浮法玻璃熔窑烟气综合治理的研究

1.引言
　　根据党的十六大作出的战略部署和我国经济社会发展的客观要求制定的我国“十一五”发展规划，最鲜明的特点就是，坚持以科学发展观统揽经济发展全局，并把产业结构优化升级、资源利用率显著提高、可持续发展能力增强等作为经济发展的主要目标。在此背景下，中国平板玻璃工业面临着新的历史性的选择。
　　2006年玻璃市场的持续低迷使玻璃企业销售受阻，资金周转困难，融资难度加大。为了缓解资金压力，许多企业采取降价销售的办法，导致玻璃价格持续下滑，反而给企业带来更大的压力。许多企业资金链断裂，由此出现了严重的生存危机。如何增强企业自主创新能力，逐步形成一批拥有自主知识产权和知名品牌，国际竞争办较强的优势企业；如何有效降低玻璃企业单位生产总值的能源消耗；如何加大环保力度，发展环保经济，节能减排，建设资源节约、环境友好型企业等问题，摆在业界有识之士的面前。
　　同时，为了提高企业的市场竞争力，也为了满足我国“十一五”规划纲要提出的单位国内生产总值能耗降低20％左右、主要污染物排放总量减少。10％的总体要求，各个企业也在积极探索稳定可靠的节能减排技术。目前，大吨位浮法玻璃生产线技术、富氧助燃、熔窑全保温、余热低温发电、烟气脱硫等技术已日趋成熟，并将在整个行业得到广泛推广应用。随着技术创新在高端领域的拓展和节能减排技术的广泛推广应用，“洛阳浮法玻璃工艺”技术的水平将会有大的提升。
2.国内浮法玻璃生产线烟气利用和治理的现状
　　2.1燃料结构及烟气分析
　　2.1.1目前使用的主要燃料及其燃烧特性
　　国内浮法玻璃生产线目前主要使用重油、天然气、煤制气等几种燃料，其主要质量指标和燃烧特性如下：
　 今年来某些厂采用两段式发生炉煤气，其主要特点是煤气热值有所提高，但总的含硫量变化不大。
　　2.1.2烟气分析
　　根据目前国内浮法玻璃行业的生产规模及使用的燃料情况，排气温度大多在400～500℃。烟气中的主要污染物为SOx和NOx，其含量随使用的燃料不同而相差较大。对于天然气和煤制气而言，因燃料中本身硫含量极少，烟气排放浓度大多能满足环保要求；而以重油为燃料的生产线，脱硫脱氮等环保减排压力极大。
　　这是国内某厂900t／d浮法生产线烟气标定结果。
　　2.1.2.1国内烟气利用现状
　　国内烟气余热回收大部分采用余热锅炉，生产0.4～0.8MPa的饱和蒸汽。但是由于季节、地域和生产用汽情况的不同，回收利用的效果很不理想。
　　而采用天然气为燃料的南方企业，由于生产用汽量的减少，某些企业的余热基本不利用，直接排放。
　　由表3可以看出，浮法玻璃企业所排放的烟气，有大量的可供回收利用的余热并未得到充分的利用。不但给环境造成了一定的热污染，对企业而言，经济上的浪费也是显而易见的。
　　2.1.2.2烟气脱硫治理现状
　　就玻璃工业而言，在大气污染方面的污染物是玻璃窑炉烟气中的二氧化硫、氮氧化物及粉尘，其中主要是二氧化硫。对玻璃窑炉烟气进行脱硫除尘一体化的综合治理，是我国玻璃行业执行环保标准，实施清洁生产的重中之重。
　　我国玻璃生产线数量很多，而配备脱硫装置的很少，玻璃窑炉烟气未经脱硫处理直接排放，对大气造成的污染已日益引起国家和地方政府环保部门的重视，对玻璃窑炉烟气进行脱硫除尘治理，使之符合环保要求达标排放已是刻不容缓。而目前可供选择使用的烟气脱硫技术(FGD)繁杂，适用的场合和要求也各有不同，因此在选择烟气脱硫工艺时应结合当地的实际情况和具体要求来统筹考虑。
