周 榮 胡榮祥 吳 建 朱 俊 袁海英

(1.浙江省生態(tài)環(huán)境科學(xué)設(shè)計研究院,浙江 杭州 310007；2.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020；3.衢州市清泰環(huán)境工程有限公司，浙江 衢州 324000)

我國有很多玻璃工業(yè)生產(chǎn)線，而玻璃熔窯煙氣的單位質(zhì)量污染物排放量比燃煤電廠高出數(shù)倍，因此玻璃工業(yè)已是目前工業(yè)爐窯大氣污染防控的重點[1]。我國已分別于2011、2013年發(fā)布施行平板玻璃[2]、電子玻璃[3]工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，都要求新建企業(yè)玻璃熔窯顆粒物(PM)、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)排放質(zhì)量濃度分別小于50、400、700 mg/m3。2015年發(fā)布了日用玻璃、玻璃纖維及制品大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿[4]，2017年又對平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)修改征求意見[5]，針對重點地區(qū)導(dǎo)向性地增加PM、SO2、NOx特別排放限值。2020年發(fā)布《玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿)》[6]，將平板玻璃、電子玻璃、日用玻璃、玻璃纖維及制品4項標(biāo)準(zhǔn)合而為一，將PM、SO2、NOx特別排放限值收嚴(yán)到20、100、300(玻璃制品400) mg/m3。在國家標(biāo)準(zhǔn)不斷收嚴(yán)的同時，地方標(biāo)準(zhǔn)收嚴(yán)進(jìn)度更快、幅度更大，河南省[7]、天津市[8]、重慶市[9]、山東省[10]、廣東省[11]、河北省[12]等先后發(fā)布地方標(biāo)準(zhǔn)，目前最嚴(yán)格的是河北省的《平板玻璃工業(yè)大氣污染物超低排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 13/2168—2020)，PM、SO2、NOx排放限值分別為10、50、200 mg/m3。

由于玻璃工業(yè)涉及的產(chǎn)品類型、燃料類型、熔窯類型較多，加上地方標(biāo)準(zhǔn)不一，導(dǎo)致現(xiàn)行玻璃熔窯煙氣治理技術(shù)和排放水平參差不齊。針對不同的標(biāo)準(zhǔn)體系，對適合各地標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的玻璃熔窯治理技術(shù)開展評估勢在必行。

目前，燃煤電廠煙氣治理技術(shù)的評估較多[13]，并已逐步拓展到垃圾焚燒煙氣中二噁英控制等領(lǐng)域[14]，但玻璃熔窯煙氣治理技術(shù)的評估尚未系統(tǒng)開展。梁博隆[15]建立了一套玻璃工業(yè)煙氣脫硝技術(shù)的評估方法，存在的問題是：(1)僅選取了選擇性非催化還原脫硝(SNCR)、選擇性催化還原脫硝(SCR)和SNCR/SCR聯(lián)用3種末端控制的脫硝技術(shù)進(jìn)行評估，未考慮玻璃生產(chǎn)工藝的特殊性；(2)未將除塵、脫硫同時考慮進(jìn)去。

因此，本研究基于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢，通過綜合考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)因素對玻璃熔窯煙氣除塵、脫硫、脫硝協(xié)同治理技術(shù)進(jìn)行篩選，以期為玻璃生產(chǎn)企業(yè)推進(jìn)大氣污染物的深度控制提供參考。

