某浮法玻璃生产线窑炉脱硫除尘系统出口烟尘浓度超标原因分析及对策
*浙江省科技厅水泥脱硝CFD流场模拟实验室建设项目（No.2013F10021）；浙江省环保厅水泥炉窑氮氧化物排放现状及控制对策研究（No.2013A008）；水泥行业烟气脱硝关键技术研究及工程示范（No.2012C03003-3）；流场模拟技术在工业炉窑烟气脱硝领域的应用研究（No. 2012A019）（排版时保留）
摘要 分析了某500 t/d浮法玻璃生产线窑炉脱硫除尘系统出口烟尘浓度超标的原因。并对原工艺流程进行了改造，改造后的运行结果表明，出口烟尘达到《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB 9078—1996）的二级标准。
关键词 玻璃炉窑烟气 脱硫除尘 尘超标
进入21世纪以来，由于建筑、汽车等行业快速发展的拉动，我国的玻璃行业也迅速发展。据初步统计，到2009年底，全国平板玻璃产量约达5.79亿重量箱，其中浮法玻璃生产线共180条，产量约4.9亿重量箱，占平板玻璃总量的84.6%以上。
以500 t/d的浮法玻璃生产线为例，以重油（含硫率为1%）为燃料，燃油耗量为85 t/d。另外，玻璃生产使用的原料中，芒硝（Na2SO4）的使用量为3 t/d，按365 d投产制计算，玻璃熔窑烟气中SO2的排放量约927 t/a，NOX的排放量约279.8 t/a[1]。按我国年产4.9亿重量箱浮法玻璃（1重量箱为50 kg，约折合2.45×107 t）计算，产生的SO2、NOX分别约为12.4万t/a和3.76万t/a。
《平板玻璃行业准入条件》、《排污费征收管理条例》等的实施，对SO2、NOX排放提出了强制治理要求和排污收费制度，因此有必要对玻璃熔窑烟气进行脱硫。分析了某500 t/d浮法玻璃生产线窑炉脱硫除尘系统出口烟尘浓度超标的原因，对原工艺流程进行了改造，要求出口烟尘达到《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB 9078—1996）的二级标准。
1 脱硫除尘工艺及运行效果
1.1 设计参数
500 t/d浮法玻璃生产线窑炉脱硫除尘系统的主要设计参数及设计要求如表1所示。
表1 设计参数及设计要求
项目参数
生产量/（t·d-1）500
处理烟气量/（mN3·h-1）80 000
排烟温度/℃250
进气SO2质量浓度/（mg·mN3）2 406
进气烟尘质量浓度/（mg·mN3）280
重油用量/（t·d-1）103.18
重油含硫/%2.5
芒硝（Na2SO4）用量/（t·d-1）6
芒硝纯度/%99
脱硫率/%≥92
SO2排放质量浓度/（mg·mN3）≤400
烟尘排放质量浓度/（mg·mN3）≤200
1.2 工艺流程
浮法玻璃生产线窑炉的脱硫除尘采用双碱法旋流板塔脱硫工艺，改造前后的工艺流程为吸收塔塔径3.8 m，高23.0 m，采用麻石砌筑。为保证吸收塔内不积浆液，设置塔外循环池。烟气切向引入吸收塔，由下至上依次经过一级旋流板—喷淋层、二级旋流板—喷淋层、三级旋流板—喷淋层，所有喷淋层由2台（1用1备）循环浆液泵供给浆液。喷淋层采用螺旋形喷嘴，数量由下至上依次设置12、9、9只喷嘴（流量10 m3/（h·只））。其中，一级、二级喷淋层投用，三级备用。三级喷淋层之上还设置有1层PP除雾器及喷淋系统。喷淋系统液气比为2.5 L/m3，塔内烟气流速约为2 m/s，进出口烟气流速约为8 m/s，循环喷淋液pH控制在5.0～6.0。
1.3 运行效果
该浮法玻璃生产线窑炉脱硫除尘系统启动调试后，按环保验收技术规范进行测试，结果显示：在近似设计条件下，吸收塔出口SO2质量浓度低于50 mg/mN3，系统的脱硫率高达98%以上，SO2排放浓度和脱硫率均达设计要求。但是入口烟尘质量浓度约为280 mg/mN3，出口烟尘质量浓度约为213 mg/mN3，未达到设计要求。而且在运行中还出现出口烟尘浓度高于入口浓度的现象，具体原因还有待进一步的分析。
2 烟尘排放超标原因分析
2.1 玻璃窑炉烟气特点
玻璃窑炉烟气温度较高，高温烟气通过余热锅炉换热后，排入吸收塔的烟气的温度仍高达250 ℃。其次，湿法脱硫除尘后净烟气含水率高、雾滴大，进而导致脱硫后烟道的腐蚀非常严重。另外，玻璃生产工艺决定了玻璃炉窑烟气成分的不稳定，一般玻璃生产工艺设置20 min自动换火一次，换火过程中引入的全是新鲜空气，会造成净烟气中检测到的含氧量偶尔偏高，瞬时含氧量与空气接近，影响浓度的换算结果。
2.2 烟尘成分及来源分析
理论上旋流塔板吸收塔湿法脱硫工艺是兼具除尘功效的，但本项目的实际测试结果及大量同类型治理工程案例均显示，玻璃窑炉湿法脱硫工艺的除尘效果较差。
首先，可从生产工艺上进行分析。浮法玻璃生产线利用熔融后金属锡密度大、上表面平整度高等特点，将玻璃液从熔窑经流槽流到并浮在有保护气体的金属液面上，形成厚度均匀，两表面平行、平整和抛光的玻璃带，再经退火，而得到高度平整的平板玻璃。高温的金属锡熔液容易被空气氧化，生成氧化锡，所以一般都设置有N2保护，而在玻璃窑炉熔解矿石的高温度（1 300～1 500 ℃）下[3]，会生成大量热力型NOX，且NOX的质量浓度往往高达1 000～1 500 mg/mN3以上[4]。另外，浮法玻璃生产线采用重油作为原料。熔制过程中，一是作为燃料的含硫重油经燃烧后会生成SO2；二是使用的玻璃配合料Na2SO4除有0.23%（质量分数）残留在玻璃液中外，其余均以SO2的形式进入烟气[5]。