液晶玻璃窑炉烟气系统达标排放的工艺措施

2021-05-06段美胜

建材世界 2021年2期

关键词：窑炉布袋氮氧化物

段美胜,范勇,姜波

(成都中光电科技有限公司，成都 610000)

国内液晶玻璃经过十多年的发展，在提升品质及效率的同时，也注重环境保护的技术革新。在国家对环境保护和大气污染监管措施越来越严格的情况下，液晶玻璃生产在以下几方面进行改进：

1)玻璃窑炉的能源由天然气加热为主，改为以电加热为主。即原来天然气加热与电加热的能量比值，由7∶3改为3∶7，可减少窑炉产生的烟气量；2)其中的天然气燃烧由纯氧燃烧、空气燃烧混合使用，改为纯氧燃烧，避免空气中的氮气在炉内高温生成氮氧化物。

目前液晶玻璃窑炉采用电助熔和纯氧天然气燃烧的加热方式。该文主要讨论如何在现有的设备技术条件下，进行合理的工艺优化、烟气设备的精细管理来实现减少窑炉烟气中的污染物排放量，同时满足稳定的生产。

1 液晶玻璃窑炉烟气污染物及环保排放限值

液晶玻璃窑炉中纯氧天然气燃烧的烧枪火焰温度最高能达到2 700 ℃以上[1]，窑炉内的空间温度高达1 600 ℃以上。在高温熔化玻璃的过程中会有大量的烟气产生，其主要成份包括H2O、CO2、NOX、SO2、O2、N2及粉尘颗粒物。主要超标排放物是NOX和粉尘颗粒物。根据国家标准GB26453—2011《平板玻璃工业大气污染物排放标准》，全氧玻璃窑炉废气排放应达到表1要求[2]。

表1 新建企业大气污染物排放限值

2 固定污染源烟气排放连续监测系统的组成和检测参数

烟气排放连续监测系统，即CEMS，是对固定污染源排放的颗粒物和(或)气态污染物的排放浓度和排放量进行连续、实时的自动监测的全部设备。由颗粒物监测单元和(或)气态污染物监测单元、烟气参数监测单元、数据采集与处理单元组成[2]。

CEMS主要测量烟气中的颗粒物浓度、气态污染物SO2和(或)NOX浓度。烟气参数：温度、压力、流速或流量、湿度、含氧量等，同时计算烟气中污染物排放速率和排放量，显示(可支持打印)和记录各种数据和参数，形成相关图表，并通过数据、图文等方式传输至管理部门。监测计算公式如表2所示。

表2 监测值换算公式

3 液晶玻璃窑炉烟气污染物排放超标解决方案

由CEMS监测的大多数参数是随各种因素动态变化的，与烟气流量、环境温度、生产状态、烟气的温度和流速、CEMS监测设备本身是否正常等都有关系。在排放参数超标时需要综合考虑，找出直接关联因素。我司控制排放参数超标主要通过降低氮氧化物的生成量、控制烟气温度、控制烟气流速和做好CEMS设备日常维护来实现。

3.1 控制氮气进入窑炉生成热力型氮氧化物

液晶玻璃生产主要的气态污染物是NOX，还有少量的SO2。主要超标物是NOX，其主要来源有以下两种：一是炉内产生，二是烟道降温产生。主要以炉内生成的氮氧化物为主[3]。

炉内生成的氮氧化物又分为3种：一是由燃料天然气引入部分，天然气本身含氮量较少，主要是调整天然气热值时引入的氮气或空气。二是玻璃原材料硝酸盐高温分解产生。三是冷却窑炉第四对烧枪的空气及其他方式进入炉内的空气，在炉内高温反应生成NOX。第一种和第二种生成的氮氧化物量在正常生产时基本恒定。可以减少的是冷却烧枪的空气带入的氮气，将冷却介质空气更换为氧气；或将不使用的第四对烧枪拆除，避免因保护烧枪的冷却空气进入炉内生成氮氧化物。

