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平板玻璃行業大氣污染物排放與治理現狀

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平板玻璃行業大氣污染物排放與治理現狀

發布日期:2018-12-12 作者:張成剛 點擊:

平板玻璃行業大氣污染物排放與治理現狀


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摘要:該文結合工程案例,闡述了行業治理的主流技術,探討了平板玻璃行業施行的前景與技術發展方向。

1 行業發展與排放現狀

⎝⎛im电竞⎞⎠2012~2017年我國平板玻璃年產量統計見圖1。雖然去產能一直是近幾年的主基調,我國平板玻璃生產線從近360條縮減到2018年初的270余條,但鑒于市場行情的變化,2017年平板玻璃產能利用率有所提高,平板玻璃年產量達到了7.9億重量箱,同比增長3.5%,平板玻璃年產量重新回到歷史高水平,多年穩居位。

⎝⎛im电竞⎞⎠截止2017年底,我國平板玻璃行業資產總額達750億元,約為同期鋼鐵行業的11.4%,水泥行業的41.6%;2017年平板玻璃行業實現歷史高利潤額100億元,也僅約為同期鋼鐵行業的2.9%,水泥行業的11.3%。

雖然我國平板玻璃產量保持在高位,但相較于鋼鐵、水泥等其他非電行業,平板玻璃行業總體經濟體量較小。

較小的經濟體量下大氣污染物排放總量相對很低。2015年我國鋼鐵、水泥、平板玻璃各主要污染物(NOx、SO2、顆粒物)排放總量比較見圖2。通過圖2可以發現,平板玻璃行業大氣污染物排放的比例均明顯低于鋼鐵、水泥行業。

2 行業治理的重要性

⎝⎛im电竞⎞⎠平板玻璃行業治理的重要性主要體現在兩個方面,一是環境屬性,即其對重點區域大氣環境污染的影響較大,不容忽視;二是經濟屬性,環保路徑是行業產能優化調整的重要方式。

2017年平板玻璃生產量超過200重量箱的省份統計呈現出2條清晰的主線:沿海和沿江的全部發達地區。

⎝⎛im电竞⎞⎠以近些年重點關注的京津冀地區為例,天津平板玻璃生產量達到2 800重量箱,遠超過排名第二位的河北567重量箱,同時河北2017年平板玻璃的生產總量高,達到10 648重量箱,也是唯一破萬的省份,這還是在河北省2017年大力實施結構調整、產能優化的前提下。另外,2017年京津冀地區占統計區域不到3.0%的國土面積,平板玻璃產量占統計總產量的17.6%。這一現象產生的主要原因是由于平板玻璃的“500公里”特性,即產銷地之間的距離不會超過500公里,越是經濟發達、人口密集、生態環境敏感的地區,平板玻璃廠在其周邊的布局反而越密集。

雖然平板玻璃行業經濟體量小,大氣污染物排放總量不高,但由于其“500公里”分布特性,對區域小環境的影響不容忽視。玻璃不能像電力那樣遠距離輸送,大氣環境治理問題目前只能就地解決。所以,平板玻璃行業大氣污染物防治的不斷深入推進顯得尤為重要,這需要加強平板玻璃行業的政策性引導和佳可行性技術的研究工作。

同時,平板玻璃行業一直是我國去產能的重點行業,2016年5月5日國務院發布《關于促進建材工業穩增長調結構增效益的指導意見》(國發辦〔2016〕34號),明確提出到2020年,再壓減一批水泥熟料、平板玻璃產能,產能利用率回到合理區間。2018年7月23日工信部印發《堅決打好工業和通信業污染防治攻堅戰三年行動計劃》(工信部節〔2018〕136號),指導和督促地方政府積極推動鋼鐵、水泥、平板玻璃等行業過剩產能有序退出。目前我國平板玻璃行業產能利用率僅為73.45%[6],而平板玻璃產能利用率的合理區間為85%~90%,2020年前至少需淘汰和壓減平板玻璃產能2億重量箱。

⎝⎛im电竞⎞⎠環保是淘汰落后產能的常用指標,應積極推進平板玻璃行業大氣污染物治理工作,通過環保倒逼行業進行產能結構升級。

3 行業治理技術分析

3.1 常規集成技術

由于燃料和生產原料的原因,平板玻璃窯爐出口煙氣具有“高溫、高氮、高粘塵”的特性。“高溫”即進余熱鍋爐前煙氣溫度為500℃左右,經余熱鍋爐利用后溫度降至180℃左右;“高氮”即不同的燃料(天然氣、煤制氣、重油、石油焦粉等),煙氣中NOx 含量均超過2000mg/m3;“高粘性”即由于原料種類繁多,包括芒硝、純堿等物質,導致煙氣中顆粒物的堿金屬含量高,其粘附性、化學腐蝕性強。

