据关部门监测数据显示,玻璃工业附近环境空气的SO2平均浓度高于现行国家二级标准要求,污染管理刻不容缓。随着社会环保意识的增强,节能减排政策的深入,国家国家环境保护要求越来越严格,浮法玻璃窑烟雾污染受到社会关注[1]。因此,我国玻璃工业应优化升级产业结构,提高资源利用率,以可持续发展为主要目标,对浮法玻璃窑炉烟气进行脱硫除尘一体化管理。
1目前浮法玻璃窑的生产特点
浮法玻璃在生产过程中通常采用连续生产线的生产方式,浮法玻璃窑是玻璃工业生产过程的核心设备,目前我国运行的浮法玻璃窑仍以火焰炉为主,能耗高,融化效率低。
浮法玻璃窑炉运行过程中需要保持相应的微正压,提供稳定的燃烧氛围。浮法玻璃窑炉燃烧不足会影响玻璃产品质量,引起严重污染事故。而浮法玻璃窑炉中的废烟气的处理方式,则是利用废烟气排放温度较高的特点,通常是让废烟气经过余热锅炉进行回收余热,从而产生蒸汽服务玻璃工业生产流程中的供油系统。然而这种废烟气的处理方式,虽然提高了资源的利用效率,却并未解决浮法玻璃窑炉的烟气污染问题。
2浮法玻璃窑炉烟气污染物分析
我国浮法玻璃在生产流程中主要以重油和天然气为燃料。根据生产规模和燃料的使用情况,排气温度为400~500℃,浮法玻璃窑烟雾污染物主要包括SOx、NOx和粉尘。近年来,平板玻璃窑炉烟气污染物排放总量见表1。
我国平板玻璃生产污染物总量随着我国平板玻璃产量的提高而增加,节能减排政策实施后,我国平板玻璃生产污染物总体下降,但仍无法达到相应的污染物排放标准。本文主要分析SOx、NOx、粉尘三种污染物,减少浮法玻璃窑炉的烟雾污染。
2.1SOx的污染源
浮法玻璃在生产过程中排放的SOx主要包括燃料中自身的硫含量在燃烧中产生的SOx和原辅料在窑内熔化过程中产生的SOx。SOx的污染程度取决于浮法玻璃的燃料来源,S量为2%的重油燃料产生的SO2的初始浓度是天然气燃料产生的SO2的初始浓度的4倍。
以天然气为浮法玻璃的生产燃料,燃料中本身的低硫含量,浮法玻璃窑烟雾的排放浓度满足现行的SO2排放标准。以重油为燃料的浮法玻璃生产线,由于燃料来源不同,燃料的硫含量难以控制,浮法玻璃窑炉的烟雾不能达到环保排放标准的SO2排放浓度[2]。
2.2NOx的污染源
浮法玻璃生产过程中原料中含氮量物质在高温环境下分解氧化,燃料中的n也在高温环境下与O2反应生成NOx。浮法玻璃窑中空气中的N2和O2在高温下也会产生温度型NOx。浮法玻璃窑烟气污染物中温度型NOx最主要。浮法玻璃窑烟气中的NOx初期状态下90%为NO,但排放中温度下降后变为NO2。浮法玻璃窑烟气中的NOx以温度型为主,受N2和温度的影响,燃料的选择和助燃风量不同,NOx的含量因煤气比而大不相同。
2.3粉尘的污染源
窑炉在供应过程中,由于小部分原料未能充分燃烧,被带入烟中,是浮法玻璃窑炉烟中粉尘产生的主要原因。同时,窑炉中的易挥发物质,如Na2O和其他部分的金属氧化物,经过高温挥发过程,逐渐凝烟尘。浮法玻璃窑燃烧的燃料含量不纯,产生大烟尘。
3浮法玻璃窑烟气污染防治措施
3.1SOx的管理
在我国玻璃工业早期生产线上,国家实行工业窑烟气标准排放,污染物总量不超标不征收废气排放费的规定。浮法玻璃窑烟气通常排放高烟筒,没有脱硫处理,随着社会环境意识的加强,国家对建材行业的环境要求也越来越严格。经过多年的自主研发,中国浮法玻璃窑烟气的SO2排放控制技术已经比较成熟,随着主要污染物的减排需求,平板玻璃企业已经安装了脱硫除尘设备,对浮法玻璃窑烟气中的SO2排放进行了初步控制[3]。
3.2NOx的治理
浮法玻璃窑烟气的NOx排放量接近SO2,有很大的危害性,但目前没有采取相应的污染排放控制措施。随着社会环保意识的加强,NOx浓度排放标准的出台,需要玻璃产业研发和应用浮法玻璃窑烟气的脱硝控制技术进行处理。
浮法玻璃窑烟气中的NOx主要是温度型氮氧化物,减少助燃物中的N2含量,减少反应,减少NOx的产量,该技术主要通过全氧助燃技术和富氧助燃技术实现。浮法玻璃窑烟气中NOx的产生主要来源于燃料中含氮物质的燃烧、空气中含氮的燃烧和原料中的硝酸盐的分解,玻璃窑烟气中的NOx在排放过程中,随着温度的下降变成NO2,造成环境污染。
浮法玻璃窑炉烟气中的NOx污染控制主要分为燃烧中控制和燃烧后控制两种。在这两种处理方式中,燃烧中的控制分为氧气控制技术、燃料燃烧技术、燃料调节技术3种。但在浮法玻璃窑炉内实施NOx的燃烧中控制仍需要较大的技术支持,具有较大的改造难度。而燃烧后控制方式分为3种:SNCR、SCR、湿法脱硝,其中SCR在浮法玻璃窑炉烟气处理中具有较为广泛的应用。浮法玻璃熔窑烟气排放的脱硝效率必须达到70%。
