陶瓷行業(yè)煙氣半干法綜合治理技術(shù)分析

黃賓　王力行　楊立群

摘 要：針對(duì)陶瓷行業(yè)噴霧塔和輥道窯的傳統(tǒng)煙氣處理存在的問(wèn)題，本文介紹了一種煙氣半干法綜合治理技術(shù)，分析了其脫硫除塵的物理化學(xué)過(guò)程和原理，以及采用該系統(tǒng)取得的節(jié)能降耗和環(huán)保效果，指出了未來(lái)脫硫除塵治理的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：陶瓷；煙氣；脫硫；半干法；治理

1 引言

陶瓷企業(yè)所產(chǎn)生煙氣主要來(lái)自于噴霧干燥塔和燒成窯爐，這些煙氣的主要污染物是粉塵和二氧化硫。目前陶瓷企業(yè)的煙氣脫硫治理方式大多是采用傳統(tǒng)的方法，即噴霧塔外排煙氣采用袋除塵器+雙堿法脫硫塔的方式，而輥道窯煙氣脫硫采用濕法脫硫方式。事實(shí)上，這些傳統(tǒng)的煙氣脫硫方式在運(yùn)作過(guò)程中還存在很多的問(wèn)題，影響了企業(yè)的生產(chǎn)和環(huán)保治理效果。

本文主要介紹一種煙氣半干法綜合治理技術(shù)，專(zhuān)門(mén)針對(duì)噴霧塔和陶瓷輥道窯的煙氣進(jìn)行脫硫除塵一體化處理。

2 傳統(tǒng)煙氣脫硫方式及存在的問(wèn)題

2.1 傳統(tǒng)煙氣脫硫方式

2.1.1噴霧塔外排煙氣

噴霧塔外排煙氣的治理工藝采用袋除塵器+雙堿法脫硫塔的方式。該方法的布袋除塵器設(shè)置是每個(gè)噴霧塔配一臺(tái)布袋除塵器，然后將經(jīng)過(guò)布袋除塵器的煙氣集中到一座脫硫塔內(nèi)進(jìn)行脫硫。

2.1.2陶瓷輥道窯煙氣脫硫

陶瓷輥道窯煙氣脫硫采用濕法脫硫（雙堿法脫硫工藝）。即把現(xiàn)有窯爐的煙氣集中到一起，再進(jìn)入一座噴淋塔進(jìn)行脫硫，待煙氣凈化后再排放。

2.2 傳統(tǒng)煙氣脫硫方式存在的問(wèn)題

從企業(yè)運(yùn)作的情況來(lái)看，當(dāng)前大多數(shù)企業(yè)采用的這種傳統(tǒng)脫硫除塵工藝至少存在以下問(wèn)題：

2.2.1影響通風(fēng)，影響產(chǎn)量

很多陶瓷企業(yè)噴霧塔的布袋除塵器是在邊生產(chǎn)、邊改造的過(guò)程中完成的，造成環(huán)保設(shè)備布局混亂，管網(wǎng)連接迂回曲折，通風(fēng)阻力過(guò)大。從而影響通風(fēng)和生產(chǎn)，使噴霧塔產(chǎn)能下降。

2.2.2設(shè)計(jì)有結(jié)構(gòu)缺陷，易沾粘堵塞，濾袋破損快

該類(lèi)布袋除塵器最初的設(shè)計(jì)是用于處理干態(tài)煙氣、粗顆粒粉塵的，不適合處理噴霧塔這種含水、含酸以及含焦油等多種沾粘成分的復(fù)雜煙氣。清灰均采用箱式脈沖，每個(gè)室僅配一只脈沖閥，布袋上口處未設(shè)置噴吹管，清灰強(qiáng)度低，容易堵塞布袋，造成酸性物質(zhì)凝聚，腐蝕布袋和箱體內(nèi)壁。

2.2.3使用壽命短

由于生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀造成噴霧塔布袋除塵器時(shí)停時(shí)開(kāi)，造成噴霧塔煙氣中的水分在除塵器內(nèi)積留。當(dāng)除塵器停機(jī)超過(guò)一定時(shí)間時(shí)，除塵器的溫度就會(huì)下降，積留在內(nèi)部的水蒸汽就會(huì)凝結(jié)成小水滴，對(duì)設(shè)備造成腐蝕。

3 新型煙氣脫硫除塵一體處理系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)設(shè)備

該煙氣處理系統(tǒng)的主要設(shè)備包括：半干法脫硫塔系統(tǒng)、灰循環(huán)系統(tǒng)、吸收劑存儲(chǔ)與輸送系統(tǒng)、布袋除塵系統(tǒng)。煙氣脫硫除塵一體處理系統(tǒng)如圖1所示。

3.1.1半干法脫硫塔系統(tǒng)

