我國浮法玻璃行業發展現狀與趨勢

1玻璃熔窯污染情況2010年，中國平板總面積超過6.0億元。它在21年中成為世界第一次，占世界工業區的一半以上。其中，浮法玻璃產量超過5.0億元，占中國平板總數的85.00%以上。根據對全國200多家平板玻璃企業污染治理調查情況看,約有20家生產企業安裝了脫硫、除塵等爐窯煙氣治理設施,不到企業總數的10%,絕大部分企業還未對大氣污染物排放進行有效治理。2009年平板玻璃行業產量與污染物排放狀況見表1(不包括玻璃深加工)。隨著洛陽浮法玻璃工藝技術的不斷成熟,單線規模也在不斷擴大。我國浮法玻璃生產線規模在1981年最大只有250t/d,現最大規模已1300t/d;2009年全行業浮法玻璃生產線平均單線規模達到522t/d。通過玻璃熔窯大型化及采取各項節能降耗措施等,能耗顯著下降。隨著部分企業實施脫硫除塵治理及采用清潔能源和玻璃熔窯余熱發電項目的落實,以及淘汰落后產能等措施的實施,污染物排放濃度顯著降低。目前的污染物排放總量情況見表2。有關方面的專家指出,SO2是大氣中數量最多的有害成分,是造成酸雨的主要成因,其主要排放源是以煤或油為燃料的發電廠、有色金屬冶煉廠和水泥、玻璃等建材企業。SO2對金屬,特別是對鋼結構的腐蝕給國民經濟帶來了很大的損失。據統計,工業發達國家每年因金屬腐蝕帶來的直接經濟損失占國民經濟總產值的2%~4%,中國每排放1tSO2造成的經濟損失約為2萬元。據有關資料顯示:2005年,中國SO2排放總量高達2549萬t,居世界第一,比2000年增加了27%。中國國民經濟和社會發展“十一五”規劃綱要明確提出,到2010年,全國SO2排放總量要比“十五”期間減少10%。經測算,全國SO2排放總量必須控制在2295萬t。SO2總量控制已經成為中國“十一五”期間環保主要目標。到目前為止,全國玻璃企業安裝脫硫除塵設備的僅占總量的10%,也就是說,90%的玻璃企業仍然在肆無忌憚地向大氣中排放未經任何處理的SO2等有害煙氣。玻璃界的專家人士指出,“十二五”期間,玻璃行業在進行節能減排大力推廣余熱發電的同時,控制平板玻璃行業產量與污染物排放已迫在眉睫。2濕法脫硫工藝國內浮法玻璃生產線目前主要采用重油、天然氣、發生爐煤氣等作為燃料,根據生產規模及使用的燃料情況,排氣溫度大多在400~500℃。煙氣中的主要污染物為SO2和NOX,其含量隨使用的燃料不同而相差較大。對于采用天然氣和發生爐煤氣作為燃料的生產線而言,因燃料本身硫含量極少,煙氣排放濃度大多能滿足現行環保標準的要求,而以重油作為燃料的生產線,脫硫減排壓力極大。國內常見浮法生產線煙氣參數見表3。國內外的煙氣脫硫方法按脫硫吸收工藝的不同,可以分為濕法、干法和半干法等。其中,濕法脫硫工藝根據吸收藥劑的不同,又可分為鈣法、氨法、鎂法、鈉法等。濕法脫硫工藝的脫硫率和吸收劑利用率相對較高,但處理系統復雜,存在水污染問題。傳統干法脫硫工藝的脫硫率較低,國際先進的干法脫硫工藝的處理系統簡單、脫硫率高,但投資較大。3種不同的脫硫工藝大致如下:(1)干法脫硫工藝干法脫硫的化學反應是在無液相介入的完全干燥狀態下進行的,反應產物為干粉狀,不存在腐蝕、結露等問題。其優點是處理后的煙氣溫度降低很少,從煙囪排出時容易擴散,脫硫效率高,但操作技術要求也高。目前,國外部分企業采用干法脫硫工藝,而國內還沒有采用這種方法的玻璃企業。(2)半干法脫硫工藝半干法脫硫是利用煙氣顯熱蒸發脫硫漿液中的水分,同時在干燥過程中,脫硫劑與煙氣的SO2發生反應,并使最終產物為干粉狀。由于這種方法加入系統的脫硫劑是濕的,而從系統出來的脫硫產物是干的,故稱之為半干法。使用較多的半干法脫硫工藝有噴霧干燥法、循環流化法等,脫硫效率比傳統干法高、比濕法低,在現有技術條件下最高脫硫效率可達85%。