⎝⎛im电竞⎞⎠平板玻璃行業大氣污染物排放影響較大的行業標準政策:2011年10月1日起開始執行的《平板玻璃大氣污染物排放標準》(GB26453—2011),要求NOX ≤700mg/m3,SO2≤400mg/m3,顆粒物≤50mg/m3;2017年6月13日環保部發布《關于征求<鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準>等20項污染物排放標準修改單(征求意見稿)意見的函》(環辦大氣函[2017]924號),對平板玻璃等行業大氣污染物排放標準增加了排放特別限值,其中平板玻璃主要污染物顆粒物由50mg/m3提高到20mg/m3,SO2由400mg/m3提高到100mg/m3,NOX mg/m3提高到400mg/m3,并于2018年6月1日正式開始執行。

⎝⎛im电竞⎞⎠基于以上平板玻璃行業的政策背景及大氣污染物排放特性,通過表1匯總的中建材環保研究院(江蘇)有限公司2013~2018年部分平板玻璃行業典型案例,由表1可知。

1)當燃料為天然氣/煤制氣時,煙氣中SO2濃度<400mg/m3,僅進行除塵+脫硝的短流程工藝即可滿足GB2645—2011行業標準要求。

⎝⎛im电竞⎞⎠2)為滿足新特別排放限值的要求,近年常用的平板玻璃煙氣治理長流程工藝為:干法脫硫/煙氣調質(選配)+高溫電除塵+SCR脫硝+半干法脫硫+布袋除塵,即玻璃爐窯高溫煙氣進入余熱鍋爐,選取350℃溫度段截取煙氣進入脫硝系統,為保證SCR脫硝穩定高效運行,前端設置干法脫硫/煙氣調質、高溫電除塵器。煙氣經脫硝系統后重新進入余熱鍋爐進行再利用,從余熱鍋爐出來的煙氣約180℃,進入半干法脫硫反應,經過布袋除塵器,后通過煙囪排放到大氣環境[10]。長流程工藝見圖3。

3)為SCR脫硝裝置的穩定高效運行,當燃料為天然氣/煤制氣時,SCR脫硝前端應設置高溫電除塵;當燃料為重油時,SCR脫硝前端應設置煙氣調質+高溫電除塵;當燃料為石油焦粉時,SCR脫硝前端應設置干法脫硫+高溫電除塵。

4)平板玻璃行業脫硝催化劑目前以蜂窩式為主,其應用經歷了從進口到逐漸國產化的過程,進口催化劑孔數常用25孔,國產催化劑孔數一般為18或22孔為主。

⎝⎛im电竞⎞⎠5)常見的半干法脫硫技術SDA旋轉噴霧干燥法、NID新型一體化脫硫和CFB循環流化床在平板玻璃行業均有成功應用的業績。通過技術經濟分析發現:當玻璃熔窯出口ρ(SO2)≤500mg/m3時,推薦采用NID新型一體化脫硫技術;當玻璃熔窯出口ρ(SO2)≤1 000mg/m3時,推薦采用NID 新型一體化脫硫技術(優先)、R-SDA旋轉噴霧干燥脫硫技術;當玻璃熔窯出口ρ(SO2)≤2 000mg/m3時,推薦采用R-SDA旋轉噴霧干燥脫硫技術(優先)、NID 新型一體化脫硫技術、CFB循環流化床技術;當玻璃熔窯出口ρ(SO2)≤3 000mg/m3時,推薦采用CFB循環流化床技術。

3.2 多污染物一體化脫除技術

⎝⎛im电竞⎞⎠平板玻璃行業煙氣量普遍相對較小,煙氣成分較為復雜,多污染物一體化脫除技術在平板玻璃行業有更好的應用前景[12]。特別是近幾年,以觸媒陶瓷纖維濾管為核心的多污染物一體化脫除技術在平板玻璃行業實現了示范工程應用,先后在林州光遠1、2期,洛玻集團(龍昊、濮陽)等多條生產線得到工程化應用。

