1、引言
平板、瓶罐、玻璃纤维、电子、照明等玻璃熔窑都属高温窑炉，熔窑排出的烟气不仅温度高，而且含有大量的二氧化硫、粉尘、氮氧化物等污染物，玻璃熔窑排放的污染物对周围环境影响很大，随着我国的经济日益发展和人们环保意识增强、国家对污染物排放控制越来越严格。已有不少玻璃生产企业建好脱硫除尘系统，这些在玻璃生产企业投运的脱硫项目可分为半干法和湿法两大类。笔者在多年玻璃窑炉半干法脱硫烟气治理经验基础上，对半干法脱硫技术应用在玻璃窑炉烟气治理项目上的情况进行分析，玻璃生产企业可根据分析对比选择脱硫工艺。
2、半干法脱硫技术介绍
2.1脱硫技术分类
按脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫可分为湿法、半干法和干法三类。
(1)湿法脱硫
湿法脱硫技术的吸收剂以浆液状态进入脱硫塔，脱硫产物也是湿态的。我国玻璃生产企业湿法脱硫项目主要采用双碱法、纯碱吸收法(单碱法)、镁法这三种脱硫工艺，其中双碱法应用最多。湿法具有脱硫效率高、占地面积小、运行费用低等优点，该技术应用到玻璃熔炉上存在腐蚀、结垢、粉尘易超标等缺点。
(2)半干法脱硫
半干法脱硫技术的吸收剂以浆液状态进入脱硫塔或向塔内喷水，脱硫产物是干态的。已在玻璃窑炉烟气治理项目上成功应用的半干法脱硫技术有喷雾干燥法、循环流化床法。
(3)干法脱硫
干法脱硫的吸收剂与脱硫副产物都是干态的，由于脱硫效率低或运行费用昂贵等因素，干法脱硫技术尚未在玻璃窑炉烟气治理项目得到应用。
半干法脱硫技术具有无废水产生、烟气对烟囱无腐蚀、烟囱不冒白烟、可靠性高等优点，得到很多玻璃生产企业的青睐。
2.2喷雾干燥法脱硫技术
2.2.1工艺简述
喷雾干燥法是将NaOH、Na2CO3、Ca(OH)2等碱性物质以浆液形式喷入脱硫塔内高温烟气中，烟气中SO2进入液滴中与碱性物质反应，浆液在吸收SO2的同时会逐渐蒸发，最后以干态形式排出脱硫塔，在脱硫塔后必须配置电除尘器或袋式除尘器捕集烟气中粉尘，通过喷雾干燥脱硫和除尘器除尘达到净化烟气目的。喷雾干燥法的工艺流程如下图所示：
脱硫塔后面可配置电除尘器或布袋除尘器除尘，电除尘器具有运行费用低、维护简单、稳定可靠等优点。布袋除尘器的可靠性不如电除尘器，但布袋除尘器在除尘效率、脱硫效率、运行费用方面优于电除尘器。
2.2.2反应原理
喷雾干燥法脱硫的反应原理如下：
(1)SO2脱除过程反应式
SO2+H2O→H2SO3
Na2CO3+H2SO3→Na2SO3+H2CO3
2Na2SO3+O2→2Na2SO4
(2)SO3脱除过程反应式
SO3+H2O→H2SO4
Na2CO3+H2SO4→Na2SO4+H2CO3
2.2.3工艺技术特点
循环流化床法脱硫技术已经在锅炉、垃圾焚烧窑炉、玻璃窑炉等行业得到广泛应用。该技术具有以下特点：
喷雾干燥法具有以下优点：
1)工艺简单、系统可靠性高，系统可以达到半年以上不停机连续运行，检修维护工作量小；
2)无废水产生，副产物为干态；
3)副产物可作为玻璃原料回用，无任何废物产生；
4)对烟囱无腐蚀；
5)烟囱排放视觉效果好；
6)系统切换速度快，投运和停运对生产无影响；
7)对窑压无影响；
8)对烟气温度无特殊要求，烟气适应范围广；
9)可与SCR脱硝配合，方便脱硫、除尘、脱硝整体治理烟气。
喷雾干燥法的缺点：
1)脱硫效率不高，一般能达到80%~85%，SO2浓度低时可达到90%以上，而且SO2浓度越高，脱硫效率越低；
