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平板玻璃行业大气污染物排放与治理现状

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平板玻璃行业大气污染物排放与治理现状

发布日期:2018-12-12 作者:张成刚 点击:

平板玻璃行业大气污染物排放与治理现状


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摘要:该文结合工程案例,阐述了行业治理的主流技术,探讨了平板玻璃行业施行的前景与技术发展方向。

1 行业发展与排放现状

2012~2017年我国平板玻璃年产量统计见图1。虽然去产能一直是近几年的主基调,我国平板玻璃生产线从近360条缩减到2018年初的270余条,但鉴于市场行情的变化,2017年平板玻璃产能利用率有所提高,平板玻璃年产量达到了7.9亿重量箱,同比增长3.5%,平板玻璃年产量重新回到历史高水平,多年稳居位。

截止2017年底,我国平板玻璃行业资产总额达750亿元,约为同期钢铁行业的11。4%,水泥行业的41。6%;2017年平板玻璃行业实现历史高利润额100亿元,也仅约为同期钢铁行业的2。9%,水泥行业的11。3%。

虽然我国平板玻璃产量保持在高位,但相较于钢铁、水泥等其他非电行业,平板玻璃行业总体经济体量较小。

较小的经济体量下大气污染物排放总量相对很低。2015年我国钢铁、水泥、平板玻璃各主要污染物(NOx、SO2、颗粒物)排放总量比较见图2。通过图2可以发现,平板玻璃行业大气污染物排放的比例均明显低于钢铁、水泥行业。

2 行业治理的重要性

平板玻璃行业治理的重要性主要体现在两个方面,一是环境属性,即其对重点区域大气环境污染的影响较大,不容忽视;二是经济属性,环保路径是行业产能优化调整的重要方式。

2017年平板玻璃生产量超过200重量箱的省份统计呈现出2条清晰的主线:沿海和沿江的全部发达地区。

以近些年重点关注的京津冀地区为例,天津平板玻璃生产量达到2 800重量箱,远超过排名第二位的河北567重量箱,同时河北2017年平板玻璃的生产总量高,达到10 648重量箱,也是唯一破万的省份,这还是在河北省2017年大力实施结构调整、产能优化的前提下。另外,2017年京津冀地区占统计区域不到3.0%的国土面积,平板玻璃产量占统计总产量的17.6%。这一现象产生的主要原因是由于平板玻璃的“500公里”特性,即产销地之间的距离不会超过500公里,越是经济发达、人口密集、生态环境敏感的地区,平板玻璃厂在其周边的布局反而越密集。

虽然平板玻璃行业经济体量小,大气污染物排放总量不高,但由于其“500公里”分布特性,对区域小环境的影响不容忽视。玻璃不能像电力那样远距离输送,大气环境治理问题目前只能就地解决。所以,平板玻璃行业大气污染物防治的不断深入推进显得尤为重要,这需要加强平板玻璃行业的政策性引导和佳可行性技术的研究工作。

同时,平板玻璃行业一直是我国去产能的重点行业,2016年5月5日国务院发布《关于促进建材工业稳增长调结构增效益的指导意见》(国发办〔2016〕34号),明确提出到2020年,再压减一批水泥熟料、平板玻璃产能,产能利用率回到合理区间。2018年7月23日工信部印发《坚决打好工业和通信业污染防治攻坚战三年行动计划》(工信部节〔2018〕136号),指导和督促地方政府积极推动钢铁、水泥、平板玻璃等行业过剩产能有序退出。目前我国平板玻璃行业产能利用率仅为73.45%[6],而平板玻璃产能利用率的合理区间为85%~90%,2020年前至少需淘汰和压减平板玻璃产能2亿重量箱。

环保是淘汰落后产能的常用指标,应积极推进平板玻璃行业大气污染物治理工作,通过环保倒逼行业进行产能结构升级。

3 行业治理技术分析

3.1 常规集成技术

由于燃料和生产原料的原因,平板玻璃窑炉出口烟气具有“高温、高氮、高粘尘”的特性。“高温”即进余热锅炉前烟气温度为500℃左右,经余热锅炉利用后温度降至180℃左右;“高氮”即不同的燃料(天然气、煤制气、重油、石油焦粉等),烟气中NOx 含量均超过2000mg/m3;“高粘性”即由于原料种类繁多,包括芒硝、纯碱等物质,导致烟气中颗粒物的碱金属含量高,其粘附性、化学腐蚀性强。