如圖4所示,從玻璃熔窯出來的高溫煙氣,進入余熱鍋爐換熱后,從其高溫段引出,煙氣與噴入的石灰和氨氣進行充分混合后經過干法脫硫系統,進行干法脫硫,混合煙氣進入觸媒陶瓷纖維濾管除塵器,煙氣中的SO2與觸媒陶瓷纖維濾管表面濾餅層進一步反應提高干法脫硫效率,與此同時煙氣中的NH3和NOX在觸媒陶瓷纖維濾管所負載的催化劑作用下實現高效脫硝,從而完成整個脫硫、脫硝、除塵過程。脫硝除塵后的凈煙氣由引風機送入余熱鍋爐低溫段,通過鍋爐后由煙囪排放到大氣環境。

⎝⎛im电竞⎞⎠通過工程實踐研究發現,觸媒陶瓷濾管一體化脫除技術對顆粒物的去除效果特別顯著,較好的運行工況條件下出口濃度能夠穩定控制在10mg/m3以下。同時,對SO2的去除效率高可接近90%,對NOx的去除效率超過90%。通過工藝優化和設計改進,該技術不僅能夠實現煙氣達標排放,滿足新的特別排放限值要求,個別指標還能達到超低排放要求。同時,該技術具有工藝流程簡單、使用壽命長、易安裝維護簡單等優點,在平板玻璃行業有較好的應用前景。

4 超低排放初步探討

2018年5月8日生態環境部發布《鋼鐵企業超低排放改造工作方案(征求意見稿)》明確提出,鋼鐵行業燒結機頭煙氣、球團焙燒煙氣在基準含氧量16%條件下,顆粒物、SO2、NOx每小時均值排放濃度分別不高于10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3。隨著火電行業“超低排放”接近尾聲,鋼鐵行業已打響非電行業“超低排放”的槍,水泥、平板玻璃等建材行業推行“超低排放”將很快納入下一步議程。

⎝⎛im电竞⎞⎠為打好大氣環境污染防治攻堅戰,特別是各地方政府施行重污染天氣應急限產減排成為新常態,鋼鐵、化工、水泥、平板玻璃等常被納入限產清單。在保持排污總量不變的情況下,企業通過加大環保投入降低污染物排放濃度從而維持現有產能將成為自發行動。所以,平板玻璃行業實施分地區分階段的減排目標和排放限值較為合理,但也存在自發式和跨越式推進的可能,要積極提前做好“超低排放”技術儲備工作。

2014年出臺了燃煤機組“超低排放”的相關要求,“超低排放”在爭議聲中快步前行。火電行業“超低排放”的成功施行,為其他行業的“超低排放”工作提供了一系列成熟的技術可供借鑒。平板玻璃行業若要達到“超低排放”,現行技術存在較大難度,需要結合平板玻璃行業特點,更大程度地借鑒火電、鋼鐵等行業的先進經驗,但又不能完全照搬。如火電行業為實現SO2“超低排放”,濕法脫硫的裝配比例進一步提升接近100%,但濕法脫硫帶來的廢水零排放、消白煙等問題及其治理附加成本,是平板玻璃行業所不能承受的。

積極探討適合平板玻璃行業煙氣特點的“超低排放”工藝技術路線,選在現行技術工藝的基礎上進行優化改進,下一步開發的重點有脫硝工藝優化(噴氨優化調整、流場優化改造等)、脫硫工藝開發(如循環流化床干式超凈技術等)、袋除塵工藝開發(預荷電技術、高精細濾袋、智能清灰控制系統、氣流均布系統、事故排放預警及自處理技術等),推進研發多污染物一體化深度脫除技術,提高設施投入的經濟性和運行穩定性。

5 結 論

⎝⎛im电竞⎞⎠a.我國平板玻璃產量常年居位,雖然平板玻璃行業相對鋼鐵、水泥等其他非電行業,總體經濟體量小,大氣污染物排放總量少,但由于其“500公里”分布特性,產能密集圍繞在經濟發達、人口密集、生態環境敏感的地區,對重點區域大氣環境的影響不容忽視。

⎝⎛im电竞⎞⎠b.當前平板玻璃行業主要煙氣治理技術有常規集成技術,即干法脫硫/煙氣調質(選配)+高溫電除塵+SCR脫硝+半干法脫硫+布袋除塵,該技術工藝在我國大量的平板玻璃生產線得到了推廣應用;多污染物一體化脫除技術,以觸媒陶瓷纖維濾管為核心,在平板玻璃行業也初步取得成功的工程應用,并展現出顯著的優越性。

⎝⎛im电竞⎞⎠c.平板玻璃行業大氣污染物“超低排放”雖還未提上議程,但具有自發式跨越式發展的可能,需做好行業“超低排放”技術儲備工作,兼顧技術性與經濟性,探討適合平板玻璃行業煙氣特點的“超低排放”工藝技術路線,為我國平板玻璃行業綠色可持續發展提供參考。


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