半干法脫硫及煙氣系統(tǒng)主要包括半干法脫硫塔、連接煙道。煙氣由脫硫塔下部通過(guò)布風(fēng)裝置進(jìn)入脫硫塔。霧化水由脫硫塔喉口部的雙流體霧化噴嘴噴入脫硫塔，以很高的傳質(zhì)速率在脫硫塔中與煙氣混合，煙氣中小液滴與吸收劑顆粒以很高的傳質(zhì)速率和煙氣中的SO2等酸性物質(zhì)混合反應(yīng)。

3.1.2 灰循環(huán)系統(tǒng)

為提高吸收劑的利用率，系統(tǒng)設(shè)有灰循環(huán)系統(tǒng)，可根據(jù)反應(yīng)器中吸收劑的濃度來(lái)調(diào)整循環(huán)倍率。

3.1.3 吸收劑存儲(chǔ)及輸送系統(tǒng)

吸收劑存儲(chǔ)設(shè)備主要是儲(chǔ)粉倉(cāng)。通過(guò)儲(chǔ)粉倉(cāng)下部出口的螺旋給料機(jī)送入空氣斜槽，與空氣斜槽中的循環(huán)灰混合后進(jìn)入半干法脫硫塔。

3.1.4布袋除塵器系統(tǒng)

當(dāng)脫硫反應(yīng)后的含塵氣體由脫硫塔進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)風(fēng)口，與導(dǎo)流板相撞擊，在此沉降段內(nèi)，粗顆粒粉塵掉入灰斗，起到預(yù)收塵的作用?？紤]到噴霧塔煙氣的特性和脫硫除塵效率的要求，布袋除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)上增設(shè)了沉降室，進(jìn)一步加強(qiáng)預(yù)收塵的作用。

氣流隨后折轉(zhuǎn)向上，通過(guò)內(nèi)部裝有金屬架的濾袋，粉塵被捕集在濾袋的外表面，使氣體凈化。凈化后的氣體進(jìn)入濾袋室上部的清潔室，匯集到出風(fēng)管排出。

3.2 系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)

該技術(shù)主要是根據(jù)循環(huán)流化床理論和噴霧干燥原理，采用懸浮方式，使吸收劑在半干法脫硫塔內(nèi)懸浮、反復(fù)循環(huán)，與煙氣中的SO2充分接觸、反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)脫硫的一種方法。

煙氣脫硫工藝分為以下7個(gè)步驟：

（1） 吸收劑存儲(chǔ)、輸送和制備；

（2） 煙氣霧化增濕調(diào)溫；

（3） 吸收劑與含濕煙氣霧化顆粒充分接觸混合；

（4） 二氧化硫吸收；

（5） 灰循環(huán)；

（6） 廢渣排除。

注：（2）、（3）、（4）、（5）四個(gè)步驟均在半干法脫硫塔中進(jìn)行，其包括化學(xué)過(guò)程和物理過(guò)程。

3.2.1化學(xué)過(guò)程

當(dāng)霧化水經(jīng)過(guò)雙流體霧化噴嘴在脫硫塔中霧化，并與煙氣充分接觸，煙氣冷卻并增濕，氫氧化鈣粉顆粒同H2O、SO2和H2SO3反應(yīng)生成干粉產(chǎn)物，整個(gè)反應(yīng)分為氣相、液相和固相三種狀態(tài)反應(yīng)，反應(yīng)步驟及方程式如下：

（1） SO2被液滴吸收：

SO2（氣）+H2O→H2SO3（液）

CaO經(jīng)過(guò)干式消化器后變?yōu)镃a（OH）2：

CaO （固）+H2O（液）→Ca（OH）2（固）

（2） 吸收的SO2同溶液吸收劑反應(yīng)生成亞硫酸鈣：

Ca（OH）2（液）+H2SO3（液）→CaSO3（液）+2H2O

Ca（OH）2（固）+H2SO3（液）→CaSO3（液）+2H2O

（3） 液滴中CaSO3達(dá)到飽和后，即開(kāi)始結(jié)晶析出：

CaSO3（液）→CaSO3（固）

（4） 部分溶液中的CaSO3與溶于液滴中的氧反應(yīng)，氧化成硫酸鈣：

CaSO3（液）+1/2O2（液）→CaSO4（液）

（5） CaSO4（液）溶解度低，從而結(jié)晶析出：

CaSO4（液）→CaSO4（固）

（6） 對(duì)未來(lái)得及反應(yīng)的Ca（OH）2 （固），以及包含在CaSO3（固）、 CaSO4（固）內(nèi)的CaO（固）進(jìn)行增濕霧化：