平板玻璃行业大气污染物排放影响较大的行业标准政策:2011年10月1日起开始执行的《平板玻璃大气污染物排放标准》(GB26453—2011),要求NOX ≤700mg/m3,SO2≤400mg/m3,颗粒物≤50mg/m3;2017年6月13日环保部发布《关于征求<钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准>等20项污染物排放标准修改单(征求意见稿)意见的函》(环办大气函[2017]924号),对平板玻璃等行业大气污染物排放标准增加了排放特别限值,其中平板玻璃主要污染物颗粒物由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日正式开始执行。

基于以上平板玻璃行业的政策背景及大气污染物排放特性,通过表1汇总的中建材环保研究院(江苏)金牛彩票app2013~2018年部分平板玻璃行业典型案例,由表1可知。

1)当燃料为天然气/煤制气时,烟气中SO2浓度<400mg/m3,仅进行除尘+脱硝的短流程工艺即可满足GB2645—2011行业标准要求。

2)为满足新特别排放限值的要求,近年常用的平板玻璃烟气治理长流程工艺为:干法脱硫/烟气调质(选配)+高温电除尘+SCR脱硝+半干法脱硫+布袋除尘,即玻璃炉窑高温烟气进入余热锅炉,选取350℃温度段截取烟气进入脱硝系统,为保证SCR脱硝稳定高效运行,前端设置干法脱硫/烟气调质、高温电除尘器。烟气经脱硝系统后重新进入余热锅炉进行再利用,从余热锅炉出来的烟气约180℃,进入半干法脱硫反应,经过布袋除尘器,后通过烟囱排放到大气环境[10]。长流程工艺见图3。

3)为SCR脱硝装置的稳定高效运行,当燃料为天然气/煤制气时,SCR脱硝前端应设置高温电除尘;当燃料为重油时,SCR脱硝前端应设置烟气调质+高温电除尘;当燃料为石油焦粉时,SCR脱硝前端应设置干法脱硫+高温电除尘。

4)平板玻璃行业脱硝催化剂目前以蜂窝式为主,其应用经历了从进口到逐渐国产化的过程,进口催化剂孔数常用25孔,国产催化剂孔数一般为18或22孔为主。

5)常见的半干法脱硫技术SDA旋转喷雾干燥法、NID新型一体化脱硫和CFB循环流化床在平板玻璃行业均有成功应用的业绩。通过技术经济分析发现:当玻璃熔窑出口ρ(SO2)≤500mg/m3时,推荐采用NID新型一体化脱硫技术;当玻璃熔窑出口ρ(SO2)≤1 000mg/m3时,推荐采用NID 新型一体化脱硫技术(优先)、R-SDA旋转喷雾干燥脱硫技术;当玻璃熔窑出口ρ(SO2)≤2 000mg/m3时,推荐采用R-SDA旋转喷雾干燥脱硫技术(优先)、NID 新型一体化脱硫技术、CFB循环流化床技术;当玻璃熔窑出口ρ(SO2)≤3 000mg/m3时,推荐采用CFB循环流化床技术。

3.2 多污染物一体化脱除技术

平板玻璃行业烟气量普遍相对较小,烟气成分较为复杂,多污染物一体化脱除技术在平板玻璃行业有更好的应用前景[12]。特别是近几年,以触媒陶瓷纤维滤管为核心的多污染物一体化脱除技术在平板玻璃行业实现了示范工程应用,先后在林州光远1、2期,洛玻集团(龙昊、濮阳)等多条生产线得到工程化应用。

如图4所示,从玻璃熔窑出来的高温烟气,进入余热锅炉换热后,从其高温段引出,烟气与喷入的石灰和氨气进行充分混合后经过干法脱硫系统,进行干法脱硫,混合烟气进入触媒陶瓷纤维滤管除尘器,烟气中的SO2与触媒陶瓷纤维滤管表面滤饼层进一步反应提高干法脱硫效率,与此同时烟气中的NH3和NOX在触媒陶瓷纤维滤管所负载的催化剂作用下实现高效脱硝,从而完成整个脱硫、脱硝、除尘过程。脱硝除尘后的净烟气由引风机送入余热锅炉低温段,通过锅炉后由烟囱排放到大气环境。

