玻璃行业废气治理技术发展与现状

卢澄宇 张洪伟

(1.四川天马玻璃有限公司，四川遂宁，629209；2.四川大学建筑与环境学院，四川成都，610065)

1 玻璃行业概述

随着我国科学技术的发展，工业生产水平得到很大提升，但同时也导致了污染物排放的加剧，由此带来诸多环境污染问题，如雾霾、酸雨等环境自然灾害频发。已成为政府和公众百姓关注的焦点。玻璃生产行业是我国重要工业的组成部分，截至2010年，我国平板玻璃的产量就已达到6亿重量箱以上，居全球第一，其占全球产量的50%以上[1]。

根据玻璃生产工艺，其生产过程中会产生一系列特征污染物，直接排入大气环境中将会对环境和人民生活造成极大的影响。针对玻璃生产工业排放的大气污染物，国家先后于2011年和2013年分别发布《平板玻璃工业大气污染物排放标准》和《电子玻璃工业大气污染物排放标准》。其中针对颗粒物、氮氧化物及二氧化硫等污染物的排放以及相应的环保管理提出了更高的要求。在这类排放标准制定之前，相应的烟气治理技术研究及应用相对不足，根据调查，在全国200多家平板玻璃生产企业中，仅有不到5%的生产企业安装有脱硫、除尘等烟气治理设施[2]，绝大部分企业并未对生产过程中产生的废气进行有效处理。因此，对玻璃行业产生废气进行净化处理，开展该行业废气治理设施设备研究，使其达标稳定排放，对实现我国污染物控制意义重大。

2 烟气特性

根据玻璃的工艺特性，生产过程中常采用石油焦粉、重油、天然气和煤制气等作为燃料[3]。具体由于生产规模和燃料使用情况的不同，其熔窑的排烟温度大约在400—550℃。其后段多配备预热利用系统进行热交换，后烟气温度降至约180—250℃[4-5]。而由于玻璃生产具有定时换火的特点，其烟气流量和污染物浓度往往不稳定，波动范围大。烟气成分复杂，除颗粒物、二氧化硫和氮氧化物外，还含有少量重金属元素、氟化物以及氯化氢气体等[6]。

玻璃工业排放烟气中由于燃料种类、基本性质、配比等条件的不同，二氧化硫的浓度约为500—3000mg/Nm3，氮氧化物的浓度约为1200—3000mg/Nm3，而颗粒物浓度约为300—1200mg/Nm3。均远远超出国家制定的污染物排放标准中所对应的浓度限值。

具体而言，烟气中颗粒物主要来源于加料、熔炉以及燃料燃烧等部分。烟气颗粒物往往浓度高、颗粒小。且由于使用燃料和配料中纯碱、芒硝等浓度差异明显[1,6]，还会导致烟尘具有更强的粘附性和腐蚀性[7]。而对二氧化硫等气态污染物，为防止生产过程中窑砖受热过高，其喷火装置会定期进行火焰换向操作，其中涉及火焰骤停和为维持窑内温度而大量增加燃料等步骤，这将导致二氧化硫及氮氧化物等污染物浓度呈现出规律的不稳定排放[8]。

3 烟气综合治理技术

3.1 烟气除尘技术

对于烟气中颗粒物的去除，当前主流的方法包括重力除尘器、旋风除尘器、湿式除尘器和袋式除尘器等。由于玻璃生产行业烟气中烟尘具有浓度高、颗粒小、粘性大且具有腐蚀性等特点。重力除尘和旋风除尘等技术由于难以捕集0.1μm以下的小颗粒烟尘，并不适用于玻璃烟尘处理[9]；布袋除尘器通过布袋的过滤作用可以对烟气中小于0.3μm的颗粒物具有很高的去除效率，除尘效率可以达到99%，因此被广泛地使用于工业废气的处理中。但由于玻璃烟气温度较高(>200℃)，且具有一定腐蚀性，会导致设备损耗大、寿命较短，并不利于投入使用；湿式除尘器通过气液接触去除颗粒物，但存在管道腐蚀和污水污泥等问题，部分极端条件还需要考虑冻结等可能，因此也不适用于玻璃烟气的处理。