3.余热发电装备技术的应用
　　随着国内余热利用系统的完善和低参数余热锅炉及汽轮机的渐趋成熟和效率的提高，国产装备的纯中、低温余热电站也进入了成熟阶段，全国产化的水泥余热电站可回收利用窑头窑尾废热的三分之一，每吨熟料发电量达到36°以上，解决了水泥生产用电35％；同先进发达国家的技术指标正在逐步缩小；浮法玻璃生产线目前只有一套我们设计成套的余热电站正在调试。玻璃行业的余热利用仍大有潜力可挖。
　　玻璃工业的余热发电刚刚起步。玻璃熔窑的废气特点是含碱较高，黏附性较强，锅炉清灰不易。应充分吸取其他行业余热锅炉的设计制造经验，开发研制适用于500吨以上玻璃生产线的专用发电余热锅炉及技术方案。
　　3.1方案中考虑的几个问题
　　3.1.1关于废气量的分配问题
　　废气量按最小、****两种方式考虑。其一，最小方式：自旋转阀门排出的总废气量中，我们考虑90％进换热设备，10％由旁通烟道直排进入烟囱，直排废气与换热设备排出的废气在烟囱处混合后的温度为200～220℃，为将来废气脱硫创造条件，按此方式，正常运行时，旁通烟道阀门应关闭，其直排进入烟囱的废气仅应为阀门漏流量，但为适应窑的运行，我们设计考虑漏流量为总废气量的10％；其二，****方式：自旋转阀门排出的总废气量全部进换热设备，由于余热锅炉设置引风机后，直排烟道也处于负压状态，通过直排烟道直接进人烟囱的废气量不但不会有，如果直排烟道关闭阀不严，反而回反漏风，因此，我们认为按此****方式确定为设计工况是符合实际的。
　　3.1.2关于换热设备结构型式及清灰问题
　　我们不主张采用热管式换热设备(热管式换热设备由于有大的换热阻力及温差，锅炉金属重量增加，不易清灰)，设计方案中确定：换热设备全部采用立式结构，受热面采用光管及肋片管组合方式、锅炉采用自然循环。
　　这种方式，其一：废气温度分布与换热设备内汽水温度分布相吻合，不存在换热死角；其二，可以将各受热面设计为小组合(每组受热面面积很小，某组受热面漏水汽时可以不停炉将其自换热设备内解 出)以便于电站不待机处理漏水汽事故；其三，不易集灰，集灰后易清除(这与热管锅炉及其它锅炉采用的螺旋翅片管有本质的区别)；其四，按上述结构方式，锅炉采用普通声波或燃气脉冲吹灰器即可(螺旋翅片管则不能用此种吹灰设备，即便使用，其清灰存在死角，效果不好)。
　　3.1.3关于工业用汽问题
　　考虑到玻璃生产线原有工业炉需拆除，其余热将被用来发电，在冬季时全厂工业用汽量会有不足。本发电工程在汽轮机选型上，考虑一抽汽压力为0.4 MPa的非调抽汽口，这样可以****限度的利用余热发电同时又可满足全厂工业用汽的要求。
　　3.2技术方案(以两条500吨玻璃线发电工程为例)
　　汽轮机凝结水经凝结水泵送入除氧器，再经锅炉水泵为废气换热器提供给水，二台废气换热器生产的1.47MPa的过热蒸汽汇合在一起进入汽轮机用于发电。汽轮机做功后的乏汽通过冷凝器冷凝成水，经凝结水泵送入除氧器，从而形成完整的热力循环系统。
4.烟气脱硫治理技术的应用
　　4.1脱硫工艺的选择
　　目前世界上烟气脱硫技术(FGD)有上百种，具有实用价值的工艺仅十几种，分别适应不同的场合和要求。以下是几种脱硫技术的比较：
　　4.1.1干法
　　干法脱硫是在无液相介入的完全干燥状态下进行脱硫的，脱硫产物为干粉状。干法常用的有炉内喷钙(石灰／石灰石)，金属吸收等。干法脱硫属传统工艺，脱硫率普遍不高(<50％)，工业应用较少。
　　4.1.2半干法
