Сжигание топлива в обрабатывающей промышленности (стр. 41 )

3.3.3 Горшковые печи

Горшковые печи применяются только для производства специальных стекол с ручной формовкой, с периодическим действием и температурами плавления до 1460 °C. Одна печь обычно состоит из нескольких горшков, позволяющих одновременное плавление нескольких типов стекла. Подогреваемые пламенем регенеративные и рекуперативные печи, а также электрически подогреваемые печи, закладываются для данной цели. Бытовой, природный газ, сжиженные газы и дизельное топливо, а также электричество, используются в качестве тепловой энергии. Удельный расход тепла (относящийся на производство стекла) горшковых печей сравнительно высок и в среднем составляет 30 ГДж/т производимого стекла. /10/

3.3.4 Электрические печи

Электрические печи плавят стекло при помощи пропускания электрического тока через стекломассу. Электрические печи бывают с горячим или холодным сводом. Первые используют газ для вспомогательного подогрева, последние используют только электрический ток. /6/ Электрический подогрев используется либо для дополнительного подогрева (дополнительный электроподогрев), либо исключительно в печах малого и среднего размера для производства специального стекла, такого как стекло для осветительных приборов, стекловолокна, хрусталь. /11, 16, 17/ Известен один случай производства натро-известкового стекла посредством электроподогрева, но при этом имеет место ограничение по производительности печи и специальному составу стекол /14/. Дальнейшая информация по электроподогреву приводится далее в данной главе.

3.4 Выбросы

3.4.1 Выбросы, связанные со сжиганием

При производстве стекла выделяются следующие загрязняющие вещества: окислы серы (SOx), окислы азота (NOx), летучие органические соединения (неметановые ЛОС и метан (CH4)), окисел углерода (CO), диоксид углерода (CO2) и закись азота (N2O). Также при процессе плавления образуются выбросы хлористого водорода, твердых частиц и тяжелых металлов. Выбросы твердых частиц могут также образовываться при подаче сырья. Тяжелые металлы присутствуют в твердых частицах. По данным CORINAIR90 основными загрязняющими веществами являются SO2, NOx и CO2 (смотрите таблицу 1).

Отходящие газы из печей плавления в основном состоят из газов, образующихся при сжигании топлива и в процессе плавления шихты, состав которых, в свою очередь, зависит от химических реакций, проходящих в это время. Количество газов, образующихся в процессе плавления шихты от пламенных печей, составляет от 3 до 5% от общего объема газов /7/.

Оксиды серы

Количество SO2, выделяемого при производстве стекла, главным образом, зависит от содержания серы в топливе, содержания сульфата в стекломассе и способности абсорбции серы производимым стеклом /7, 22/.

Сера, содержащаяся в шихте, частично содержится в стекле как SO3. Стекло содержит до 0,4% SO3 на вес /7/. Содержание SO3 составляет от 5 до 10% содержания SO2. Количество SO3 зависит от избытка воздуха и температуры горения /7/.

Содержание SO2 в отходящих газах определяется также условиями эксплуатации стеклоплавильной ванной печи. При эксплуатации ванных печей переменным пламенем на основе принципа регенерации наблюдается увеличение содержания SO2 в уходящих газах во время сжигания. Наиболее вероятно, что причина этого заключается в снижении способности стекломассы абсорбировать серу при повышении температуры в верхней части печи, а также испарении уже сконденсированных сернистых разновидностей в воздухоподогревателе /22/. Содержание кислорода в верхней части печи также влияет на содержание SO2 отходящих газов: при снижении количества избытка воздуха с целью сокращения расхода топлива и подавления образования NOx наблюдается увеличение содержания SO2 в отходящих газах. Это происходит вследствие того, что способность стекломассы абсорбировать серу снижается со снижением содержания кислорода в верхней зоне печи /22/.

Так как природный и бытовой газ содержат ультрамалые количества серы, наблюдается более низкий уровень SO2 в отходящих газах стеклоплавильных ванных печей, сжигающих газообразное топливо, по сравнению с печами, работающими на жидком топливе. /11/

Оксиды азота

Технологический этап, на котором происходит выделение выбросов NOx, при производстве стекла – это этап плавления. Выбросы NOx, выделяемые стекловаренными печами, – это окиси азота (NO до 90% по причине почти стехиометрической эксплуатации печей, оставшуюся часть составляет диоксид азота NO2). Концентрации закиси азота в уходящих газах стеклоплавильных печей, как правило, ниже предела обнаружения. /19/