静电除尘是利用电场作用使气流中粉尘分离而产生的除尘设备，除尘效率高，且高温等恶劣条件对其除尘效果的影响较小。较适合于玻璃行业废气的除尘处理。也是当前欧洲国家大型玻璃炉窑广泛使用的除尘技术。如法国某浮法玻璃工程采用板式电除尘对250—300℃的废气进行处理，其重油燃烧产生的烟尘浓度可由350mg/Nm3降至50mg/Nm3以下；德国某480t/d规模的浮法玻璃工厂采用板式静电除尘可将60000Nm3/h风量的废气中烟尘浓度由150mg/Nm3降至10mg/Nm3，可见处理效果非常明显[1]。

3.2 烟气脱硫技术

在玻璃生产过程中，二氧化硫主要来自于重油、石油焦分和天然气等燃料的燃烧，其浓度与使用燃料的种类和数量有关。当前，由于不同的工业性质，广泛使用的烟气脱硫技术可以分为湿法、干法和半干法等。

湿法脱硫技术的脱硫率和吸收剂利用率相对较高，但存在易结垢、易腐蚀且有废水产生等缺点，往往很少使用于玻璃生产行业中。而干法虽无废水产生，但脱硫效果不佳、投资运行成本高等缺点同样限制了其在玻璃生产行业的应用。半干法工艺主要通过消石灰喷入反应器内，通过与烟气中的SO2充分接触，发生脱硫反应，后经除尘器得以捕集，具有工艺简单、投资小和运行稳定等优点，比较适合用于玻璃生产行业废气脱硫处理，也在锅炉、垃圾焚烧等行业广泛应用[9]。其主要反应包括：

(1)SO2反应方程式

SO2+H2O→H2SO3

(1)

2Ca(OH)2+H2SO3→CaSO3+2H2O

(2)

2CaSO3+O2→2CaSO4

(3)

(2)SO3反应方程式

SO3+H2O→H2SO4

(4)

Ca(OH)2+H2SO4→CaSO4+2H2O

(5)

3.3 烟气脱硝技术

对于烟气中氮氧化物的去除，当前主流的技术是采用选择性还原技术进行末端处理，根据脱硝反应的温度窗口和催化剂添加情况具体可以分为选择性催化还原技术(SCR)和选择性而非催化还原技术(SNCR)

3.3.1 选择性非催化还原技术(SNCR法)

该方法是指采用NH3或尿素等还原剂在一定温度条件下与烟气中的NOx反应，产生氮气和水蒸气，反应温度较高，通常需要达到950℃以上，其反应方程式为：

4NH3+6NO→5N2+6H2O

(6)

这种技术具有成本低、效果好的特点，经济性较好，但具体应用过程中由于需要较高的反应温度，故受到炉膛温度、湿度、烟气密度等条件的影响，因此也带来一定的局限性，限制了该项技术的应用。

3.3.2 选择性催化还原技术(SCR法)

选择性催化还原技术相比选择性非催化还原技术加入了催化剂，其反应过程中由于催化剂的作用使得反应温度窗口大幅降低，环境温度大约在280—420℃即可达到70%-98%的脱硝效率，且运行稳定，催化剂寿命也相对较长，通常可以达到2.6万小时，由此带来了广阔的应用范围，目前已在火电、锅炉等行业得到广泛应用。

SCR的核心就是脱硝催化剂，常见的催化剂以钒基、钛基催化剂为主，构成蜂窝状、波纹状等成型催化剂。随着近年来催化剂研发的深入和进步，SCR催化剂越来越向低温、抗硫、抗水、易再生和长寿命等更加优越的性质发展。如Li[10,11]等人通过对锰基二氧化钛材料的研究制备出的SCR催化剂可以在80—360℃表现出较好的催化活性和良好的抗水性能。如上特性相对而言较适合用于玻璃行业废气的脱硝处理。

4 结语

符合国家节能环保政策的要求是当前迫在眉睫的问题，随着国家《平板玻璃工业大气污染物排放标准》等一系列行业标准的全面执行和实施，政府对玻璃生产行业的废气污染物排放提出了更高的要求。而具体结合玻璃行业生产工艺特点所产生的烟气特征，通过对比当前广泛使用的烟气除尘、脱硫、脱硝技术等各项技术手段。我们认为，组合运用电除尘、半干法脱硫以及SCR法脱硝等一系列技术，能够有针对性地对玻璃行业产生的废气进行综合有效治理，使污染物达标并稳定排放。