2)如果采用NaOH、Na2CO3作为吸收剂，则运行费用较高。
2.3CFB法
2.3.1工艺简述
含硫烟气从脱硫塔底部进入脱硫塔，在脱硫塔内与加入的消石灰、循环灰及水发生反应，除去烟气中的SO2等气体。烟气中夹带的吸收剂和脱硫灰在脱硫塔下部的文丘里管高速气流作用下，受到气流的加速而悬浮起来，形成激烈的湍动状态，使颗粒与烟气之间具有很大的相对滑落速度，颗粒反应界面不断摩擦、碰撞更新，从而极大地强化了气固间的传热、传质，从而可以达到较高的脱硫效率。
脱硫后的烟气进入布袋除尘器，经布袋除尘器高效除尘后，烟气经烟囱排入大气。布袋除尘器捕集的粉尘大部分返回脱硫塔进行外循环，少量粉尘定期外排。
2.3.2反应原理
循环流化床脱硫的反应原理如下：
(1)SO2脱除过程反应式
SO2+H2O→H2SO3
Ca(OH)2+H2SO3→CaSO3+2H2O
2CaSO3+O2→2CaSO4
(2)SO3脱除过程反应式
SO3+H2O→H2SO4
Ca(OH)2+H2SO4→CaSO4+2H2O
2.3.3工艺技术特点
循环流化床法脱硫技术已经在锅炉、垃圾焚烧窑炉、玻璃窑炉等行业得到广泛应用。该技术具有以下特点：
循环流化床法具有以下优点：
1)脱硫效率高，可以达到95%以上的脱硫效率；
2)无废水产生，副产物为干态；
3)对烟囱无腐蚀；
4)烟囱排放视觉效果好；
5)正常运行时对窑压无影响；
喷雾干燥法的缺点：
1)当烟气温度超过200℃就必须另外增加降温塔；
2)塌床时对窑压，必须尽快让烟气从旁通烟道通过，要达到较高的可靠性，对设计、制造、施工要求高。
3、半干法脱硫工程应用
笔者根据多年玻璃窑炉半干法脱硫项目的经验，总结出以下半干法脱硫在玻璃窑炉烟气治理方面应用情况：
3.1脱硫效率
在烟气温度较高的情况下，烟气中SO2浓度小于2000mg/Nm3时，喷雾干燥脱硫技术可以达到80%的脱硫效率，如果SO2浓度小于1000mg/Nm3时，喷雾干燥脱硫技术可以达到近90%的脱硫效率。SO2浓度越低脱硫效率就越高，SO2浓度越高脱硫效率就越低，当烟气中SO2浓度大于2500mg/Nm3、烟气温度大于200℃时，就不太适宜采用喷雾干燥脱硫技术，这种工况下难以做到400mg/Nm3的排放要求。当入口烟气温度在120~160℃，SO2浓度为2500mg/Nm3，喷雾干燥法最高也能达到95%的脱硫效率，这种工况下，对脱硫塔和控制系统要求很高。
采用循环流化床技术可以达到很高的脱硫效率，在脱硫塔出口温度控制到80℃左右脱硫效率可以达到95%，这么高的脱硫效率完全满足所有玻璃窑炉烟气脱硫要求。玻璃窑炉换火时，烟气温度波动较大，有时能达到40℃，脱硫系统调整喷水量速度一般较慢，如果烟气温度波动较大时，为了系统安全运行，一般将脱硫塔出口温度控制到90℃或更高，这时脱硫效率相对较低，Ca/S也将会超过1.5。
3.2除尘效率
无论是喷雾干燥法，还是循环流化床脱硫法，后面必须配电除尘器或布袋除尘器等高效除尘器，这些除尘器可以达到50mg/Nm3的排放要求。
3.3烟气温度
喷雾干燥法对系统入口温度没有特殊要求，只要系统设计合理，入口温度从120℃到500℃之间波动都可以，对烟气温度适应范围很大。但是如果烟气温度太高，脱硫塔出口烟气温度不可能太低，如果入口温度超过200℃，脱硫效率就较难达到90%以上。
