控制參數(shù)、原料成分等不同都會(huì)造成煙氣數(shù)據(jù)有比較大的變化［2］。通常鈉鈣硅玻璃熔窯煙氣排放中最為常見的仍為SO2、NOX和粉塵。

1.1 硫的來源與氧化生成機(jī)理

我司燃料采用天然氣與液化石油氣（LNG/CNG）汽化后混合再燃燒，燃料中硫含量約為10 mg/m3，對(duì)煙氣中硫的數(shù)據(jù)幾乎沒有影響，硫的主要來源于原料中的芒硝（化學(xué)式為Na2S O4）分解產(chǎn)生SO2，除部分殘留在熔融的玻璃液中并轉(zhuǎn)化為SO3

2+形態(tài)外（殘留系數(shù)約為0.3%），其余部分隨著煙氣外排，反應(yīng)過程為：

氮氧化物主要來自于三個(gè)方面：

①燃料中含氮物質(zhì)的氧化；

②原料中硝酸鹽的分解；

③空氣中的氮?dú)庠诟邷叵屡c氧氣反應(yīng)。反應(yīng)過程如下：

因我司使用燃料和原料中的含氮物質(zhì)極少，對(duì)煙氣中氮氧化物影響極小，所以在此不再考慮，只對(duì)空氣中的氮?dú)庋趸M(jìn)行分析和探討。

1.3 粉塵的來源

煙塵來源于三個(gè)方面：

①燃料中物質(zhì)燃燒后的灰分；

②原料在熔化過程中被帶入煙氣中；

③高溫易揮發(fā)物質(zhì)的低溫冷凝生成煙塵。

我司煙塵經(jīng)脫硫脫硝系統(tǒng)后，在線檢測(cè)數(shù)據(jù)從未出現(xiàn)過異?；虺瑯?biāo)現(xiàn)象，故本文不再進(jìn)行討論。

2 我司煙氣處理流程與現(xiàn)狀

圖1為我司浮法玻璃熔窯煙氣處理流程。

我司某生產(chǎn)線為空氣助燃天然氣600 t/d蓄熱室熔窯，采用6對(duì)小爐，脫硝采用SCR工藝：即在一定溫度下，向填充催化劑的塔中噴入氨水，在催化劑的作用下，NH3與NOX發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成N2和 H2O［3］，反應(yīng)式為：

通常，新投入使用的催化劑下脫硝效率高達(dá)90%左右，但隨著催化劑的破損和堵塞、失效，脫硝效果會(huì)逐漸降低。

脫硫方面，我司脫硫采用的是濕法脫硫，脫硫塔基本原理是堿性溶液從頂部噴灑，中和煙氣中的硫化物，生成鹽的過程，理論反應(yīng)過程如下：

在實(shí)際運(yùn)行過程中，尤其當(dāng)催化劑使用一段時(shí)間后，隨著催化劑的損壞和堵塞，催化劑的能力逐漸減弱，煙氣排放數(shù)據(jù)時(shí)常隨著熱值波動(dòng)而出現(xiàn)波動(dòng)，而在波動(dòng)期間，因脫硝塔和脫硫塔的能力有限，調(diào)整范圍較小，只能通過熔窯調(diào)整來降低原始濃度的方法來控制煙氣排放數(shù)據(jù)。

3 煙氣原始濃度波動(dòng)分析

經(jīng)過測(cè)量，我司某生產(chǎn)線熔窯煙氣數(shù)據(jù)原始濃度見表1。

表1 我司某生產(chǎn)線煙氣污染物原始濃度 /mg·m-3

經(jīng)過對(duì)NOX和 SO2來源的分析和實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)象的總結(jié)，發(fā)現(xiàn)煙氣數(shù)據(jù)波動(dòng)多數(shù)發(fā)生在天然氣熱值波動(dòng)和熔窯現(xiàn)場(chǎng)火焰調(diào)整時(shí)，熱值發(fā)生波動(dòng)時(shí)，小爐助燃風(fēng)/天然氣比（簡(jiǎn)稱風(fēng)氣比）未做調(diào)整時(shí)，經(jīng)過脫硝脫硫后的在線煙氣檢測(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)數(shù)據(jù)見表2。

