【技術匯】浮法玻璃窯爐用燃料及其煙氣污染物排放特性與治理技術分析

浮法玻璃制造業是一個高能耗行業，在生產過程中使用大量氣體燃料、液體燃料、固體粉狀燃料。目前，玻璃窯爐使用的主要燃料有天然氣、發生爐煤氣、石油焦粉和重油等。由于各燃料的組成、燃燒特性差異很大，對煙氣污染物的形成有重要的影響。對浮法玻璃窯爐用燃料及其煙氣污染物排放特性進行有效分析與梳理，對治理煙氣污染物技術與方法的列舉，可為其煙氣污染物治理技術的選擇提供參考。

0 引言

玻璃材料作為無機非金屬材料中的重要組成部分，有其獨特的功能與作用。玻璃工業是促進我國國民經濟發展及提高人民生活水平所不可或缺的重要材料工業。玻璃材料的制備要經過高溫的熔制與加工過程。在此過程中，需要利用玻璃窯爐所提供的燃料，對玻璃配合料進行加熱、熔化。目前，國內外玻璃窯爐所使用的燃料主要以化石類燃料為主，如天然氣、發生爐煤氣、石油焦粉和重油等。化石燃料燃燒后產生的煙氣量巨大，主要污染物為硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)和粉塵，對環境污染嚴重。我國的能源結構總體呈現為多煤炭、少油氣的特征，能源消費結構不合理，工業消耗能源占有較大比重。

近年來，我國灰霾等大氣環境問題突出，大氣污染控制已成為政府與民眾關注的焦點。玻璃行業作為我國工業污染控制領域的重點行業之一，據《平板玻璃工業大氣污染物排放標準》編制說明，平板玻璃行業年顆粒物排放總量約1.2×10t，SO2約1.6×105t，NOx約1.4×105t，是污染大氣環境的主要有害成分，對人類身體健康造成了嚴重威脅。自“十三五”以來，隨著國家與各地區對環保執法力度的不斷加強，各地玻璃企業加大了窯爐煙氣污染物的治理力度，投資、建設了相關的尾氣治理裝備，玻璃行業污染物的排放已得到明顯改善。

我國玻璃行業中由于燃料的使用種類較多、煙氣中排放的污染物濃度、粉塵特性也有著非常大的差異，各企業對燃料的特性與煙氣污染特性的認知參差不齊。在《平板玻璃行業大氣污染物排放標準》新標準實施之際，玻璃行業污染防治的意識需要進一步加強，技術亟待發展，開展玻璃工業用燃料的特性與玻璃窯爐煙氣特性研究，對該行業節能減排技術進步，實現該行業煙氣穩定達標排放意義重大。

1、浮法玻璃窯爐燃料種類及其基本性質與配合料的釋放特性

1.1 浮法玻璃窯爐燃料種類及其基本性質

平板玻璃熔制過程需要很高的溫度且單線產量大，導致平板玻璃行業屬于高能耗、高排放行業，其能源消耗占到玻璃生產成本50%以上。據此，選擇的燃料品種應具備“高熱值、低價格、貨源足”的特點。

當前，在我國浮法玻璃窯爐中，主要以天然氣、發生爐煤氣、石油焦粉和重油為燃料。以上4種燃料在我國浮法玻璃窯爐中使用的占比約為:天然氣15%、發生爐煤氣35%、石油焦粉35%、重油12%。

天然氣為氣體燃料，屬于潔凈環保的優質能源，其特點是成分與發熱量都比較穩定，幾乎不含硫、粉塵和其他有害物質，燃燒時產生的二氧化碳少于其他化石燃料，溫室效應較低，且天然氣的熱值高、燃燒速度快，火焰的覆蓋面積大，火根與火稍溫差較小，能有效改善環境質量。但由于我國的能源結構特點以及天然氣的來源與價格等原因，使得玻璃企業利用天然氣受限。

發生爐煤氣是在充滿固體燃料的豎式煤氣發生爐的下部通入空氣和水汽的混合物，使之穿過灼熱的固體燃料層而制得，主要成分為一氧化碳、氫、氮、二氧化碳等，發生爐煤氣為氣體燃料，其特點是熱值低、毒性大。

石油焦粉是原油經蒸餾將輕重質油分離后，重質油再經熱裂過程轉化而成的末端產品。石油焦粉屬于固體粉末燃料，其主要的元素組成為碳，質量分數為80%以上，其余的為氫、氧、氮、硫和金屬元素。石油焦因其價格低廉，常常用作工業燃料，全球生產的80%左右的石油焦都是高硫、燃料級石油焦。石油焦粉的著火點為850℃左右，著火點溫度遠高于其他燃料，燃燒速度略慢，因此，其火焰黑芯較長，火焰細長且覆蓋面積偏小，火根與火梢溫度相差較為明顯，都需要在生產過程中加以控制。

重油是原油提取汽油、柴油后的剩余重質油，重油屬于液體燃料，燃燒使用時需要進行霧化，其特點是分子量大、黏度高。重油的密度一般為0.82～0.95g/cm3，熱值為41868～46055kJ/kg。其成分主要是碳氫化合物，另外，含有部分的硫及微量的無機化合物。

浮法玻璃窯爐中燃料的燃燒均采用外混燃燒技術，即燃料與助燃空氣分通道進入到窯爐的火焰空間，在火焰空間中燃料與助燃空氣通過擴散、混合并進行燃燒，釋放出熱量，加熱玻璃配合料，促進玻璃熔化。為使燃料與助燃空氣能夠迅速混合，擴大兩者的接觸，在浮法玻璃熔窯設計、運行時，需要將燃料與助燃空氣的運行方向形成一定的夾角，并各自保持一定的噴出速率，使之在整個熔窯寬度方向上不斷混合、燃燒。由于燃料與助燃空氣分別以較高的速度噴入火焰空間進行混合燃燒，燃料中所含有的不可燃灰分、被火焰沖擊而飛揚起來的粉狀配合料，都懸浮、保留在煙氣之中，繼而形成浮法玻璃熔窯中的煙塵。

1.2 浮法玻璃配合料的釋放特性

浮法玻璃配合料是由7種以上的礦物原料、化工原料及碎玻璃所組成的原料混合物。主要包括:砂巖、長石、石灰石、白云石、純堿、芒硝、碳粉和碎玻璃。其中石灰石、白云石、純堿、芒硝、碳粉會在配合料加熱過程中產生分解或氧化，同時釋放出氣體。本文利用德國耐馳公司生產的QMS403型熱質聯用分析儀對浮法玻璃配合料加熱過程中的氣體釋放進行了測試研究。浮法玻璃配合料的氣體釋放特性曲線見圖1。

圖1為某浮法玻璃配合料的TG-DSC圖譜和SO2(m/z=64)、CO2(m/z=44)與H2O(m/z=18)的質譜圖譜。由圖1可以看出，在75～110℃，配合料排除吸附水分，由于純堿原料中含有非常少量的NaHCO3，其間排出微量CO2；在93.5℃反應最為劇烈；在300℃純堿與石灰石生成復鹽，碳粉開始分解，部分生成CO2；在374℃時，釋放速率達到最大，反應式見式(1)。

編輯：李丹