全氧燃燒技術用于大型浮法玻璃窯爐上是一種新型的燃燒技術,目前該技術在國內500 t/d以上浮法玻璃窯爐上應用較少。傳統的浮法玻璃窯爐燃燒工藝一般都是通過助燃風機引入空氣,再由蓄熱室預熱后進入窯爐與燃料發生化學反應。而全氧燃燒技術主要是助燃介質發生改變,由濃度為92%以上的純氧代替空氣與燃料發生化學反應。從環保角度比較兩種工藝,全氧燃燒技術從根源上避免了空氣中的氮氣進入浮法玻璃窯爐中,大量減少了窯爐廢氣中氮氧化物的排放,相對末端治理廢氣,不如從源頭控制,更有效地達到減排效果。
1 浮法玻璃行業目前存在問題及污染源
2011年10月1日實施的GB 26453—2011《平板玻璃工業大氣污染物排放標準》發布之前,我國在平板玻璃制造工業沒有制定專項國家污染物行業排放標準,平板玻璃工業污染物排放要求和新建項目環境影響評價、設計、竣工驗收等只能按照GB 9078—1996《工業窯爐大氣污染物排放標準》和GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標準》執行。這導致2011年10月以前設計、施工、新建、投產的浮法玻璃生產線熔窯煙氣排放均不能滿足新出臺的GB 26453—2011《平板玻璃工業大氣污染物排放標準》限值要求,需進一步整改,加強污染防治措施后方可達標排放。
目前大部分平板玻璃生產企業以發生爐煤氣和重油作為燃料,相對于發生爐煤氣和重油,天然氣作為一種清潔能源用于平板玻璃生產的燃料,在當今環保政策越來越嚴厲的趨勢下,是企業清潔生產的選擇,是政府鼓勵使用的最佳燃料。然而其相配套的燃燒工藝若不能提高,玻璃窯爐廢氣中的CO2、SO2、NOx減排壓力依然較大。
1.1 煙塵
玻璃熔窯廢氣中煙塵主要來源于3個方面:在配合料投料過程中少部分的粉料直接被煙氣帶走,如輕質堿、超細粉等;玻璃熔爐中易揮發物質,在高溫條件下揮發后冷凝生成煙塵;重油、煤焦油等燃料燃燒后生成的煙塵。
1.2 二氧化硫
由于玻璃熔爐采用的燃料(如重油或煤氣)中存在的含硫成分氧化;另外,原料中使用芒硝(Na2SO4)作為玻璃澄清劑,在溫度達到600 ℃時就開始分解,溫度到1 200 ℃時,分解率達到80%,因此導致煙氣中有大量SO2產生。
1.3 氮氧化物
用空氣助燃的玻璃熔爐因空氣中含有大量氮氣,經高溫(火焰溫度高達1 650~2 000 ℃)與氧氣反應后生成大量氮氧化物,以及玻璃原料中使用小料(硝酸鹽)分解產生的氮氧化物。
2 全氧燃燒技術的環保效果
玻璃工業的高速發展給能源供應、環境污染帶來越來越大的負擔。玻璃熔窯采用全氧燃燒工藝具有大幅度降低環境污染、節約能源、提高產品質量等突出的優點,是未來玻璃工業節能減排的有效途徑。
環保原理:全氧燃燒技術指采用純度≥92%的氧氣作為助燃氣體。因燃燒系統發生改變,促使玻璃熔窯結構的創新,助燃氣體不再需要預熱和換火,取消了蓄熱室、小爐、換火系統,如同單元窯。全氧燃燒玻璃熔窯相對于空氣助燃玻璃熔窯,其熔化部廠房跨度可縮小40%。采用全氧燃燒的玻璃熔窯無需“傳統換火工藝”,熔窯內橫向溫度均衡,使得玻璃熔化更加穩定。根據制氧工藝的不同所制氧氣純度亦不同,采用變壓吸附法制氧的氧純度可達92%,采用深冷法制氧的氧純度≥99。6%,采用的氧純度越高其環保減排效果越好。如采用純度≥99。6%的氧氣作為助燃介質,能耗可降低12。5%~22%,廢氣排放量減少60%以上,廢氣中NOx可下降80%~90%、煙塵降低50%以上,對于節約能源,改善環境效果十分顯著。
3 采用全氧燃燒技術和傳統燃燒技術相比
傳統的平板玻璃熔窯燃燒技術利用空氣來助燃,而空氣中只有21%的氧氣參與助燃,78%的氮氣不僅不參與燃燒,還攜帶大量的熱量排入大氣,高溫下還會與氧氣反應,生成氧化氮氣體,排入大氣后易形成酸雨,造成環境污染。而全氧燃燒技術則采用純度≥92%的氧氣作為助燃介質,沒有大量的氮氣被帶入到玻璃窯爐中,因此不會產生大量的氮氧化物(NOx),相對的廢氣量大大減少,所攜帶的粉塵也減少。同時,在玻璃窯爐上采用全氧燃燒技術,純氧和燃料反應充分,極大地提高了窯內的溫度,玻璃配合料的熔化得以有效保障,澄清溫度提高有利于微氣泡的排出,使澄清效果有效提高。一般來說,500 t/d浮法玻璃熔窯把空氣窯改造成全氧窯,其生產能力可提高10%~15%,且一等品率可以保證在80%以上。采用全氧燃燒技術不僅提高了玻璃產品的質量和產量,而且能耗也可相應降低12。5%~22%,相比較同噸位的熔窯還降低了12。5%~22%的CO2排放量。