通过工程实践研究发现,触媒陶瓷滤管一体化脱除技术对颗粒物的去除效果特别显著,较好的运行工况条件下出口浓度能够稳定控制在10mg/m3以下。同时,对SO2的去除效率高可接近90%,对NOx的去除效率超过90%。通过工艺优化和设计改进,该技术不仅能够实现烟气达标排放,满足新的特别排放限值要求,个别指标还能达到超低排放要求。同时,该技术具有工艺流程简单、使用寿命长、易安装维护简单等优点,在平板玻璃行业有较好的应用前景。

4 超低排放初步探讨

2018年5月8日生态环境部发布《钢铁企业超低排放改造工作方案(征求意见稿)》明确提出,钢铁行业烧结机头烟气、球团焙烧烟气在基准含氧量16%条件下,颗粒物、SO2、NOx每小时均值排放浓度分别不高于10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3。随着火电行业“超低排放”接近尾声,钢铁行业已打响非电行业“超低排放”的枪,水泥、平板玻璃等建材行业推行“超低排放”将很快纳入下一步议程。

为打好大气环境污染防治攻坚战,特别是各地方政府施行重污染天气应急限产减排成为新常态,钢铁、化工、水泥、平板玻璃等常被纳入限产清单。在保持排污总量不变的情况下,企业通过加大环保投入降低污染物排放浓度从而维持现有产能将成为自发行动。所以,平板玻璃行业实施分地区分阶段的减排目标和排放限值较为合理,但也存在自发式和跨越式推进的可能,要积极提前做好“超低排放”技术储备工作。

2014年出台了燃煤机组“超低排放”的相关要求,“超低排放”在争议声中快步前行。火电行业“超低排放”的成功施行,为其他行业的“超低排放”工作提供了一系列成熟的技术可供借鉴。平板玻璃行业若要达到“超低排放”,现行技术存在较大难度,需要结合平板玻璃行业特点,更大程度地借鉴火电、钢铁等行业的先进经验,但又不能完全照搬。如火电行业为实现SO2“超低排放”,湿法脱硫的装配比例进一步提升接近100%,但湿法脱硫带来的废水零排放、消白烟等问题及其治理附加成本,是平板玻璃行业所不能承受的。

积极探讨适合平板玻璃行业烟气特点的“超低排放”工艺技术路线,选在现行技术工艺的基础上进行优化改进,下一步开发的重点有脱硝工艺优化(喷氨优化调整、流场优化改造等)、脱硫工艺开发(如循环流化床干式超净技术等)、袋除尘工艺开发(预荷电技术、高精细滤袋、智能清灰控制系统、气流均布系统、事故排放预警及自处理技术等),推进研发多污染物一体化深度脱除技术,提高设施投入的经济性和运行稳定性。

5 结 论

a.我国平板玻璃产量常年居位,虽然平板玻璃行业相对钢铁、水泥等其他非电行业,总体经济体量小,大气污染物排放总量少,但由于其“500公里”分布特性,产能密集围绕在经济发达、人口密集、生态环境敏感的地区,对重点区域大气环境的影响不容忽视。

b.当前平板玻璃行业主要烟气治理技术有常规集成技术,即干法脱硫/烟气调质(选配)+高温电除尘+SCR脱硝+半干法脱硫+布袋除尘,该技术工艺在我国大量的平板玻璃生产线得到了推广应用;多污染物一体化脱除技术,以触媒陶瓷纤维滤管为核心,在平板玻璃行业也初步取得成功的工程应用,并展现出显著的优越性。

c.平板玻璃行业大气污染物“超低排放”虽还未提上议程,但具有自发式跨越式发展的可能,需做好行业“超低排放”技术储备工作,兼顾技术性与经济性,探讨适合平板玻璃行业烟气特点的“超低排放”工艺技术路线,为我国平板玻璃行业绿色可持续发展提供参考。


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