Существует четыре основных механизма образования NOx: три из них связаны со сжиганием и включают тепловое, топливное и мгновенное образование NOx; четвертый механизм (‘шихтное’ образование NOx) является результатом использования нитратов в сырье для определенных видов стекла. /19/ В стеклоплавильной печи диапазон температур составляет от 1500 °C до 1600 °C /15/, что ведет к температуре пламени выше 2000 °C /14/. Это объясняет присутствие высоких концентраций NOx почти исключительно по причине теплового образования NOx (согласно механизму Зелдовича). Несколько параметров влияет на механизм теплового образования NOx: температура пламени, содержание кислорода в зоне реакции, а также время нахождения газов в зонах повышенных температур пламени. Данные параметры находятся в прямой связи с эксплуатационными параметрами, такими как конструкция горелок и стеклоплавильных печей, количество избытка воздуха, смешение топлива и воздуха для горения, и т. д. /18, 20, 21/ Количество мгновенных NOx относительно мало, и при сжигании природного газа топливные NOx равны нулю. /19/

Переход соединений азота, содержащихся в сырьевых материалах и осветлителях, также способствует появлению выбросов NOx вследствие образования NOx в шихте. Количество оксидов азота, выделяющееся из сырьевого материала (смотрите также главу B4614), зависит от концентрации и состава нитратов в сырье. /8/ К примеру, определенные тонированные стекла в секторе листового стекла требуют применения нитратов, которые образуют дополнительные выбросы NO, почти на таком же уровне, как неконтролируемые выбросы от процесса производства прозрачного листового стекла: выбросы при производстве прозрачного стекла составили бы 2500 мг/Нм3, а при производстве тонированного стекла – 4000 мг/Нм3 /33/. Но необходимо признать, что тонированное стекло производится лишь время от времени.

При применении газовых стеклоплавильных ванных печей температура пламени выше по сравнению с печами, работающими на жидком топливе. Как следствие, печи на жидком топливе выбрасывают меньше NOx, чем газовые. Более того, так как стеклоплавильные печи с подковообразным пламенем позволяют иметь более благоприятные характеристики пламени, чем печи с поперечным направлением пламени, первые показывают меньшие выбросы NOx. Рекуперативные печи приводят к более низким выбросам NOx, чем регенеративные печи вследствие более низкой температуры подогрева. /11, 18/ В нижеследующей таблице приводятся концентрации NOx для некоторых типов печей.

Таблица 6: Выбросы NOx для некоторых типов печей /11, 23/

Тип печи / топливо	Выбросы NOx* (мг/Нм3)
Печи, работающие на жидком топливе, с рекуперативным подогревом	400-1400
Печи, работающие на газе, с рекуперативным нагревом	400-1600
Печи, работающие на жидком топливе, с регенеративным подогревом печи с подковообразным направлением пламени печи с поперечным направлением пламени	1000-2400 1600-3600
Печи, работающие на газе, с регенеративным подогревом печи с подковообразным направлением пламени печи с поперечным направлением пламени	1400-3000 1600-4000

* Данные значения относятся к содержанию О2 в отходящих газах объема 8 -%

3.4.2 Выбросы, связанные с процессом

Основным источником выбросов в атмосферу является горячая печь. Тяжелые металлы, выделяющиеся из сырья или топлива, частично испаряются в горячей печи. Тяжелые металлы, выбрасываемые в воздух, в основном, это мышьяк, кадмий, хром, свинец, олово и селен.

При использовании мазута в процессе сжигания могут выбрасываться также никель и ванадий. В южной и восточной Европе часто используется флуорит в процессе плавления. При повторном использовании стекла, привезенного из стран вышеуказанного региона, может выбрасываться и фтор.

Основными материалами для производства стекла являются оксид кремния и оксиды щелочных металлов. Оксиды щелочных металлов образуются в процессе диссоциации карбонатов. Коэффициенты выбросов, приведенные в /38/, рассчитываются, исходя из величины карбонатов, добавленных в процессе производства различных типов стекла, с учетом предположения, что все оксиды металлов происходят от карбонатов, и отсутствует добавление повторно используемого стекла.

3.5  Меры по снижению выбросов

3.5.1  Меры по снижению выбросов NOx

3.5.1.1  Первичные меры по снижению выбросов

3.5.1.1.1  Сокращение избытка воздуха

Технические аспекты

Целью этой относительно упрощенной меры является почти стехиометрическое сжигание, приводящее к более низкой концентрации кислорода в зоне реакции, и, как следствие, снижению оксидов азота. Обмуровка печи против присосов воздуха является дополнительной мерой по снижению количества избытка воздуха. Существует возможность достижения эффективности снижения выбросов NOx от 30 до 70% (в зависимости от первоначального уровня) /18/. Наблюдается небольшое снижение удельного потребления энергии /14/.

Однако можно заметить, что переход к стехиометрическому сжиганию может привести к значительному снижению NOx, но с другой стороны привести к увеличению выбросов прочих загрязняющих веществ (например, СО, пыль), а также к незначительному увеличению потребности в энергии. Кроме того, содержание О2 в верхней части стеклоплавильной печи может повлиять на качество продукта и срок эксплуатации печи. /11/