1 評價方法

參照我國燃煤電廠大氣汞控制技術(shù)綜合評估的步驟[16]對玻璃熔窯煙氣協(xié)同治理技術(shù)進(jìn)行評價。

1.1 待評價技術(shù)篩選

玻璃熔窯煙氣具有溫度高、成分復(fù)雜且污染物濃度高等特點。受原料、燃料和熔窯工況3重因素的綜合影響，玻璃熔窯又會造成煙氣中PM、SO2、NOx濃度劇烈變化。

參考《玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿)》的編制說明中建立的預(yù)防技術(shù)+治理技術(shù)模式，考慮到預(yù)防技術(shù)的原料控制脫硫技術(shù)實際上也是治理技術(shù)，而能源類型又是預(yù)防技術(shù)的重點，因此本研究將治理技術(shù)的模式調(diào)整為能源+治理技術(shù)。能源按潔凈程度可分為清潔能源、中等污染能源和傳統(tǒng)重污染能源，其中清潔能源又分為電能和天然氣，中等污染能源主要是煤制氣(包括發(fā)生爐煤氣和焦?fàn)t煤氣)。電能熔窯的各類污染物排放濃度都較低，原料控制脫硫技術(shù)的基礎(chǔ)上無需另加其他治理技術(shù)；天然氣熔窯的PM和SO2排放濃度較低，但NOx排放濃度較高[17-18]，重點需要配套脫硝技術(shù)；煤制氣熔窯或傳統(tǒng)重污染能源熔窯的各類污染物排放濃度都較高[19]，需全面配套PM、SO2、NOx治理技術(shù)。本研究篩選了8種不同能源類型的典型協(xié)同治理技術(shù)(見表1)，各協(xié)同治理技術(shù)是從全流程上對PM、SO2、NOx進(jìn)行協(xié)同治理。

表1 篩選的典型協(xié)同治理技術(shù)

1.2 評價指標(biāo)體系

借鑒火電行業(yè)除塵、脫硫、脫硝技術(shù)評估的指標(biāo)體系，結(jié)合玻璃工業(yè)的燃料特征、原料特征、煙氣特征和治理技術(shù)的特點，構(gòu)建了由環(huán)境指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)3個一級指標(biāo)組成的評價指標(biāo)體系(見表2)。

表2 評價指標(biāo)及其權(quán)重

評價指標(biāo)權(quán)重首先通過專家打分取平均得到各三級指標(biāo)的權(quán)重，專家共有15位，包括煙氣治理技術(shù)研發(fā)與評估專家5位、玻璃工藝及熔窯設(shè)計專家5位、玻璃生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)專家5位。然后構(gòu)建判斷矩陣[20-21]。再利用基于層次分析(AHP)的模糊綜合評價法[22-23]對指標(biāo)權(quán)重多層次分析，以消除主觀影響。最終的三級指標(biāo)權(quán)重列于表2，上一級的指標(biāo)權(quán)重由下一級的各指標(biāo)權(quán)重加和得到。

1.3 評價指標(biāo)打分

參考文獻(xiàn)[12]的方法，由評價指標(biāo)權(quán)重打分的專家對所選的典型協(xié)同治理技術(shù)進(jìn)行每項三級指標(biāo)的打分，15個專家的打分取平均值，分值范圍為[0,1]，分值越大越好，最終打分結(jié)果見表3。

表3 典型協(xié)同治理技術(shù)的打分結(jié)果

2 評價結(jié)果與討論

2.1 綜合評估結(jié)果

參考文獻(xiàn)[21]，根據(jù)三級指標(biāo)最終打分結(jié)果和權(quán)重進(jìn)行加權(quán)求和分別得到一級指標(biāo)得分和綜合得分(見表4)。

表4 典型協(xié)同治理技術(shù)的綜合評估結(jié)果

由表4可見，各治理技術(shù)的綜合得分表現(xiàn)為T1>T4>T3>T2>T7>T6>T5>T8，其中T1的綜合得分達(dá)到0.667 8，是玻璃熔窯煙氣治理技術(shù)中PM、SO2、NOx協(xié)同控制最佳的技術(shù)。T8綜合得分最低，主要是因為使用了SNCR，該技術(shù)在玻璃行業(yè)應(yīng)用較少，實現(xiàn)NOx超低排放的穩(wěn)定性和可靠性不足，只能適合用于能源結(jié)構(gòu)和原料結(jié)構(gòu)較優(yōu)、初始NOx濃度較低的玻璃纖維熔窯，下面不再對其進(jìn)行權(quán)重敏感性分析。

總體而言，使用電能、天然氣等清潔能源，能從源頭上減少NOx的生成，且電能窯爐和純氧燃燒還可以解決換火的問題，綜合性能較好。

2.2 權(quán)重敏感性分析

由于決策對宏觀的環(huán)境指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)會有調(diào)整，因此有必要對調(diào)整指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行敏感性分析。根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗，重點考慮環(huán)境指標(biāo)時將環(huán)境指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)權(quán)重分別調(diào)整為0.6、0.2、0.2，重點考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)時將環(huán)境指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)權(quán)重分別調(diào)整為0.2、0.6、0.2，重點考慮技術(shù)指標(biāo)時將環(huán)境指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)權(quán)重分別調(diào)整為0.2、0.2、0.6。各二級和三級指標(biāo)權(quán)重按表2中的權(quán)重比例進(jìn)行調(diào)整，結(jié)果見圖1。