Ca（OH）2（固）→Ca（OH）2（液）

SO2（氣）+H2O→H2SO3（液）

Ca（OH）2（液）+H2SO3（液）→CaSO3（液）+2H2O

CaSO3（液）→CaSO3（固）

CaSO3（液）+1/2O2（液）→CaSO4（液）

CaSO4（液）→CaSO4（固）

（7） 布袋除塵器脫除的煙灰中的未反應(yīng)的Ca（OH）2 （固），以及包含在CaSO3（固）、 CaSO4（固）內(nèi)的Ca（OH）2 （固）循環(huán)至半干法脫硫塔內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)：

Ca（OH）2（固）→Ca（OH）2 （液）

SO2（氣）+H2O→H2SO3（液）

Ca（OH）2（液）+H2SO3（液）→CaSO3（液）+2H2O

CaSO3（液）→CaSO3（固）

CaSO3（液）+1/2O2（液）→CaSO4（液）

CaSO4（液）→CaSO4（固）

3.2.2 物理過(guò)程

物理過(guò)程系指液滴的蒸發(fā)干燥及煙氣冷卻增濕過(guò)程。液滴從蒸發(fā)開(kāi)始到干燥所需的時(shí)間，對(duì)脫硫塔的設(shè)計(jì)和脫硫率都非常重要。影響液滴干燥時(shí)間的因素有液滴大小、液滴含水量以及趨近絕熱飽和的溫度值。液滴的干燥大致分為兩個(gè)階段：第一階段由于漿料液滴中固體含量不大，基本上屬于液滴表面水的自由蒸發(fā)，蒸發(fā)速度快而相對(duì)恒定。隨著水分蒸發(fā)，液滴中固體含量增加，當(dāng)液滴表面出現(xiàn)顯著固態(tài)物質(zhì)時(shí)，便進(jìn)入第二階段。由于蒸發(fā)表面積變小，水分必須穿過(guò)固體物質(zhì)從顆粒內(nèi)部向外擴(kuò)散，干燥速率降低，液滴溫度升高并接近煙氣溫度，最后由于其中水分蒸發(fā)殆盡形成固態(tài)顆粒而從煙氣中分離。霧化液滴的干燥及反應(yīng)順序如圖2所示。

半干法脫硫塔內(nèi)反應(yīng)灰的高倍率循環(huán)使循環(huán)灰顆粒之間發(fā)生激烈碰撞，使顆粒表面生成物的固形物外殼被破壞，里面未反應(yīng)的新鮮顆粒暴露出來(lái)繼續(xù)參加反應(yīng)?？陀^(guān)上起到了加快反應(yīng)速度、干燥速度以及大幅度提高吸收劑利用率的作用。另外由于高濃度密相循環(huán)的形成，半干法脫硫塔內(nèi)傳熱、傳質(zhì)過(guò)程被強(qiáng)化，反應(yīng)效率、反應(yīng)速度都被大幅度提高。而且反應(yīng)灰中含有大量未反應(yīng)吸收劑，所以半干法脫硫塔內(nèi)實(shí)際鈣硫比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于表觀(guān)鈣硫比。

在半干法脫硫塔內(nèi)設(shè)置有多級(jí)增濕活化裝置。經(jīng)過(guò)增濕活化后原來(lái)位于反應(yīng)物產(chǎn)物層內(nèi)部的Ca（OH）2 從顆粒內(nèi)部向表面發(fā)生遷移，并形成亞微米級(jí)細(xì)粒，沉積在顆粒表面或與表層產(chǎn)物層相互夾雜。遷移還改變了當(dāng)?shù)氐目紫督Y(jié)構(gòu)。這些綜合效果使反應(yīng)劑重新獲得反應(yīng)活性。

4 系統(tǒng)工程實(shí)施

4.1 實(shí)施概況

本系統(tǒng)在某陶瓷公司實(shí)施，該公司現(xiàn)有兩條輥道窯（產(chǎn)量分別為20000m2/天和12000m2/天）和兩座噴霧塔。為達(dá)到最新環(huán)保要求，配套建設(shè)"半干法煙氣脫硫系統(tǒng)+布袋除塵器"煙氣凈化系統(tǒng)，系統(tǒng)由煙氣脫硫系統(tǒng)、布袋除塵器系統(tǒng)、灰循環(huán)系統(tǒng)、吸收劑存儲(chǔ)給料系統(tǒng)、外排灰系統(tǒng)和增濕霧化水系統(tǒng)等組成。兩條窯爐配置一套脫硫塔，兩座噴霧塔各配置一套脫硫系統(tǒng)，三套脫硫系統(tǒng)尾部共同設(shè)置一套布袋除塵器。

4.1.1設(shè)計(jì)參數(shù)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的窯爐煙氣和噴霧塔煙氣參數(shù)如表1和表2所示。

4.1.2 性能指標(biāo)

