玻璃熔窑烟气除尘、脱硫、脱硝协同治理技术的筛选与评估*

周 荣 胡荣祥 吴 建 朱 俊 袁海英

(1.浙江省生态环境科学设计研究院,浙江 杭州 310007；2.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020；3.衢州市清泰环境工程有限公司，浙江 衢州 324000)

我国有很多玻璃工业生产线，而玻璃熔窑烟气的单位质量污染物排放量比燃煤电厂高出数倍，因此玻璃工业已是目前工业炉窑大气污染防控的重点[1]。我国已分别于2011、2013年发布施行平板玻璃[2]、电子玻璃[3]工业大气污染物排放标准，都要求新建企业玻璃熔窑颗粒物(PM)、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)排放质量浓度分别小于50、400、700 mg/m3。2015年发布了日用玻璃、玻璃纤维及制品大气污染物排放标准征求意见稿[4]，2017年又对平板玻璃工业大气污染物排放标准修改征求意见[5]，针对重点地区导向性地增加PM、SO2、NOx特别排放限值。2020年发布《玻璃工业大气污染物排放标准(征求意见稿)》[6]，将平板玻璃、电子玻璃、日用玻璃、玻璃纤维及制品4项标准合而为一，将PM、SO2、NOx特别排放限值收严到20、100、300(玻璃制品400) mg/m3。在国家标准不断收严的同时，地方标准收严进度更快、幅度更大，河南省[7]、天津市[8]、重庆市[9]、山东省[10]、广东省[11]、河北省[12]等先后发布地方标准，目前最严格的是河北省的《平板玻璃工业大气污染物超低排放标准》(DB 13/2168—2020)，PM、SO2、NOx排放限值分别为10、50、200 mg/m3。

由于玻璃工业涉及的产品类型、燃料类型、熔窑类型较多，加上地方标准不一，导致现行玻璃熔窑烟气治理技术和排放水平参差不齐。针对不同的标准体系，对适合各地标准发展的玻璃熔窑治理技术开展评估势在必行。

目前，燃煤电厂烟气治理技术的评估较多[13]，并已逐步拓展到垃圾焚烧烟气中二噁英控制等领域[14]，但玻璃熔窑烟气治理技术的评估尚未系统开展。梁博隆[15]建立了一套玻璃工业烟气脱硝技术的评估方法，存在的问题是：(1)仅选取了选择性非催化还原脱硝(SNCR)、选择性催化还原脱硝(SCR)和SNCR/SCR联用3种末端控制的脱硝技术进行评估，未考虑玻璃生产工艺的特殊性；(2)未将除尘、脱硫同时考虑进去。

因此，本研究基于现行标准发展趋势，通过综合考虑环境、经济和技术因素对玻璃熔窑烟气除尘、脱硫、脱硝协同治理技术进行筛选，以期为玻璃生产企业推进大气污染物的深度控制提供参考。

1 评价方法

参照我国燃煤电厂大气汞控制技术综合评估的步骤[16]对玻璃熔窑烟气协同治理技术进行评价。

1.1 待评价技术筛选

玻璃熔窑烟气具有温度高、成分复杂且污染物浓度高等特点。受原料、燃料和熔窑工况3重因素的综合影响，玻璃熔窑又会造成烟气中PM、SO2、NOx浓度剧烈变化。

参考《玻璃工业大气污染物排放标准(征求意见稿)》的编制说明中建立的预防技术+治理技术模式，考虑到预防技术的原料控制脱硫技术实际上也是治理技术，而能源类型又是预防技术的重点，因此本研究将治理技术的模式调整为能源+治理技术。能源按洁净程度可分为清洁能源、中等污染能源和传统重污染能源，其中清洁能源又分为电能和天然气，中等污染能源主要是煤制气(包括发生炉煤气和焦炉煤气)。电能熔窑的各类污染物排放浓度都较低，原料控制脱硫技术的基础上无需另加其他治理技术；天然气熔窑的PM和SO2排放浓度较低，但NOx排放浓度较高[17-18]，重点需要配套脱硝技术；煤制气熔窑或传统重污染能源熔窑的各类污染物排放浓度都较高[19]，需全面配套PM、SO2、NOx治理技术。本研究筛选了8种不同能源类型的典型协同治理技术(见表1)，各协同治理技术是从全流程上对PM、SO2、NOx进行协同治理。

表1 筛选的典型协同治理技术

1.2 评价指标体系

借鉴火电行业除尘、脱硫、脱硝技术评估的指标体系，结合玻璃工业的燃料特征、原料特征、烟气特征和治理技术的特点，构建了由环境指标、经济指标和技术指标3个一级指标组成的评价指标体系(见表2)。

表2 评价指标及其权重

评价指标权重首先通过专家打分取平均得到各三级指标的权重，专家共有15位，包括烟气治理技术研发与评估专家5位、玻璃工艺及熔窑设计专家5位、玻璃生产企业技术专家5位。然后构建判断矩阵[20-21]。再利用基于层次分析(AHP)的模糊综合评价法[22-23]对指标权重多层次分析，以消除主观影响。最终的三级指标权重列于表2，上一级的指标权重由下一级的各指标权重加和得到。

