日用玻璃行业窑炉烟气治理技术与工程实例

宁可，孙晓峰，陈达，高山

（北京市科学技术研究院资源环境研究所，北京 100012）

1 日用玻璃行业窑炉烟气特点

（1）烟气成分复杂，烟气中除含有颗粒物、二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）外，根据原料配方的不同，通常还会含有氯化氢（HCl）、氟化物和少量重金属等污染物。根据行业调研情况，日用玻璃企业大多采用天然气、发生炉煤气、煤焦油、天然气和石油焦作为窑炉燃料，不同燃料类型日用玻璃窑炉烟气污染物初始排放浓度见表1。

表1 不同燃料类型日用玻璃窑炉烟气污染物初始排放浓度

（2）排烟高温高热，最高可达400℃—500℃，窑炉排放的烟气带走了燃料燃烧产生的35%—40%热量[1]。

（3）采用换向燃烧方式，烟气流量和浓度不稳定，波动大。

（4）烟气中碱金属含量高，选择性催化还原（SCR）脱硝催化剂易中毒[2]。

2 典型烟气治理技术

2.1 颗粒物治理技术

日用玻璃行业烟气粉尘浓度高、粒度小，含尘量随燃料的不同而不同，可采用的除尘技术包括静电除尘、湿式电除尘和袋式除尘等。此外，金属纤维滤袋除尘和陶瓷纤维滤管除尘等除尘新技术也已经在部分日用玻璃生产企业中得到成功应用，取得了良好的处理效果。

静电除尘技术一般用于烟气脱硝前颗粒物的预处理，以保证后续脱硝系统的稳定运行。湿式电除尘技术可用于窑炉烟气湿法脱硫后的进一步除尘，以解决湿法脱硫烟气携带“石膏雨”、次生颗粒等问题。

日用玻璃行业应用最多的除尘技术是袋式除尘技术，但受布袋材质的影响，其对入口温度要求较为严格，一般要求烟气温度低于250℃，否则容易引起烧袋、过滤失效等问题，烟气温度高于250℃时，需在袋式除尘器前加装余热锅炉等降温设施，以保证袋式除尘器的稳定运行。金属纤维滤袋除尘的出现有效避免了因高温烧袋而造成的除尘器失效问题[3]，微米级金属纤维烧结而成的滤袋能处理温度最高达600℃的含尘气体。

陶瓷纤维滤管除尘作为一种新型的除尘技术，通常和干法脱硫、SCR 脱硝技术复合使用，可起到同步除尘、脱硫、脱硝的目的。该技术可大大减少除尘设备的占地面积，同时陶瓷纤维滤管的复合结构避免了布袋的挠性，除尘效果更优，没有糊袋隐患，使用寿命可达8—10 年，大大优于传统滤袋。

2.2 SO2 治理技术

日用玻璃烟气窑炉可考虑的脱硫技术包括干法、半干法和湿法三大类，应优先考虑使用干法和半干法脱硫技术。干法脱硫技术包括钠基干法脱硫和钙基干法脱硫，半干法脱硫技术可采用烟气循环流化床法（CFB）和新型一体化烟气脱硫技术（NID），湿法脱硫技术主要采用石灰石/石灰-石膏法。

干法脱硫采用粉状或粒状吸收剂来脱除烟气中的SO2，吸收剂通常采用钠基（NaHCO3）或钙基（消石灰），其特点是处理后的烟气温度降低很少，烟气湿度没有增加，有利于烟囱的排气扩散，同时在烟囱附近不会出现雨雾现象。但是干法脱硫时脱硫剂对SO2的吸附或吸收速度较慢，脱硫效率较湿法脱硫要低一些。

主流的半干法脱硫技术除CFB 和NID 外，还有喷雾干燥技术（SDA），但是目前SDA 在日用玻璃窑炉中成功应用的案例较少，因此不作为推荐的脱硫技术，CFB 和NID 在日用玻璃行业都有较多的应用案例，而且能够实现长期稳定运行。

湿法脱硫技术以石灰石/石灰-石膏法应用最为普遍，采用液体吸收剂洗涤烟气达到去除SO2的目的，脱硫反应速率快，湿法脱硫效率高，但是湿法脱硫系统复杂，运行中易出现由于处理不当而腐蚀、结垢、脱硫效率降低、二次污染等问题，在日用玻璃烟气治理中的应用逐渐减少。

不同脱硫技术对比情况见表2。

表2 不同脱硫技术在日用玻璃行业中的应用对比

2.3 NOx 治理技术

除了采用全氧燃烧的窑炉可以考虑利用选择性非催化还原（SNCR）技术进行烟气脱硝外，其他类型日用玻璃的烟气脱硝应使用SCR 技术。

SCR 是目前最成熟的烟气脱硝技术，结合静电除尘器，可满足各种燃料类型日用玻璃窑炉NOx的长期稳定达标排放，目前已开发出适用于日用玻璃窑炉烟气脱硝中低温环境的脱硝催化剂，低温催化剂入口烟气温度控制在220℃—320℃，中温催化剂入口烟气温度控制在320℃—400℃。需要注意的是，采用低温脱硝技术时，脱硝反应器入口SO2浓度一般不能超过50mg/m3，主要是因为采用低温脱硝催化剂脱硝时，含有硫氧化物（SOx）的低温烟气中的三氧化硫（SO3）会与还原剂发生反应，生成具有黏稠性的物质（硫酸铵/硫酸氢铵），该物质在烟气中的露点温度约为300℃，其附着在催化剂表面会导致催化剂失效[4]。