在水、電、壓縮空氣和消石灰按設(shè)計(jì)要求正常供應(yīng)，煙氣排放質(zhì)量滿(mǎn)足脫硫裝置設(shè)計(jì)參數(shù)情況下，煙氣通過(guò)該系統(tǒng)處理后，系統(tǒng)排放的煙氣中，粉塵≤30 mg/Nm3、SO2≤50 mg/Nm3。

4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)備選型

4.2.1 煙道系統(tǒng)

兩臺(tái)噴霧塔煙氣脫硫各采用一臺(tái)脫硫塔（1#脫硫塔、2#脫硫塔），兩條窯爐共用一臺(tái)脫硫塔（3#），煙氣分別先從相應(yīng)脫硫塔下部進(jìn)入，脫硫后三臺(tái)脫硫塔煙氣共同進(jìn)入一臺(tái)布袋除塵，經(jīng)布袋收塵后由煙囪直排。

4.2.2 脫硫塔系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在脫硫塔中，脫硫煙氣和含吸收劑的循環(huán)灰接觸，完成脫硫反應(yīng)。

（2）設(shè)備選型

所選脫硫塔主要性能參數(shù)如表3所示。

4.2.3 吸收劑存儲(chǔ)輸送系統(tǒng)

（1） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吸收劑采用消石灰作為原料，其存儲(chǔ)和輸送系統(tǒng)主要包括消石灰粉倉(cāng)、變頻卸灰閥、噴射泵、粉倉(cāng)庫(kù)頂除塵器等。

（2） 設(shè)備選型

1）消石灰粉倉(cāng)；

2）粉倉(cāng)庫(kù)頂除塵器；

3）消石灰星型卸灰閥。

4.2.4 脫硫灰循環(huán)系統(tǒng)及輸灰系統(tǒng)

（1） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)脫硫塔中灰的濃度和脫硫效率來(lái)調(diào)節(jié)循環(huán)倍率。

（2） 設(shè)備選型

1）空氣斜槽；

2）循環(huán)灰流量控制閥；

3）循環(huán)灰星型卸灰閥；

4）外排灰氣動(dòng)閥；

5）羅茨風(fēng)機(jī)；

6）循環(huán)灰斜槽流化風(fēng)機(jī)。

4.2.5工藝水系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)

工業(yè)水主要作用為：脫硫塔增濕活化及調(diào)節(jié)煙氣溫度用水。煙氣通過(guò)蒸發(fā)霧狀水來(lái)冷卻。

（2）設(shè)備選型

1）脫硫水泵；

2）工藝水箱。

5 工程實(shí)例分析

某陶瓷企業(yè)采用該系統(tǒng)進(jìn)行處理粉塵的治理，總處理煙氣量約為700000 m3/h，濾袋的數(shù)量為3456條。在使用兩年以后，對(duì)其布袋除塵器進(jìn)行了全面檢查，發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的情況良好，濾袋需要更換的數(shù)量只有300多條，為濾袋總數(shù)的十分之一。

5.1 延長(zhǎng)設(shè)備使用年限

由于系統(tǒng)為多塔多窯爐共用一套系統(tǒng)，在單塔或單窯解列退出生產(chǎn)時(shí)，仍然能夠維持設(shè)備內(nèi)部的溫、濕度，起到抑制煙氣中的水出現(xiàn)結(jié)露的作用，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

5.2 降低能耗

本系統(tǒng)采用半干法脫硫工藝，系統(tǒng)的用水量小，水泵的功率小，一般為3～5 kW左右。不像濕法脫硫整個(gè)過(guò)程需要大量的噴淋水來(lái)吸收SO2，通常SO2濃度越高需要的液氣比越高，循環(huán)水量也就越大，能耗也就越高。

5.3 降低成本

半干法脫硫系統(tǒng)所使用的吸收劑為熟石灰。

5.4 環(huán)保效果明顯

系統(tǒng)實(shí)施企業(yè)經(jīng)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)的顆粒物濃度、二氧化硫濃度都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，環(huán)保效果明顯。

6 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)陶瓷企業(yè)噴霧塔、輥道窯煙氣中粉塵含水量高的特點(diǎn)，以及目前企業(yè)采用方法存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)出包含半干法脫硫塔系統(tǒng)、灰循環(huán)系統(tǒng)、吸收劑存儲(chǔ)與輸送系統(tǒng)和布袋除塵系統(tǒng)的煙氣半干法綜合治理系統(tǒng)，能夠取得比傳統(tǒng)除塵脫硫系統(tǒng)明顯的治理效果，可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命、降低能耗和成本，具有明顯的環(huán)保效果，是陶瓷行業(yè)未來(lái)除塵脫硫治理的一個(gè)發(fā)展方向。