1)湿法脱硝湿法脱硝技术
其原理主要是利用旋转板塔技术,将KMnO4和NaOH作为吸收剂,将烟中的NO利用KMnO4氧化为NO2,然后将NO2作为NaOH的反映去除。该方法主要将浮法玻璃熔窑烟气切入塔中,利用旋流板雾化KMnO4和NaOH液体,充分反应KMnO4和NaOH,去除浮法玻璃窑烟气中的NOx和PbO。湿法脱硝技术具有较高的脱硝效果,但设备要求高,设备占有空间大,废水处理池容易二次污染,处理程序复杂,不再被玻璃企业使用。
2)SNCR脱硝技术
SNCR脱硝技术主要利用选择性非催化还原,将含有NHx基的还原剂喷入炉膛温度800~1000℃的区域,将还原剂迅速分解为NH3和其他副产品,NH3与烟中的NOx进行SNCR反应SNCR脱硝技术脱硝效率低,约50%,成本低,可与低氮燃烧器和SCR混合使用,可降低浮法玻璃生产中的脱硝费用。但浮法玻璃窑炉与工业锅炉的结构差异较大,SNCR脱硝技术只有在蓄热室使用,才能达到温度的反应要求,具体SNCR脱硝技术还有很大的开发空间。
3)SCR脱硝技术
SCR脱硝技术可根据催化剂的适用温度分为高、中、低三种技术,中温SCR脱硝技术广泛应用于玻璃工业,中温SCR脱硝技术催化剂的适用温度为280~420℃,TIO2为载体在催化剂的作用下,在温度达到280~420℃的窑炉烟中喷入氨,将NOx还原为N2和H2O,NH3和烟混合后,通过填充催化剂的反应器,NOx和NH3发生还原反应,N2和H2OSCR脱硝技术具有90%以上的脱硝效率,催化剂的正确寿命长,运行稳定,但在使用过程中,应注意天然气浮法玻璃窑炉中,配合
方的重碱使用量大。碱金属与催化剂表面接触,直接与活性位置发挥作用,催化剂钝化,催化剂碱中毒。因此,催化剂应当尽量避免潮湿环境,并选用蜂窝状的催化剂,减少浮法玻璃窑炉中烟气碱性氧化物的影响作用。
3.3粉尘治理
浮法玻璃窑炉烟气中粉尘的特点是粉尘粒度小,烟气量大,含尘量较高。目前的烟尘管理技术主要包括干式除尘、湿式除尘和电式除尘。
1)干式除尘干式除尘方法主要是重力除尘、离心分离器和布袋除尘器。重力除尘主要利用重力和惯性分离烟尘,但分离效率低,不能满足相应的环境标准。离心分离器又称旋风吸尘器,适用于含尘量高、粒度大的粉尘,广泛应用于除尘工序的预处理环节,烟雾处理效果好。袋式过滤器利用过滤机理的综合效果,将浮法玻璃窑炉的粉尘按粒度大小分布在相应的分散度曲线上,过滤纤维之间的间隙大于100mm,但织物过滤器可以捕集微米粒子,利用重力、惯性冲突、钩子效果、筛子、扩散和静电吸引等效果。因此,袋式过滤器对温度有一定的要求,需要维持在190℃左右,使用中需要降温,鼓风机的使用效率也比其他设备高。
2)湿法除尘湿法除尘技术主要利用液滴或液膜清洗含尘气体,使灰尘粒子附着在液体上,凝聚烟尘粒子,形成大的灰尘粒子,可以使用更广泛的粒子分离装置。湿法除尘技术主要由洗涤塔和相应的循环水处理系统组成,该除尘技术安全可靠,但水处理设施庞大,能耗高,易腐蚀或结垢,除尘效率低等特点,随着除尘技术的发展和完善,逐渐被干法除尘和EP技术所取代[5]。
3)电除尘电除尘技术(EP)主要利用电晕放电,使含尘气体中的粒子带电,充分利用电力,分离带电粒子
子的原理。电除尘装置主要分为管极和板式。管极式电动吸尘器运行过程比较稳定,处理效率高,适用范围广,特别是温度高、气量大、细粒多的浮法玻璃窑烟尘效果好,可根据相应处理深度的要求采用不同电场的吸尘器。板式电除尘装置故障率高,适用范围小,运行过程不稳定已被管极电除尘器所取代。
由于浮法玻璃窑烟具有较大的烟尘粘性和腐蚀性,因此根据运行和除尘效果,袋式除尘和电除尘技术更适合浮法玻璃窑烟的除尘环节,电除尘应充分考虑粘性问题,袋式除尘方法应防止胶袋现象,同时注意滤袋的耐温问题。两者相比,袋式除尘不仅投入少,操作方便,效果好,目前玻璃行业常用的粉尘管理技术是袋式除尘技术。
4结语
随着社会对环境质量的要求越来越高,大气污染排放标准也越来越严格,浮法玻璃窑烟雾脱硫脱硝不仅是法规的要求,也是企业的义务。企业应当在创造利润的同时,加强对环境的保护治理,通过脱硫脱硝技术和高效除尘,使得浮法玻璃窑炉烟气达到相应环保要求,并随着技术的进步,应用运行效率更高的烟气处理系统,从而促进企业的长期稳定发展。
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