芒市硅冶煉企業(yè)脫硫技術(shù)對(duì)比與分析

喬楊青

（德宏州生態(tài)環(huán)境局芒市分局，云南德宏 678400）

1 項(xiàng)目背景

芒市現(xiàn)有4家硅冶煉企業(yè)，本文選取芒市工業(yè)園區(qū)內(nèi)A、B 兩家硅冶煉企業(yè)作為研究重點(diǎn)。這兩家企業(yè)都分別擁有兩臺(tái)12 500kVA 硅冶煉爐，企業(yè)根據(jù)自身生產(chǎn)需求因地制宜積極對(duì)硅冶煉生產(chǎn)線煙氣治理進(jìn)行升級(jí)改造。

A 廠的煙氣脫硫裝置是選用氣動(dòng)乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝。該工藝中電冶爐生產(chǎn)線煙氣經(jīng)除塵后由主抽風(fēng)機(jī)引出，經(jīng)原煙道至增壓風(fēng)機(jī)后進(jìn)入吸收塔，上行的SO2、SO3等酸性氣體與向下噴淋的循環(huán)吸收劑漿液逆流接觸生成亞硫酸鈣，脫硫后的煙氣在除霧器內(nèi)除去煙氣中推帶的漿霧后由吸收塔頂部出口進(jìn)入煙囪排出。B 廠選用回流式循環(huán)流化床半干法脫硫工藝，該工藝中煙氣的酸性成分與粉末狀的消石灰發(fā)生反應(yīng)。循環(huán)流化床的工作原理是保證煙氣與消石灰良好的混合，以及脫硫灰較長(zhǎng)的滯留時(shí)間，水準(zhǔn)確地噴入循環(huán)流化床中，進(jìn)一步優(yōu)化了反應(yīng)條件。兩家企業(yè)通過對(duì)煙氣治理設(shè)施的升級(jí)改造，有效減少了SO2的排放，大大提高了當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量，提高了企業(yè)生存能力。

2 脫硫裝置的工藝與運(yùn)行情況

2.1 石灰石-石膏濕法脫硫工藝

石灰石-石膏濕法脫硫是濕法脫硫中最常見的一種。脫硫原理：石灰石經(jīng)破碎磨成石灰石粉加水制成漿液，由循環(huán)泵將漿液泵入吸收塔內(nèi)，與煙氣充分接觸混合（此前煙氣已除塵），漿液中碳酸鈣、煙氣中的二氧化硫、從塔下部鼓入的空氣三者進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成CaSO4，CaSO4達(dá)到一定飽和度后結(jié)晶形成CaSO4.2H2O。石膏漿液由吸收塔排出，經(jīng)濃縮、脫水，使其含水量小于10%，再用輸送機(jī)送至石膏貯料倉堆放。脫硫后的煙氣需經(jīng)除霧器除去霧滴，再經(jīng)換熱器加熱升溫后，由煙囪排入大氣。由于吸收塔內(nèi)吸收劑漿液通過循環(huán)泵反復(fù)循環(huán)與煙氣接觸，吸收劑利用率很高，鈣硫比較低，脫硫效率可大于95%。

2.2 煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)（CFB）

煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)（CFB）是以循環(huán)流化床原理為反應(yīng)基礎(chǔ)的煙氣脫硫除塵一體化技術(shù)。其主要是通過提高鈣硫摩爾比、加強(qiáng)氣流均布、延長(zhǎng)煙氣反應(yīng)時(shí)間、改進(jìn)工藝水加入和提高吸收劑消化等措施，實(shí)現(xiàn)廢氣超低排放。

新水經(jīng)過雙流體霧化噴嘴在反應(yīng)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、SO3等反應(yīng)生成干粉產(chǎn)物最終進(jìn)入布袋除塵器去除，整個(gè)反應(yīng)分為氣相、液相和固相三種狀態(tài)反應(yīng)。

CFB 半干法脫硫工藝主要由吸收劑供應(yīng)系統(tǒng)、吸收塔（脫硫塔）、工藝水系統(tǒng)、返灰系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)組成。其中除塵系統(tǒng)采用內(nèi)濾式長(zhǎng)袋反吹風(fēng)布袋除塵器（現(xiàn)有，利舊），每臺(tái)爐24個(gè)灰斗，計(jì)1 100條布袋，兩臺(tái)爐共48個(gè)灰斗，共用一個(gè)箱體?；叶穬?nèi)硅微粉通過正壓輸灰管道輸送至硅微粉倉集中收集清理。