目前,國外大部分企業采用半干法脫硫工藝,國內采用這種方法的不多,但近年來呈上升趨勢。(3)濕法脫硫工藝濕法脫硫工藝是目前使用范圍最廣的脫硫方法,占脫硫總量的80%以上。濕法脫硫根據脫硫的原料不同又可分為石灰石/石灰法、氨法、鈉堿法、雙堿法等。其中鈉堿、雙堿法使用較為普遍,這兩種方法的脫硫效率均可以達到95%以上。目前國內有90%以上的企業采用這種方法。幾種煙氣脫硫工藝比較詳見表4。3脫硫副產物循環利用需進一步開發與發達國家相比,我國煙氣脫硫總體技術水平尚有一定差距。處理效果好、效率高的脫硫工藝,普遍存在投資較大、運行費用高、占地面積大等問題。濕法脫硫工藝中的主要設備國產化率已達90%以上,但自動化程度不高。脫硫技術與其它節能環保技術一體化工程應用需進一步完善,脫硫后副產品回收利用尚需進一步開發研究。平板玻璃煙氣脫硫工藝雖已逐漸成熟,但仍需要政府和行業主管部門給予產業政策支持,還需要研發人員根據我國平板玻璃企業的特點,努力將玻璃生產工藝和煙氣脫硫工藝有機結合,進行大膽的創新,加快技術開發成果的轉化與應用;同時,進行廣泛的跨行業、跨專業交流,推進脫硫副產物的循環利用開發,實現“零排放”,加速脫硫與其它節能環保技術一體化應用進程。有關浮法玻璃生產線的玻璃熔窯煙氣脫硫除塵系統實測數據見表5。4煙氣脫硫除塵系統(1)晶牛成功改造北方首家玻璃熔窯煙氣脫硫除塵系統晶牛集團投資6000萬元在邢臺基地改造的玻璃熔窯煙氣脫硫除塵系統,經過近1年半的技術攻關和運行調試,成功投入運行。據現場測驗與統計,該項目投運后,對玻璃熔窯煙氣得到有效的凈化處理,1條400t/d的玻璃生產線除塵10t/d左右,有效減少了廢氣的排放。項目的環境效益顯著,促進了企業生產的良性循環,為企業發展的長期穩定提供了保證。該脫硫系統主要由脫硫塔、吸收劑系統、壓縮空氣系統、布袋除塵器及電氣控制硫化物回收系統等組成。基本原理:將一定濃度的碳酸鈉溶液噴入脫硫塔內,通過碳酸鈉與硫化物反應,脫硫煙氣中的硫化物,霧滴高溫蒸發形成粉塵顆粒,隨煙氣進入下一級布袋除塵器,由其將煙氣中的煙塵和脫硫副產物凈化,除塵器濾袋表面未完成反應的吸收劑繼續脫硫。系統的總脫硫效率高,粉塵排放濃度低。(2)中國建材國際工程有限公司開發了具有自主知識產權的煙氣脫硫除塵技術及成套裝備為貫徹執行循環經濟的理念和清潔生產的方針,中國建材國際工程有限公司開發了具有自主知識產權的煙氣脫硫除塵技術及成套裝備,在深圳、廣州、青島、威海、東莞、蘇州、昆山、福清、蚌埠、沙河等地的20多家玻璃企業得到應用,環保部門驗收監測的數據表明,這種煙氣脫硫除塵系統處理后的煙氣能完全滿足國家標準對玻璃工廠污染物排放的要求。近日中國建材國際工程有限公司所屬深圳凱盛科技工程有限公司簽訂了我國平板玻璃行業首個煙氣脫硝工程臺玻浮法二線(900t/d)煙氣脫硝工程總承包合同。該項目采用具有國際領先水平的玻璃窯爐煙氣脫硝系統,極大地減少氮氧化物排放,填補了我國平板玻璃行業煙氣脫硝的空白,加快了平板玻璃行業節能減排和結構調整的步伐。5日用玻璃工業需要應用高熱值低碳燃料生產co日用玻璃行業方面的專家田英良、梁新輝、孫詩兵、張磊等指出,按日用玻璃行業發展規劃目標,“十一五”末噸玻璃制品綜合能耗達450kg標準煤,“十二五”末噸玻璃制品綜合能耗達380kg標準煤,調整玻璃配方中碎玻璃用量,從30%提高到60%,控制配合料氣體率在15%~20%。關于分析比較不同燃料、配合料氣體率、碎玻璃對CO2減排效果的影響,見表6。通過表6可看出,原料分解所產生的CO2僅占總量的8%~15%,而燃料燃燒所產生的CO2占總量的85%~92%。調整玻璃配方中碎玻璃用量從30%到60%時,可使原料降低CO2排放43%左右,占減少總體CO2排放30%~45%。燃料品種對CO2減排具有顯著影響,發生爐煤氣的CO2排放是焦爐煤氣和天然氣CO2排放的2倍左右。