我司用氧气替换空气冷却烧枪，氮氧化物平均值从500 mg/m3降到200～300 mg/m3，效果非常明显。

3.2 控制烟气温度

我司的除尘系统使用布袋过滤，对烟气温度有一定适应范围。液晶玻璃窑炉的烟气中含有H2O、CO2、NOX、SO2、O2、N2及粉尘颗粒物，随着温度的降低，部分气态物质冷凝成固态颗粒物，同时气态水也同样会冷凝生成液态水。烟气温度过高过低都不行，尽可能保证烟气中的H2O以气态通过除尘布袋，避免气态H2O在布袋上凝结。若H2O在布袋上凝结和烟气颗粒物结合，长时间作用就会在过滤布袋上板结，降低布袋的透气率，甚至完全堵塞，会影响烟气流速。同时要避免烟气温度过高，确保烟气中的气态物完全结晶，经过除尘布袋时可被完全过滤，避免高温烟气中的烟气颗粒物在除尘布袋后冷凝结晶，造成颗粒物排放超标。

我司除尘布袋过滤烟气的最佳温度为105～110 ℃。烟气控温装置为多管冷凝器、烟气冷却风机和汇风仓阀门，根据环境温度的变化，开启合适数量的多管冷凝器的管道、烟气冷却风机和对应汇风仓阀门开度为烟气降温。环境温度极低时，停用多管冷凝器、烟气冷却风机，停止汇风仓阀门补风；环境温度最高时，可全开多管冷凝器、烟气冷却风机，并开启汇风仓阀门对烟气进行降温。总之随着烟气温度变化，将三者配合使用，或完全不用，确保烟气温度保持在适合除尘布袋工作的最佳温度，过滤绝大部分烟气颗粒，使烟气颗粒物排放合格。

3.3 控制烟气流速

烟气流速是CEMS监测重要参数，其值的大小直接影响被监测排放物的监测值，控制不好会造成监测值虚高现象，实践中烟气流速理想值在1～1.5 m/s左右，最大值控制在2 m/s以下。液晶玻璃窑炉对炉压稳定要求非常高，而烟气系统是控制炉压的主要设备，为了稳定窑炉炉压，调整风机的频率，将引起烟气流速变化。正常情况下，烟气管道壁会有颗粒结晶物附着，有少量不稳定的颗粒附着物会随着烟气流速变化，突然脱落造成颗粒物超标。通过以下方式确保烟气通畅且稳定。

合理使用除尘仓室的数量，使用几个除尘仓室要根据窑炉数量、烟气量、单个除尘仓的过滤面积和烟道距离综合考虑。我司目前为单台窑炉生产，其最佳除尘仓室数量是2个，烟气流速最稳定。使用太多仓室，会使达标排放的烟气中的颗粒物，在通过最少烟气的除尘仓室的顶部因烟气低速流动产生颗粒物集聚现象，当烟气流速变化时，气流扰动会带动集聚在仓顶的颗粒物流动，引起颗粒物超标。

定期切换除尘仓室，并对除尘仓室内的布袋进行专业清理，将附着在布袋表面的结晶颗粒物清理干净，保证除尘布袋的透气率，也是控制烟气流速的重要手段，还能延长除尘布袋的使用寿命。我司切换清理除尘仓室周期为半个月。

减少不必要的补风量和做好设备密封，增加补风和密封不严也是烟气流速升高的主要原因[4]。监测系统CEMS测流速的管道会因冷凝水堵塞引起烟气流速异常，造成烟气排放物超标，需要做好维护及时排除冷凝水。

3.4 做好CEMS设备的日常维护

CEMS是精密设备，对运行环境要求较高，温度、湿度和空间布局都有具体参数要求。除了满足这些基本要求外，还要做好设备的定期维护，做好设备定期校准校验。若CEMS部分关键部件出现故障，也会导致烟气排放参数超标或检测参数失真的现象。所以在烟气排放超标的时候，除了检查窑炉烟气工艺参数异常原因外，还要检查CEMS是否运行正常，发现CEMS故障及时通知运维单位或厂家处理，全方位保证稳定生产和达标排放要求。