3 裝置開啟后的運(yùn)行優(yōu)化工作

相對(duì)工藝較為成熟、脫硫效率在75%～95%的工藝。工藝主要由煙氣系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)、石灰石漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、事故系統(tǒng)和廢水處理系統(tǒng)組成。

3.1 石灰石-石膏濕法脫硫工藝主要優(yōu)化工作

3.1.1 采用密布的自動(dòng)加料系統(tǒng)

除塵后的煙氣通過引風(fēng)機(jī)進(jìn)入脫硫塔反應(yīng)區(qū)，煙氣在脫硫塔內(nèi)上升，從脫硫塔內(nèi)噴淋管組噴出的懸浮液滴下降，煙氣與石灰石漿液滴逆流接觸，脫除煙氣中的SO2、SO3酸性氣體，脫硫后的凈煙氣經(jīng)除霧器去除煙氣中夾帶的液滴后，從頂部離開脫硫塔，由煙囪排出。

3.1.2 設(shè)置循環(huán)吸收系統(tǒng)

由脫硫塔、除霧器、循環(huán)漿液泵、噴淋層、攪拌器及氧化風(fēng)機(jī)等設(shè)施、設(shè)備組成。原煙氣從脫硫塔下部的均氣室進(jìn)入脫硫塔，在脫硫塔吸收區(qū)，煙氣與循環(huán)液充分接觸，原煙氣中的SO2被脫除，脫硫后凈煙氣經(jīng)除霧后離開脫硫塔。吸收了SO2的漿液落入塔的下部，由下漿管引入循環(huán)池。脫硫塔循環(huán)池內(nèi)設(shè)有攪拌器，防止循環(huán)漿液出現(xiàn)沉降。循環(huán)漿液在循環(huán)池內(nèi)由脫硫循環(huán)塔進(jìn)行循環(huán)脫硫。

3.1.3 設(shè)置脫水裝置與事故漿液系統(tǒng)

石膏處理系統(tǒng)由石膏排出泵、石膏水力旋流器、真空帶式脫水機(jī)、真空泵、石膏庫等組成。從脫硫塔排出的石膏漿固體物含量為15%～20%，進(jìn)入石膏二次脫水裝置，經(jīng)脫水處理后的石膏固體物表面含水率不超過10%，真空皮帶脫水機(jī)中大部分的稀液自流至回收水池作為系統(tǒng)補(bǔ)水循環(huán)使用。事故漿液系統(tǒng)一般會(huì)按照8h 清空事故池計(jì)，采用單級(jí)單吸式臥式耐腐耐磨全合金離心泵。

3.1.4 工藝水系統(tǒng)與煙氣系統(tǒng)

工藝水系統(tǒng)為脫硫工藝系統(tǒng)提供工藝用水，其主要用于石灰石漿液制備、吸收塔補(bǔ)充水、除霧器沖洗水、所有漿液輸送泵和管道的沖洗水。煙氣系統(tǒng)由煙道、膨脹節(jié)、塔頂煙囪組成。煙氣經(jīng)主抽風(fēng)機(jī)出口進(jìn)入脫硫塔，在塔內(nèi)脫硫凈化，經(jīng)過塔頂除霧器除去水霧后，再經(jīng)塔頂煙囪排入大氣。

3.2 煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)（CFB）主要優(yōu)化工作

CFB 半干法脫硫工藝優(yōu)化工作主要在吸收劑供應(yīng)系統(tǒng)、吸收塔（脫硫塔）、工藝水系統(tǒng)、返灰系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)方面。

3.2.1 吸收劑供應(yīng)系統(tǒng)