　　半干法脱硫是利用烟气显热蒸发脱硫浆液中的水份，同时在干燥过程中，脱硫剂与烟气中的SO2发生反应，并使最终产物为干粉状。由于该方法加入系统的脱硫剂是湿的，而从系统出来的脱硫产物是干的，故称之为半干法。半干法使用较多的有喷雾干燥法烟气脱硫、循环流化床烟气脱硫(CFB-FGD)和增湿灰循环烟气脱硫(NID法)等。采用半干法脱硫时，脱硫剂的利用率低，脱硫效率也不高，故而应用也不是很多。
　　4.1.3湿法
　　湿法脱硫为目前使用范围最广的脱硫方法，占脱硫总量的80％以上。湿法脱硫根据脱硫的原料不同又可分为石灰石／石灰法、氨法、钠碱法、双碱法、金属氧化物法等。其中石灰石／石灰法、氨法、钠碱法、双碱法以及金属氧化物中的氧化镁法使用较为普遍。
　　(1)石灰石／石灰法
　　石灰石法采用200～300目大小的石灰石粉，将其制成石灰石浆液，在吸收塔内通过喷淋雾化使其与烟气接触，从而达到脱硫的目的。该工艺需配备石灰石粉碎系统与石灰石粉化浆系统，由于石灰石活性较低，需通过增大吸收液的喷淋量，提高液气比，来保证足够的脱硫效率，因此运行费用较高。石灰法是用石灰粉代替石灰石，石灰活性大大高于石灰石，可提高脱硫效率，石灰法主要存在的问题是塔内容易结垢，引起气液接触器(喷头或塔板)的堵塞。
　　(2)钠碱法
　　钠碱法采用碳酸钠或氢氧化钠等碱性物质吸收烟气中的SO2，并可副产高浓度SO2气体或Na2SO3，它具有吸收剂不挥发、溶解度大、活性高、吸收系统不堵塞等优点，适合于烟气S02浓度比较高的废气S02吸收处理。但也存在副产回收困难、投资较高、运行费用高等缺点。
　　(3)氨法
　　氨法采用氨水作为SO2的吸收剂，SO2与NH3反应可产生亚硫酸氨、亚硫酸氢氨与部分因氧化而产生的硫酸氨。根据吸收液再生方法的不同，氨法可分为氨-酸法、氨-亚硫酸氨法和氨-硫酸氨法。
　　氨法主要优点是脱硫效率高(与钠碱法相同)，副产物可作为农业肥料。
　　由于氨易挥发，使吸收剂消耗量增加，脱硫剂利用率不高；脱硫对氨水的浓度有一定的要求，若氨水浓度太低，不仅影响脱硫效率，而且水循环系统庞大，使运行费用增大；浓度增大，势必导致蒸发量的增大，对工作环境产生影响，而且氨易与净化后烟气中的SO2反应，形成气溶胶，使得烟气无法达标排放。
　　氨法的回收过程也是较为困难的，投资费用较高，需配备制酸系统或结晶回收装置(需配备中和器、结晶器、脱水机、干燥机等)，系统复杂，设备繁多，管理维护要求高。
　　(4)金属氧化物法
　　常用的金属氧化物法是氧化镁法。氧化镁与SO2反应得到亚硫酸镁与硫酸镁，它们通过煅烧可重新分解出氧化镁，同时回收较纯净的SO2气体，脱硫剂可循环使用。由于氧化镁活性比石灰高，故而脱硫效率也较石灰法高。它的缺点是氧化镁回收过程需煅烧，工艺较复杂，但若直接采用抛弃法，镁盐会导致二次污染，总体运行费用也较高。
　　(5)双碱法
　　双碱法(Na2CO3／Ca(OH)2)是在石灰法基础上结合钠碱法，利用钠盐易溶于水，在吸收塔内部采用钠碱吸收SO2，吸收后的脱硫液在再生池内利用廉价的石灰进行再生，从而使得钠离子循环吸收利用。该工艺综合石灰法与钠碱法的特点，解决了石灰法的塔内易结垢的问题，又具备钠碱法吸收效率高的优点。
　　脱硫副产物为亚硫酸钙或硫酸钙(氧化后)，亚硫酸钙配以合成树脂可生产一种称为钙塑的新型复合材料；或将其氧化后制成石膏；或者直接将其与粉煤灰混合，可增加粉煤灰的塑性，增加粉煤灰作为铺路底层垫层材料的强度。与氧化镁法相比，钙盐不具污染性，因此不产生废渣二次污染。