SNCR 的反应温度通常在900℃—1200℃，对于大部分使用马蹄焰炉的日用玻璃生产企业而言，烟气脱硝反应需在蓄热室里进行才能达到此温度。由于普通蓄热室的格子体顶部温度普遍超过1350℃，格子体通常又用筒形砖或十字形砖摆砌，格孔之间基本相互隔绝，因此在低于格子体顶面温度的部位很难向蓄热室内均布添加氨水，故在玻璃行业中很少被采用。采用全氧燃烧的日用玻璃窑炉取消了蓄热室结构，可直接在垂直烟道内进行脱硝反应，而且全氧燃烧炉的NOx排放远低于马蹄焰炉[5]，一般低于700mg/m3，因此可选用SNCR 进行烟气脱硝，SNCR 应用于日用玻璃窑炉脱硝的去除效率通常在40%左右。

3 烟气治理工艺路线及工程应用实例

3.1 工艺路线

日用玻璃生产企业应根据其使用的燃料类型、烟气参数（烟气量、污染物浓度、烟气温度）等选用不同的烟气治理技术组合工艺，日用玻璃行业可采用的治理工艺路线如下：

工艺路线一：中温SCR 脱硝+余热锅炉+干法脱硫+布袋除尘

该方法适用于处理烟气温度为320℃—400℃，使用天然气、发生炉煤气和煤焦油为燃料的玻璃窑炉。

某玻璃瓶生产企业采用上述工艺路线治理窑炉烟气，窑炉使用的燃料为二段煤气发生炉生产的热煤气，处理风量为60 000m3/h，烟气首先进入中温SCR脱硝系统进行脱硝，脱硝温度控制在280℃左右，脱硝后的烟气进入余热锅炉回收烟气中的余热，同时使进入脱硫系统中的烟气处于最佳脱硫反应温度区间内，干法脱硫剂使用的是NaHCO3，最后烟气经布袋除尘后可达标排放。处理前后的烟气污染物年平均排放情况见表3。

表3 工艺路线一的污染物排放数据

工艺路线二：干法脱硫+布袋除尘+低温脱硝

该方法适用于处理烟气温度为220℃—320℃，使用天然气、发生炉煤气和煤焦油为燃料的玻璃窑炉，由于烟气温度较低，不适宜采用中温脱硝，同时为保证低温脱硝催化剂不受SOx的影响，故而采用低温脱硝后置的处理技术。

某啤酒瓶生产企业采用上述工艺路线治理窑炉烟气，窑炉使用的燃料为二段煤气发生炉生产的热煤气，处理风量为61 320m3/h，干法脱硫剂为NaHCO3，布袋进口烟气温度不高于250℃，进入SCR 脱硝系统的烟气入口温度控制在220℃以下，该企业烟气处理系统可连续、稳定、达标排放。处理前后的烟气污染物年平均排放情况见表4。

表4 工艺路线二的污染物排放数据

工艺路线三：烟气调质+静电除尘+中温SCR脱硝+余热回收+湿法脱硫+湿式电除尘

该方法适用于处理烟气温度为320℃—400℃、使用石油焦为燃料的玻璃窑炉。当使用石油焦作为燃料时，烟气中会含有大量的黏性粉尘，烟气具有高温、高腐蚀性等特点，不宜直接进行脱硝反应，通过设置静电除尘的预处理装置（入口设置烟气调质单元）来降低烟气中的颗粒物含量，从而保证SCR 脱硝系统的脱硝效率和催化剂的使用寿命。

某玻璃瓶生产企业采用上述工艺路线治理窑炉烟气，窑炉使用的燃料为低硫石油焦，处理风量为19 900m3/h，烟气调质阶段投加30%氢氧化钠（NaOH）溶液，烟气经处理后可稳定达标排放。处理前后的烟气污染物年平均排放情况见表5。

表5 工艺路线三的污染物排放数据

3.2 讨论

（1）不同燃料类型的玻璃窑炉应根据烟气特点选择是先进行脱硫除尘还是先进行脱硝，烟气温度决定了脱硝是采用中温催化剂还是低温催化剂。

（2）可将工艺路线一和工艺路线二中的布袋除尘更换为金属纤维滤袋除尘或陶瓷纤维滤管除尘，颗粒物排放浓度可达到更低的排放要求，可低于10mg/m3。

（3）不同处理工艺路线烟气治理设备投资和运行成本对比情况见表6。工艺路线三的流程最复杂，其初期投资最高，运行成本也最高，因此除石油焦外，其他类型燃料日用玻璃窑炉不推荐采用该工艺路线。

表6 不同处理工艺路线烟气治理设备投资和运行成本对比情况

（4）三种工艺路线均可保证烟气连续稳定达标排放，而且在日用玻璃行业均有成功应用案例，企业可根据自身实际情况，选择不同的工艺路线。

4 结语

随着各地工业窑炉污染物排放标准的颁布实施，日用玻璃企业将面临更严格的环保挑战。随着以NaHCO3为主的干法脱硫工艺、金属纤维滤袋除尘和陶瓷纤维滤管除尘等新除尘技术的使用，以及低温催化剂价格的不断降低，日用玻璃行业企业完全可以做到达标排放甚至达到超低排放标准。从工程应用实践角度来说，做好各项环保设备的日常维护和运行管理，对日用玻璃生产企业同样重要。