圖1 權(quán)重敏感性分析結(jié)果Fig.1 Weight sensibility analysis result

由圖1(a)可見，重點考慮環(huán)境指標(biāo)時，T1綜合得分最高，對環(huán)境最友好，與2.1節(jié)當(dāng)前的實際綜合評估結(jié)果一致，說明當(dāng)前的實際綜合評估非常重視環(huán)境指標(biāo)，玻璃熔窯采用清潔能源的電能替代是倡導(dǎo)方向，使用電能作為能源，無明火，PM、SO2只有原料本身產(chǎn)生，NOx的排放濃度也極低。由圖1(b)可見，重點考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)時，T4綜合得分最高，為最經(jīng)濟(jì)治理技術(shù)，該技術(shù)使用的能源為天然氣，也屬于清潔能源，純氧燃燒又可以大幅削減煙氣排放量，且無需配套SCR，因此成本大幅削減，其環(huán)境指標(biāo)得分也不低。由圖1(c)可見，重點考慮技術(shù)指標(biāo)時，T1綜合得分最高，T4與T1相差不大。

綜合分析圖1，T1和T4的綜合得分都明顯高于其他治理技術(shù)，這兩種治理技術(shù)都使用了清潔能源，重點考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)時T4綜合得分略高于T1，而重點考慮環(huán)境指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)時T1綜合得分略高于T4。對于新建玻璃熔窯，通常環(huán)境指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)需重點考慮。同樣使用清潔能源天然氣的T2和T3綜合得分比T1和T4低，是因為T2配套了SCR，并輔以靜電除塵，T3的復(fù)合陶瓷濾筒除塵脫硝一體化技術(shù)，實際也包含了SCR和除塵技術(shù)，T2、T3所包含的SCR存在著成本高、催化劑堵塞、廢棄催化劑造成二次污染等問題，但對脫硝有特殊要求時就得從T2和T3中進(jìn)行選擇。重點考慮環(huán)境指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)時T3優(yōu)于T2，但是重點考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)時，T2優(yōu)于T3，T3的經(jīng)濟(jì)成本較高主要是因為陶瓷濾筒作為新產(chǎn)品價格較貴，而且陶瓷濾筒比較復(fù)雜，建設(shè)運行費用也高。

目前國內(nèi)的現(xiàn)狀是玻璃熔窯仍以非清潔能源為主導(dǎo)。T5、T6、T7使用的均是非清潔能源，而且均配套了SCR進(jìn)行脫硝。由2.1節(jié)可知，T5、T6、T7與使用清潔能源且配套SCR的T2綜合得分差不多。在重點考慮環(huán)境指標(biāo)時，T5的綜合得分略高于T6和T7，且其環(huán)境指標(biāo)得分明顯高于T6和T7；在重點考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)時，T5的綜合得分明顯低于T6和T7，說明T5的經(jīng)濟(jì)性較差，而T6和T7的差別不大；在重點考慮技術(shù)指標(biāo)時，T5綜合得分低于T6和T7，但其技術(shù)指標(biāo)得分只是略低于T6和T7，呈基本持平的水平，說明T5技術(shù)上并沒有太多瑕疵。

3 結(jié)論和建議

(1) 玻璃熔窯煙氣除塵、脫硫、脫硝協(xié)同治理技術(shù)的綜合得分表現(xiàn)為T1>T4>T3>T2>T7>T6>T5>T8，使用電能、天然氣等清潔能源，能從源頭上減少NOx的生成，綜合性能較好。

(2) 使用清潔能源的玻璃熔窯，特別是新建玻璃熔窯，重點考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)時推薦選擇T4，重點考慮環(huán)境指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)時推薦選擇T1；若脫硝有特殊要求，重點考慮環(huán)境指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)時推薦選擇T3，重點考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)時推薦選擇T2。

(3) 對于現(xiàn)階段以非清潔能源為主導(dǎo)的玻璃熔窯，重點考慮環(huán)境指標(biāo)時推薦選擇T5；重點考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)時推薦選擇T6或T7；重點考慮技術(shù)指標(biāo)時優(yōu)先考慮T6或T7，也可考慮T5。