表2 煙氣中污染物數(shù)據(jù)與熱值變化

根據(jù)多次觀察和記錄，發(fā)現(xiàn)隨著熱值上升，未調(diào)整風(fēng)氣比時(shí)，氮氧化物隨著熱值上升而下降，硫化物逐漸升高，經(jīng)過查找相關(guān)資料和討論，分析熱值上升時(shí)硫數(shù)據(jù)上升原因有以下兩點(diǎn)：

（1）天然氣主要成份為CH4、少量CO和C2H6等多碳烷類，天然氣中多碳烷增加時(shí)，熱值升高，此時(shí)若要充分燃燒，需要更多的O2，未及時(shí)進(jìn)行助燃風(fēng)量的增加，則會(huì)出現(xiàn)燃燒不充分的現(xiàn)象，產(chǎn)生較多的CO，CO對(duì)SO2的檢測(cè)有較大干擾作用，CO的濃度越高，檢測(cè)出的SO2的濃度就越高［4］，此外，還有理論認(rèn)為高溫下CO的強(qiáng)還原性使得蓄熱室內(nèi)的硫酸鹽分解，進(jìn)一步造成SO2檢測(cè)數(shù)據(jù)上升。

（2）我司浮法熔窯前區(qū)1#～3#小爐火焰為還原焰，天然氣燃燒后余氧接近于0，熱值上升后氧氣不足造成燃燒不充分，多余的天然氣進(jìn)入蓄熱室后二次燃燒，使蓄熱室溫度上升，造成蓄熱室內(nèi)凝結(jié)的硫酸鹽分解產(chǎn)生SO2，而影響SO2濃度，而熔窯中后區(qū)為氧化焰，燃燒后仍有較多的余氧，對(duì)硫的影響遠(yuǎn)低于前區(qū)。

NOX方面，根據(jù)有關(guān)研究資料，氮氧化物的生成是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，與燃燒的溫度、各種氣體濃度關(guān)系密切，尤其是NOX的濃度隨過量空氣系數(shù)（即助燃風(fēng)與天然氣比值，簡(jiǎn)稱風(fēng)氣比）的增加而增加，隨過量空氣系數(shù)的減少而減少，曲線如圖2所示。

我司4#～6#小爐為氧化焰，過量空氣系數(shù)為1.1～1.4，因此同樣天然氣量下，熱值的上升，消耗了更多的氧氣，造成富裕的氧氣減少，導(dǎo)致過量空氣系數(shù)下降，NOX生 成減少，從而引起NOX濃度降低。

4 熔窯煙氣數(shù)據(jù)調(diào)整實(shí)踐

根據(jù)以上分析和資料研究，浮法玻璃熔窯特有的前區(qū)還原焰、后區(qū)氧化焰的前提下，煙氣排放中氮氧化物濃度和硫的濃度是一個(gè)此消彼長(zhǎng)的互斥關(guān)系，在調(diào)整時(shí)既要保證熔窯的工藝穩(wěn)定，還要同時(shí)兼顧氮氧化物和硫的濃度，確保兩者的煙氣排放數(shù)據(jù)都符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，因此，根據(jù)分析結(jié)果，在熱值偏低時(shí)，及時(shí)根據(jù)在線煙氣檢測(cè)儀和熱值儀反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行降低風(fēng)氣比的調(diào)整，結(jié)果如表3所示。

表3 熱值下降風(fēng)氣比下調(diào)后數(shù)據(jù)

當(dāng)熱值升高，SO2排放數(shù)據(jù)偏高時(shí)，進(jìn)行升高風(fēng)氣比的調(diào)整，結(jié)果如表4所示。

表4 熱值上升風(fēng)氣比上調(diào)后數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

隨著浮法玻璃熔窯產(chǎn)生煙氣排放污染物綜合治理的要求越來越高、排放指標(biāo)越來越嚴(yán)，企業(yè)需要結(jié)合自身環(huán)保設(shè)備的處理能力、生產(chǎn)過程的精細(xì)化控制，采取分段控制來保證煙氣的達(dá)標(biāo)排放。經(jīng)過我司熔窯多次實(shí)踐論證，天然氣熱值上升時(shí)，上調(diào)熔窯前區(qū)1#～ 3#小爐風(fēng)氣比對(duì)降低SO2原始濃度效果明顯；天然氣熱值下降時(shí)，下調(diào)熔窯后區(qū)4#～ 6#小爐風(fēng)氣比對(duì)降低NOX原始濃度效果明顯。