　　目前湿法脱硫技术应用广泛，占有全世界FGD装置总量的85％以上。其中双碱法由于脱硫工艺简单，运行稳定性好，脱硫效率高，脱硫成本低，适合我国国情，因而在我国应用较为广泛。结合玻璃窑烟气治理的的具体情况，从工艺成熟性、系统稳定性、工程投资、运行费用等方面综合考虑，选择采用双碱法脱硫工艺。
　　4.2旋流板塔技术简介
　　旋流板塔是一种高效通用型的传质设备，由于特殊的内部结构设计，使其具有负荷高、压降低、不易堵、操作弹性宽等优点，在综合性能上优于其它设备，适用于快速吸收过程。用于湿法烟气脱硫时，具有很高的脱硫效率；同时，旋流板塔还具有良好的除尘性能，可实现对烟气的脱硫除尘一体化处理。
　　旋流板塔内安装有旋流板和除雾板。含SO2的烟气从下部切向进入旋流板塔，并在旋流板的导向作用下，螺旋上升；脱硫液从塔上部进入，逐级下流；烟气在旋流板上与脱硫液逆向对流接触，将旋流板上的脱硫液雾化，形成良好的雾化吸收区；烟气与脱硫液中的碱性脱硫剂在雾化区内充分接触反应，完成烟气的脱硫吸收。经脱硫后的烟气通过塔顶的除雾板，本身的旋转作用与旋流除雾板的导向作用，产生强大的离心作用，除去烟气中的液滴，最后由装在塔顶上的排烟管直接排放。由于塔内提供了理想的气液接触条件，气液间接触面积巨大，气体中的SO2被碱性脱硫剂吸收的效果好，脱硫效率高。
　　除脱硫功能外，旋流板塔还具有良好的除尘功能。当烟气高速通过旋流塔板时，叶片上的吸收液被吹成很小的雾滴，尘粒、吸收液和雾滴相互之间在碰撞、拦截、布朗运动等机理的作用下，粒子间发生碰撞，粒径不断增大。同时高温烟气向液体传热时，尘粒被降温，使水气凝结在粒子表面，粒子质量也随之增大，在旋流塔板的导向作用下，旋转运动加剧，产生强大的离心力，粉尘很容易从烟气中脱离出来被甩向塔壁，在重力作用下流向塔底，实现气固分离。
　　对于烟气中那些微细尘粒在通过一级塔板后不可能全部被捕集，还有一定数量的尘粒逸出，当其通过多层塔板后，微细尘粒凝并，质量不断增大后被捕集、分离，从而达到****除尘效果。
　　4.3 “双碱法——旋流板塔”脱硫除尘一体化技术优势及应用前景
　　玻璃窑炉烟气的主要特点是：烟气温度高、烟气流量适中、烟气中SO2的含量较高、粉尘的含量较低，在进行烟气治理的工程设计时，要求脱硫效率高，还要有一定的除尘效率；投资费用省，脱硫成本低；占地面积要小；工艺要成熟，运行稳定可靠，避免对玻璃窑炉的窑压产生不利的影响。
　　实践证明，“双碱法——旋流板塔”湿法脱硫除尘一体化技术具有“双高双低”的突出优势，即脱硫除尘效率高(脱硫效率≥95％，除尘效率≥99％)，系统运行可靠性高，投资费用低，运行费用低。该技术比较适合我国国情，已广泛用于220t／h、130t／h、75t／h、35t／h等各种规模锅炉烟气和工业窑炉烟气的脱硫除尘治理，在玻璃窑炉的烟气治理中也有成功的应用。
　　总之，针对玻璃窑炉烟气治理的特殊要求，从综合性能上比选，采用“双碱法——旋流板塔”脱硫除尘一体化技术最为适合。该技术能较好地满足对玻璃窑炉烟气治理的各种需要，宜作为玻璃窑炉烟气治理的****技术。
5.结论
　　通过中低温烟气余热发电技术和双碱法脱硫技术对浮法玻璃熔窑烟气进行治理和利用是完全符合国家节能环保政策、技术可行、经济合理的。两项技术相辅相成：一方面通过余热利用降低了烟气的温度，为脱硫治理提供了一定的条件；另一方面余热发电的经济效益可观，为烟气治理提供了资金保障。是一项值得研究发展，并加以推广的实用技术。