浮法玻璃熔窑调整风气比控制烟气污染物浓度的实践

胡会民 孙国梁 余德兴 韩凯荣

（海南中航特玻材料有限公司 海口 571924）

0 引言

随着我国经济的快速发展，对玻璃的需求量也随之增大。浮法玻璃产业快速增长，但浮法玻璃属于资源消耗型和能源消耗型产业，同时也是工业污染重点控制产业之一，近年来“绿水青山就是金山银山”经济发展方向，使得浮法玻璃熔窑排放的烟气以温度高、含有大量的硫化物、氮氧化物和烟尘，得到了国家和环保部门的重视［1］。因此，烟气排放的标准也更加严格，虽然玻璃企业都逐步投入了脱硫、脱硝和除尘设备，但目前的脱硫脱硝受制于技术、设备和资金投入，脱硫脱硝的能力也会随着设备的使用时间逐渐下降。必要时仍需要对熔窑的工况进行控制，保证烟气数据稳定达标。本文根据我司某浮法线实际生产情况，从熔窑各参数控制对烟气污染物浓度的影响来分析、探讨。

1 浮法玻璃熔窑烟气中污染物种类和来源

以天然气为燃料的浮法窑炉，烟气中主要污染物为SO2、NOX（ NO、NO2等，以NO2为主）和粉尘，具体每条生产线由于窑型、工艺控制参数、原料成分等不同都会造成烟气数据有比较大的变化［2］。通常钠钙硅玻璃熔窑烟气排放中最为常见的仍为SO2、NOX和粉尘。

1.1 硫的来源与氧化生成机理

我司燃料采用天然气与液化石油气（LNG/CNG）汽化后混合再燃烧，燃料中硫含量约为10 mg/m3，对烟气中硫的数据几乎没有影响，硫的主要来源于原料中的芒硝（化学式为Na2S O4）分解产生SO2，除部分残留在熔融的玻璃液中并转化为SO3

2+形态外（残留系数约为0.3%），其余部分随着烟气外排，反应过程为：

氮氧化物主要来自于三个方面：

①燃料中含氮物质的氧化；

②原料中硝酸盐的分解；

③空气中的氮气在高温下与氧气反应。反应过程如下：

因我司使用燃料和原料中的含氮物质极少，对烟气中氮氧化物影响极小，所以在此不再考虑，只对空气中的氮气氧化进行分析和探讨。

1.3 粉尘的来源

烟尘来源于三个方面：

①燃料中物质燃烧后的灰分；

②原料在熔化过程中被带入烟气中；

③高温易挥发物质的低温冷凝生成烟尘。

我司烟尘经脱硫脱硝系统后，在线检测数据从未出现过异常或超标现象，故本文不再进行讨论。

2 我司烟气处理流程与现状

图1为我司浮法玻璃熔窑烟气处理流程。

我司某生产线为空气助燃天然气600 t/d蓄热室熔窑，采用6对小炉，脱硝采用SCR工艺：即在一定温度下，向填充催化剂的塔中喷入氨水，在催化剂的作用下，NH3与NOX发生氧化还原反应生成N2和 H2O［3］，反应式为：

通常，新投入使用的催化剂下脱硝效率高达90%左右，但随着催化剂的破损和堵塞、失效，脱硝效果会逐渐降低。

脱硫方面，我司脱硫采用的是湿法脱硫，脱硫塔基本原理是碱性溶液从顶部喷洒，中和烟气中的硫化物，生成盐的过程，理论反应过程如下：

在实际运行过程中，尤其当催化剂使用一段时间后，随着催化剂的损坏和堵塞，催化剂的能力逐渐减弱，烟气排放数据时常随着热值波动而出现波动，而在波动期间，因脱硝塔和脱硫塔的能力有限，调整范围较小，只能通过熔窑调整来降低原始浓度的方法来控制烟气排放数据。

3 烟气原始浓度波动分析

经过测量，我司某生产线熔窑烟气数据原始浓度见表1。

表1 我司某生产线烟气污染物原始浓度 /mg·m-3

经过对NOX和 SO2来源的分析和实际生产现场现象的总结，发现烟气数据波动多数发生在天然气热值波动和熔窑现场火焰调整时，热值发生波动时，小炉助燃风/天然气比（简称风气比）未做调整时，经过脱硝脱硫后的在线烟气检测数据波动数据见表2。

表2 烟气中污染物数据与热值变化

根据多次观察和记录，发现随着热值上升，未调整风气比时，氮氧化物随着热值上升而下降，硫化物逐渐升高，经过查找相关资料和讨论，分析热值上升时硫数据上升原因有以下两点：

（1）天然气主要成份为CH4、少量CO和C2H6等多碳烷类，天然气中多碳烷增加时，热值升高，此时若要充分燃烧，需要更多的O2，未及时进行助燃风量的增加，则会出现燃烧不充分的现象，产生较多的CO，CO对SO2的检测有较大干扰作用，CO的浓度越高，检测出的SO2的浓度就越高［4］，此外，还有理论认为高温下CO的强还原性使得蓄热室内的硫酸盐分解，进一步造成SO2检测数据上升。

（2）我司浮法熔窑前区1#～3#小炉火焰为还原焰，天然气燃烧后余氧接近于0，热值上升后氧气不足造成燃烧不充分，多余的天然气进入蓄热室后二次燃烧，使蓄热室温度上升，造成蓄热室内凝结的硫酸盐分解产生SO2，而影响SO2浓度，而熔窑中后区为氧化焰，燃烧后仍有较多的余氧，对硫的影响远低于前区。

NOX方面，根据有关研究资料，氮氧化物的生成是一个复杂的物理化学过程，与燃烧的温度、各种气体浓度关系密切，尤其是NOX的浓度随过量空气系数（即助燃风与天然气比值，简称风气比）的增加而增加，随过量空气系数的减少而减少，曲线如图2所示。

我司4#～6#小炉为氧化焰，过量空气系数为1.1～1.4，因此同样天然气量下，热值的上升，消耗了更多的氧气，造成富裕的氧气减少，导致过量空气系数下降，NOX生 成减少，从而引起NOX浓度降低。

4 熔窑烟气数据调整实践

根据以上分析和资料研究，浮法玻璃熔窑特有的前区还原焰、后区氧化焰的前提下，烟气排放中氮氧化物浓度和硫的浓度是一个此消彼长的互斥关系，在调整时既要保证熔窑的工艺稳定，还要同时兼顾氮氧化物和硫的浓度，确保两者的烟气排放数据都符合环保标准，因此，根据分析结果，在热值偏低时，及时根据在线烟气检测仪和热值仪反馈的数据进行降低风气比的调整，结果如表3所示。

表3 热值下降风气比下调后数据

当热值升高，SO2排放数据偏高时，进行升高风气比的调整，结果如表4所示。

表4 热值上升风气比上调后数据

5 结语

随着浮法玻璃熔窑产生烟气排放污染物综合治理的要求越来越高、排放指标越来越严，企业需要结合自身环保设备的处理能力、生产过程的精细化控制，采取分段控制来保证烟气的达标排放。经过我司熔窑多次实践论证，天然气热值上升时，上调熔窑前区1#～ 3#小炉风气比对降低SO2原始浓度效果明显；天然气热值下降时，下调熔窑后区4#～ 6#小炉风气比对降低NOX原始浓度效果明显。