采用循环流化床法脱硫，要求脱硫塔入口温度不超过200℃，否则脱硫效率难以保证。如果进入脱硫系统的烟气温度超过200℃，则脱硫塔前必须安装降温塔，将烟气温度降到200℃以下。降温塔的喷嘴易被腐蚀，降温塔易出现局部过湿而腐蚀降温塔，设计降温塔时要注意喷嘴的保护及防止局部过湿。
3.4吸收剂利用率
喷雾干燥法和循环流化床都需要过量一些吸收剂，与湿法相比，吸收剂利用率较低。采用喷雾干燥法，当入口烟气SO2浓度低于1000mg/Nm3时，如果采用布袋除尘器除尘，吸收剂的利用率可以达到98%以上。当入口烟气SO2浓度2000mg/Nm3时，如果采用电除尘器除尘，吸收剂的利用率低于80%。
循环流化床法脱硫的吸收剂利用率与脱硫塔出口烟气温度有很大的关系，如果脱硫塔出口温度能控制在近绝热饱和温度10℃左右，在脱硫效率95%时，Ca/S比可以达到1.2。脱硫塔出口温度越高则在相同脱硫效率下Ca/S越高。
3.5运行费用
喷雾干燥法如果采用NaOH、Na2CO3作为吸收剂，这两种物质价格高，则运行费用较高。如果采用Ca(OH)2作为吸收剂，由于石灰对喷嘴的磨损较大，则需要定期更换喷嘴。
循环流化床采用Ca(OH)2或CaO作为吸收剂，消石灰或石灰价格便宜，运行费用低于喷雾干燥法，系统入口SO2浓度越高，单位SO2脱除费用越低。
3.6脱硫副产物
如果采用NaOH和Na2CO3作为吸收剂的喷雾干燥法，脱硫副产物主要是Na2SO3、Na2SO4，完全可作为玻璃生产的澄清剂，采用布袋除尘器作为除尘器时副产物主要是Na2SO4，利用脱硫副产物完全没有问题，脱硫系统没有任何废物外排。
循环流化床法脱硫灰的主要成分有CaSO3·1/2H2O、CaSO4·1/2H2O及未反应的Ca(OH)2和杂质等。这些脱硫灰可以用于废矿井填埋、高速公路路基、吸声材料、水泥掺合料等。但实际上我国循环流化床法脱硫副产物利用率较低，一般直接作为工业垃圾抛弃。
3.7烟囱排烟颜色
所有半干法脱硫中，如果采用布袋除尘器，则烟囱排烟颜色一般有淡淡的棕色。如果采用电除尘器则烟囱排烟效果要好很多。
3.8对窑压的影响
喷雾干燥法配用电除尘器时，电除尘器耐温高，即使出现脱硫塔降温不能达到要求，也不需要旁通烟气，平常操作时电除尘器工作稳定，所有脱硫工艺中喷雾干燥法除尘加电除尘器除尘工艺是对玻璃窑炉窑压影响最小的。
喷雾干燥法配用布袋除尘器时，布袋除尘器的滤袋易损坏，当出现超温、烟尘粘结性强时，烟气必须旁路，防止损坏布袋除尘器的滤袋，在烟气切换时，对窑压有短暂的影响。
在脱硫灰循环系统设计合理的情况下，正常运行时循环流化脱硫塔的压降控制很稳定，脱硫除尘系统对窑压不会有任何影响。系统启动投运时，建床和退床可在几分钟内完成，风机频率自动控制，对窑压也不会有影响。如果系统操作不当，循环流化塔会出现塌床，塌床是瞬时的，物料会将整个脱硫塔入口完全堵塞，这时必须马上打开旁通阀，让烟气顺利排出。
3.9对烟囱的影响
半干法脱硫外排的烟气温度高于露点，不会腐蚀烟囱及烟道，对烟囱的安全运行无影响。
3.10与脱硝技术匹配
随着我国越来越重视环保，玻璃烟气也必须脱硝，SCR是世界上唯一大规模成功应用的高效烟气脱硝技术，对于含硫含水烟气SCR需要反应的温度大于200℃，玻璃窑炉外排烟气温度在450℃左右，采用喷雾干燥法脱硫，后面可以配SCR，不需要再升高烟气温度，从脱硫、除尘、脱硝整体治理角度来看，采用喷雾干燥法是最佳选择。其他脱硫工艺都必须升温后才能配SCR。
