玻璃窑炉烟气处理工艺探讨

2010-06-13蒙杰

科学之友 2010年10期

蒙杰

（南宁浮法玻璃有限责任公司，广西南宁 530031）

玻璃是一种历史悠久而又具有广阔发展前途的无机材料，主要分为平板玻璃和特种玻璃。改革开放初期，1978年中国平板玻璃总产量仅有1784万重箱，中国玻璃工业的跨越式发展，是在改革开放后30年里实现的，2008年全国平板玻璃产量达6.5亿重箱，产量5.74亿重箱，约占全球产量的50 %，我国玻璃产量已连续19年居世界第一。在能源结构方面，目前我国平板玻璃工厂所使用的燃料一般为重油，重油的含硫量按来源不同而变化较大。玻璃熔窑排放的烟气中含有硫氧化物和氮氧化物及烟尘等大气污染物。硫氧化物主要是二氧化硫，烟气中二氧化硫的排放浓度一般在500 mg/m3～3000 mg/m3，其浓度取决于所用燃料的种类及其含硫量、原料配料中芒硝的用量及燃料燃烧时生成的烟气量。通常，烟气中的二氧化硫排放浓度高于现行国家二级标准的要求。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，并提出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。在此背景下，中国平板玻璃工业面临着新的历史性抉择：对玻璃窑炉烟气进行脱硫除尘一体化的综合治理刻不容缓，是我国玻璃行业执行环保标准、实施清洁生产的重中之重。

1 玻璃生产及玻璃熔窑的特点

玻璃生产及玻璃熔窑的特点：①玻璃生产采用连续、不可间断的流水型生产方式；②玻璃窑炉是玻璃行业生产的心脏，是能源消耗的主要设备，目前我国正在运行的窑炉仍然以火焰炉为主，能耗水平较高（一般在300 kg～500 kg标煤/吨成品左右，国际先进水平为相当于190 kg标煤/吨成品）；熔化率低（一般在1.5 t～2 t玻璃液/m2熔化面积，国际先进水平为3 t～3.6 t玻璃液/m2熔化面积）；③玻璃熔窑须保持一定的微正压且稳定的燃烧气氛，否则，因燃烧不充分，不但影响玻璃产品质量，而且会导致非正常冒黑气的污染事故；④通常从玻璃熔窑出来的废烟气经余热锅炉回收余热产生蒸汽服务于玻璃生产的供油系统，烟气排放温度较高，入锅炉前约为450 ℃～500 ℃、出锅炉后约为180 ℃～220 ℃。

2 脱硫工艺的选择原则

在选择玻璃熔窑废烟气脱硫除尘处置工艺时，应充分考虑上述玻璃生产及玻璃熔窑的运行特点，此外，脱硫工艺的选择还要考虑以下几方面：①脱硫剂要廉价易得，最好能以废治废，降低运行成本；②脱硫工艺要成熟可靠，运行稳定，避免对玻璃窑炉的窑压产生不利的影响，系统不产生结垢、堵塞等问题；③结合国家和当地的环保要求，选择略高的脱硫效率；④操作要方便灵活；⑤占地面积小；⑥使用寿命长；⑦总投资要少；⑧副产品易于处理，无二次污染。

3 脱硫工艺的比较与选择

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。根据脱硫反应物和脱硫产物的存在状态分为湿法、干法和半干法。湿法脱硫是利用 SO2在水中有中等溶解度的特点，溶于水后生成H2SO3，然后与碱性物质发生反应，在一定条件下生成稳定的盐，从而脱去烟气中的 SO2，反应在气、液二相中进行，其优点是脱硫效率高、建设费用低、操作容易；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；半干法脱硫是利用烟气湿热蒸发脱硫浆液中的水分，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。几种脱硫技术的比较，见表1。

表1 几种脱硫技术的比较

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，应首选采用双碱法脱硫工艺。

4 钠钙双碱法脱硫除尘工艺

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。

钠钙双碱法[Na2CO3－Ca（OH）2]采用纯碱启动、钠碱吸收 SO2、石灰再生的方法，较之石灰石法等其它脱硫工艺，双碱法有以下优点：

（1）吸收速度快，可降低液气比L/G，从而降低运行费用。

（2）塔内钠基清洁吸收，吸收产物溶解度大，可大大降低结垢机会。

（3）纯碱循环利用，提高了脱硫剂的利用率。

其基本化学原理可分脱硫过程和再生过程：

1）脱硫过程：

以上三式视脱硫液酸碱度不同而异：（1）式为吸收启动反应式；碱性较高时（pH>9），（2）式为主要反应；碱性降低到中性甚至酸性时（5

2）再生过程：

在石灰浆液（石灰达到过饱和状况）中，中性（两性）的NaHSO3很快跟石灰反应从而释放出[Na＋]，随后生成的[SO32－]又继续跟石灰反应，反应生成的亚硫酸钙以半水化合物形式慢慢沉淀下来，从而使[Na＋]得到再生。

5 脱硫除尘工艺流程简介

玻璃窑炉尾气经余热锅炉后由引风机引入脱硫除尘系统，通过文丘里降温和预处理、旋流板塔脱硫，除去烟气中的粉尘与SO2等杂质，由塔顶排烟管直接排入大气或经烟道从烟囱排入大气。在脱硫装置检修时，为了不影响玻璃炉窑的正常运行，余热锅炉出口烟气可从旁路直接进入烟囱。通过挡板门的切换，脱硫装置可以很方便地投入或者退出运行。

6 脱硫系统划分

据整个脱硫工程的系统划分，主要包括：吸收塔系统；烟风系统；脱硫液循环系统；脱硫剂制备及输送系统；工艺水系统；脱硫渣处理系统；废水处理系统；电气及仪表控制系统。

7 吸收设备的比较与选择

采用湿法脱硫技术，吸收器的性能优劣直接影响烟气的脱硫效率、系统的运行费用等指标。脱硫吸收器的选择原则主要是看其液气接触条件、液气比以及设备阻力等。几种吸收设备的比较，见表2。

经比较，旋流板塔具有负荷高、压降低、不易堵、弹性宽等优点，适用于快速吸收过程，且脱硫除尘效率高，脱硫过程中可同时进一步除尘。旋流板塔是目前国内湿法脱硫的主流设备。

表2 几种吸收设备的比较

8 脱硫除尘主要设备简介

8.1 烟气预处理系统——文丘里

余热锅炉后的烟气温度仍较高，约180 ℃～220 ℃，为了保证旋流板塔的安全稳定运行，在脱硫除尘器前增设一个文丘里，对烟气进行降温和预处理，然后烟气进入旋流板塔。文丘里采用麻石制作，里面安装螺旋喷头，采用雾化冷却。

8.2 吸收塔系统

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，以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或经烟道从烟囱排入大气。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。

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，还会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，从而达到最佳除尘效果。

8.3 锅炉引风机

新建脱硫装置后，系统阻力增加，原有余热锅炉的引风机已不能满足要求，故须更换新的引风机，以克服脱硫系统的阻力，确保所需处理的烟气顺利通过脱硫系统，并避免对玻璃窑炉的窑压产生不利的影响。

9 “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，且有一定的除尘效率；投资费用低，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220 t/h、130 t/h、75 t/h、35 t/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。我公司于2009年底利用该技术较成功地对公司300 t/h玻璃窑炉的烟气进行了脱硫除尘处理，该项目虽仍在调试、完善中，但初步试运行结果表明：该技术能较好地满足对玻璃窑炉烟气治理的各种需要。