以我國日用玻璃現有的能源結構來看,噸玻璃制品CO2排放將達1.2t,“十二五”末噸玻璃制品CO2排放將達1.0t左右。因此,日用玻璃工業采取節能措施和使用高熱值低碳燃料是控制CO2排放最為有效的途徑。日用玻璃方面的專家們指出,日用玻璃原料分解與燃料燃燒是CO2排放的兩個主要環節,應當引起如下3個方面的充分高度的重視:(1)玻璃原料的分解與CO2的排放在日用玻璃生產過程中,玻璃原料分解與燃料燃燒是CO2排放的兩個最主要的環節;玻璃原料分解占CO2排放量的8%~15%,玻璃燃料燃燒占CO2排放量的85%~92%,因此,關注日用玻璃工業節能是促進CO2減排的主要途徑。(2)玻璃原料中碳酸鹽熱分解玻璃原料中碳酸鹽熱分解是CO2的來源之一,控制日用玻璃配合料氣體率在15%~18%。采取的有效措施包括使用活性原料和加大碎玻璃使用量,可以減少原料中CO2排放量。(3)燃料種類的選擇和燃燒技術的改進燃料種類的選擇和燃料燃燒技術的改進,有利于CO2大幅減排。燃料優選焦爐煤氣和天然氣,限制發生爐煤氣的使用,此外,采用富氧燃燒技術促進節能,減少CO2排放。6玻璃熔窯廢氣中有害物質含量的影響據有關方面資料報道,歐洲某跨國玻璃集團曾經對廢氣治理前的浮法玻璃熔窯和日用器皿玻璃熔窯的廢氣中的有害物質進行檢測,其檢測的結果十分令人注目,見表7。從表7中看出,玻璃熔窯中的有害物質含量與燃料種類、玻璃成分和原料等因素有關,以重油為燃料的玻璃熔窯廢氣的有害物質含量大于以天然氣為燃料的玻璃熔窯廢氣中的有害物質含量。為了保護大氣環境,歐洲地區的有些玻璃生產國家早在20世紀80年代就相繼制定了嚴格的玻璃熔窯廢氣排放標準和相應的排污收費標準,部分歐洲國家玻璃熔窯的廢氣排放(濃度)標準和排污收費標準見表8、表9、表10、表11、表12。7歐洲國家玻璃熔渣處理技術介紹7.1靜電除塵器靜電除塵是治理玻璃熔窯廢氣煙塵所采用的主要技術。采用的除塵設備是靜電除塵器,其工作原理是在高壓靜電場中,氣體受電場力作用而發生電離,電離后的氣體中存在著大量的電子和離子,當它們吸附于流經電場的煙塵時,就會使煙塵荷電而具有電性(絕大部分呈負電性)。在電場力的作用下,帶負電的煙塵被吸向正極(收塵極),釋放出電子并吸附在正極上,當煙塵積聚到一定厚度時,在振動器的振打作用下會從正極表面剝離而落入灰斗。靜電除塵器有板狀和管狀兩種,歐洲國家大型玻璃熔窯上廣泛使用板狀靜電除塵器進行廢氣除塵,可對400℃以下的廢氣進行除塵。法國浮法玻璃工廠采用板狀除塵器進行廢氣除塵,廢氣進入溫度為250~300℃,以重油為燃料的玻璃熔窯廢氣中的煙塵濃度可由350mg/Nm3下降到50mg/Nm3以下,以天然氣為燃料的玻璃熔窯廢氣中的煙塵濃度可由120mg/Nm3下降到50mg/Nm3以下;德國某浮法玻璃工廠的熔窯熔化能力為480t/d,使用重油燃料,廢氣量為60000Nm3/h,采用板狀靜電除塵器進行廢氣除塵,煙塵濃度可由150mg/Nm3下降到10mg/Nm3以下,除塵器效果非常顯著。7.2干法和半干法廢氣脫硫工藝玻璃熔窯廢氣中的SOX主要以SO2的形式存在。廢氣脫硫,根據吸收工藝的不同,可以分為濕法、干法和半干法等。一般來說,濕法脫硫工藝的脫硫率和吸收劑利用率相對較高,但處理系統復雜,投資較高,且玻璃熔窯廢氣的降溫幅度過大。干法或半干法脫硫工藝的脫硫率和吸收劑利用率相對較低,但處理系統簡單,投資較低,而且能有效地控制玻璃熔窯廢氣的降溫,因此,歐洲國家玻璃熔窯的廢氣脫硫工藝多采用干發或半干法,吸收劑為Ca(OH)2等。干法廢氣脫硫工藝的特點是在吸收塔中添加Ca(OH)2等固體粉末或在廢氣輸送管道中直接添加Ca(OH)2等,在適當噴水和加入空氣以降低廢氣溫度后進入靜電除塵器處理,經處理后的廢氣外排,固體物質被收集,半干法廢氣脫硫工藝的特點是將經溶解后的Ca(OH)2等吸附劑溶液噴入吸收塔或直接噴入廢氣輸送管道,再輸送到靜電除塵器進行處理。