1.3 评价指标打分

参考文献[12]的方法，由评价指标权重打分的专家对所选的典型协同治理技术进行每项三级指标的打分，15个专家的打分取平均值，分值范围为[0,1]，分值越大越好，最终打分结果见表3。

表3 典型协同治理技术的打分结果

2 评价结果与讨论

2.1 综合评估结果

参考文献[21]，根据三级指标最终打分结果和权重进行加权求和分别得到一级指标得分和综合得分(见表4)。

表4 典型协同治理技术的综合评估结果

由表4可见，各治理技术的综合得分表现为T1>T4>T3>T2>T7>T6>T5>T8，其中T1的综合得分达到0.667 8，是玻璃熔窑烟气治理技术中PM、SO2、NOx协同控制最佳的技术。T8综合得分最低，主要是因为使用了SNCR，该技术在玻璃行业应用较少，实现NOx超低排放的稳定性和可靠性不足，只能适合用于能源结构和原料结构较优、初始NOx浓度较低的玻璃纤维熔窑，下面不再对其进行权重敏感性分析。

总体而言，使用电能、天然气等清洁能源，能从源头上减少NOx的生成，且电能窑炉和纯氧燃烧还可以解决换火的问题，综合性能较好。

2.2 权重敏感性分析

由于决策对宏观的环境指标、经济指标和技术指标会有调整，因此有必要对调整指标权重进行敏感性分析。根据行业经验，重点考虑环境指标时将环境指标、经济指标和技术指标权重分别调整为0.6、0.2、0.2，重点考虑经济指标时将环境指标、经济指标和技术指标权重分别调整为0.2、0.6、0.2，重点考虑技术指标时将环境指标、经济指标和技术指标权重分别调整为0.2、0.2、0.6。各二级和三级指标权重按表2中的权重比例进行调整，结果见图1。

图1 权重敏感性分析结果Fig.1 Weight sensibility analysis result

由图1(a)可见，重点考虑环境指标时，T1综合得分最高，对环境最友好，与2.1节当前的实际综合评估结果一致，说明当前的实际综合评估非常重视环境指标，玻璃熔窑采用清洁能源的电能替代是倡导方向，使用电能作为能源，无明火，PM、SO2只有原料本身产生，NOx的排放浓度也极低。由图1(b)可见，重点考虑经济指标时，T4综合得分最高，为最经济治理技术，该技术使用的能源为天然气，也属于清洁能源，纯氧燃烧又可以大幅削减烟气排放量，且无需配套SCR，因此成本大幅削减，其环境指标得分也不低。由图1(c)可见，重点考虑技术指标时，T1综合得分最高，T4与T1相差不大。

综合分析图1，T1和T4的综合得分都明显高于其他治理技术，这两种治理技术都使用了清洁能源，重点考虑经济指标时T4综合得分略高于T1，而重点考虑环境指标和技术指标时T1综合得分略高于T4。对于新建玻璃熔窑，通常环境指标和技术指标需重点考虑。同样使用清洁能源天然气的T2和T3综合得分比T1和T4低，是因为T2配套了SCR，并辅以静电除尘，T3的复合陶瓷滤筒除尘脱硝一体化技术，实际也包含了SCR和除尘技术，T2、T3所包含的SCR存在着成本高、催化剂堵塞、废弃催化剂造成二次污染等问题，但对脱硝有特殊要求时就得从T2和T3中进行选择。重点考虑环境指标和技术指标时T3优于T2，但是重点考虑经济指标时，T2优于T3，T3的经济成本较高主要是因为陶瓷滤筒作为新产品价格较贵，而且陶瓷滤筒比较复杂，建设运行费用也高。

目前国内的现状是玻璃熔窑仍以非清洁能源为主导。T5、T6、T7使用的均是非清洁能源，而且均配套了SCR进行脱硝。由2.1节可知，T5、T6、T7与使用清洁能源且配套SCR的T2综合得分差不多。在重点考虑环境指标时，T5的综合得分略高于T6和T7，且其环境指标得分明显高于T6和T7；在重点考虑经济指标时，T5的综合得分明显低于T6和T7，说明T5的经济性较差，而T6和T7的差别不大；在重点考虑技术指标时，T5综合得分低于T6和T7，但其技术指标得分只是略低于T6和T7，呈基本持平的水平，说明T5技术上并没有太多瑕疵。

3 结论和建议

(1) 玻璃熔窑烟气除尘、脱硫、脱硝协同治理技术的综合得分表现为T1>T4>T3>T2>T7>T6>T5>T8，使用电能、天然气等清洁能源，能从源头上减少NOx的生成，综合性能较好。

(2) 使用清洁能源的玻璃熔窑，特别是新建玻璃熔窑，重点考虑经济指标时推荐选择T4，重点考虑环境指标和技术指标时推荐选择T1；若脱硝有特殊要求，重点考虑环境指标和技术指标时推荐选择T3，重点考虑经济指标时推荐选择T2。

(3) 对于现阶段以非清洁能源为主导的玻璃熔窑，重点考虑环境指标时推荐选择T5；重点考虑经济指标时推荐选择T6或T7；重点考虑技术指标时优先考虑T6或T7，也可考虑T5。