法國某600t/d浮法玻璃熔窯的廢氣脫硫技術指標見表13。7.3氧助燃技術的應用氮氧化物NOX它是由“氮”和“氧”二種元素組成的化合物,主要是指一氧化氮NO和二氧化氮NO2。當局部大氣環境中的NOX濃度超過允許濃度時,會刺激人的呼吸系統,并能與血紅素結合而生成亞硝基血紅素熱使人中毒,與NO相比,NO2的危害要大得多。NOX對大氣環境的危害還在于易形成光化學煙霧和酸雨。由于目前歐洲國家能源結構的特點是以使用石油和天然氣燃料為主,加之汽車工業發達,NOX對大氣環境的危害甚大,所以,對NOX的治理相當重視。NOX在高溫狀態下主要以NO的形式存在,而在低溫狀態時多以NO2的形式存在。玻璃熔窯廢氣中的NOX,初始90%~95%為NO,但在排放過程中,隨著溫度的下降而逐漸轉化為NO2。歐洲國家在降低玻璃熔窯廢氣中的NOX排放量方面作了大量的研究工作并取得了重要進展,玻璃熔窯廢氣中的NOX的治理措施大致分為一次措施和二次措施。(1)對NOX一次措施的治理一次措施突出污染源控制,即在產生NOX的源頭上進行嚴格控制,限制NOX的形成,措施如下:(1)氧助燃技術氧助燃技術包括富氧燃燒和全氧燃燒技術,盡管玻璃熔窯在采用氧助燃技術后的廢氣中的NOX排放濃度有可能增加,但由于廢氣排放總量的大幅度降低,NOX生成量可以大大減少。因此,該技術已在歐洲國家的玻璃熔窯(尤其是瓶罐玻璃熔窯)上得到推廣應用。(2)分層燃燒技術根據玻璃熔窯中的火焰燃燒狀況,燃燒區大致可以分為2個區,即呈氧化態的高溫區(即熱區)和呈還原態的低溫區(即冷區)。所謂分層燃燒的作用主要在于降低熱區溫度以減少NOX的生成量,火焰噴射時,同時向上、中、下多點噴射,在助燃空氣的作用下,形成上、中、下多層燃燒。據法國環保專家介紹,采用分層燃燒技術以后,器皿玻璃熔窯廢氣中的NOX可減少30%~50%。(3)采用低的空氣過剩系數研究結果表明:高溫及過量的助燃空氣會導致NO生成量的增加,采用低的空氣過剩系數就是用最小過剩的空氣量進行燃燒以減少高溫火焰區的NO生成量。德國西門子公司開發的玻璃熔窯Lambda(l)控制軟件正是基于此原理,目前已開始在歐洲國家的玻璃熔窯上推廣應用。(4)選用低氮噴槍近年來,為降低玻璃熔窯在燃燒時的NOX生成量,歐洲國家相繼研制了低氮噴槍,這種噴槍主要是通過分段加入燃料或助燃空氣以及對各段的燃燒溫度進行嚴格控制來降低玻璃熔窯在燃燒時的NOX生成量,目前已開始在瓶罐玻璃熔窯上推廣應用。(2)對NOX進行二次處理措施二次措施是指對玻璃熔窯廢氣中已經產生的NOX進行處理,從而降低廢氣排放時的NOX濃度和NOX的排放量,措施如下:(1)3R技術3R的含義是在蓄熱室(Rrgenerator)里進行反應(Reaction)和還原(Reduction),該技術是由英國皮爾金頓公司開發的,其特點是向蓄熱室添加天然氣等碳氫燃料,使其與蓄熱室廢氣中的NOX發生反應而生成對環境無害的氮氣和水蒸氣,并對這種廢氣進行有控制的燃燒,由于并不在蓄熱室里燃燒,沒有過熱危險,也不會引起對格子體的燒損,并可使廢氣在對外排放時不再殘存可燃氣體。研究結果表明,與其它除NOX的技術相比,該技術可同時適用于浮法玻璃熔窯和瓶罐玻璃熔窯,具有應用范圍廣、操作使用方便、不使用化學藥品、運行成本低和除NOX效果好等優點。采用該技術,玻璃熔窯廢氣中的NOX生成量可減少80%以上。某700t/d浮法玻璃熔窯采用該技術以后,廢氣中的NOX排放濃度由2200mg/Nm3降到了300mg/Nm3。目前該技術已開始在歐洲國家推廣應用。(2)選擇性催化還原法(SCR法)選擇性催化還原法是指在廢氣處