吸收劑供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)備主要有消石灰倉、粉體輸送等。項(xiàng)目吸收劑是消石灰（粒徑325目、含水率≤1%、Ca（OH）2純度≥90%），其就近區(qū)域采購，密封槽罐車運(yùn)輸進(jìn)廠到消石灰倉旁，通過管道氣力輸送進(jìn)入消石灰倉。項(xiàng)目區(qū)不設(shè)置原料堆場(chǎng)。消石灰倉容積可保證7d 的用量。脫硫系統(tǒng)采用PLC 集中監(jiān)控方式，根據(jù)SO2入口及出口濃度變化自動(dòng)控制消石灰倉旋轉(zhuǎn)供料器的變頻器，進(jìn)而控制消石灰的進(jìn)料量。

3.2.2 吸收塔（脫硫塔）

吸收塔采用鋼結(jié)構(gòu)流化床文丘里空塔，包括吸收塔殼體、噴嘴、文丘里、檢修門等。吸收塔是整個(gè)脫硫反應(yīng)的核心。含酸性氣體的煙氣進(jìn)入吸收塔進(jìn)行脫酸處理，同時(shí)降溫（根據(jù)煙氣出吸收塔的溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻水的補(bǔ)給量）。為建立良好的流化床，預(yù)防堵灰，吸收塔內(nèi)部氣流上升處均不設(shè)內(nèi)撐。吸收塔的形式采用多嘴文丘里方式。吸收塔出口擴(kuò)大段設(shè)有溫度、壓力檢測(cè)。用溫度控制吸收塔的加水量。用吸收塔的進(jìn)出口壓力降控制脫硫灰循環(huán)量。當(dāng)壓力降增大時(shí)可以降低鈣硫比，提高脫硫率。吸收塔的底部設(shè)插板閥和星形下料器進(jìn)行塔底排灰。

3.2.3 工藝水系統(tǒng)

在循環(huán)流化床脫硫工藝中，工藝水主要用于吸收塔的煙氣冷卻。工藝水進(jìn)入水箱，供吸收塔降溫用。脫硫塔內(nèi)煙氣降溫的目的是為脫硫反應(yīng)創(chuàng)造一個(gè)良好的化學(xué)反應(yīng)條件，降溫水通過兩臺(tái)工藝水泵（一用一備）以一定的壓力通過一根雙流體回流式噴嘴注入吸收塔內(nèi)?；亓魇絿娮旄鶕?jù)吸收塔出口溫度，直接調(diào)節(jié)回流水管上的回流水調(diào)節(jié)閥的開度，以調(diào)節(jié)回流水量，從而調(diào)節(jié)吸收塔的噴水量。該部分的設(shè)備主要有：工藝水箱、工藝水泵、回流水調(diào)節(jié)閥、回流式噴嘴。吸收塔的噴水量通過出口煙氣溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)。

3.2.4 返灰系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)

石灰倉設(shè)置布袋除塵器對(duì)其生產(chǎn)粉塵進(jìn)行凈化處理，收集粉塵經(jīng)返回系統(tǒng)進(jìn)入石灰倉，廢氣經(jīng)15m 排氣筒外排。返灰系統(tǒng)包括石灰粉體輸送機(jī)及配套管道、閥門。在循環(huán)流化床脫硫工藝中，返灰系統(tǒng)可提高消石灰利用率，使流化床穩(wěn)定運(yùn)行。除塵系統(tǒng)采用內(nèi)濾式長(zhǎng)袋反吹風(fēng)布袋除塵器（現(xiàn)有，利舊），每臺(tái)爐24個(gè)灰斗，計(jì)1 100條布袋，兩臺(tái)爐共48個(gè)灰斗，共用一個(gè)箱體?；叶穬?nèi)硅微粉通過正壓輸灰管道輸送至硅微粉倉集中收集清理。

4 不同工藝脫硫裝置運(yùn)行對(duì)比分析

自兩個(gè)脫硫系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，最終煙氣排放中二氧化硫和粉塵的主要參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求和環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。然而，由于設(shè)備的技術(shù)路線不同，這兩種技術(shù)在實(shí)際操作中仍有很大差異。

4.1 濕法脫硫裝置的脫硫成本遠(yuǎn)低于半干法脫硫裝置

裝置優(yōu)化運(yùn)行后，兩種脫硫裝置的運(yùn)行成本低于行業(yè)平均水平。按脫硫（水、電、蒸汽、空氣等）的年運(yùn)行成本核算，氣動(dòng)乳化（石灰-石膏）濕法脫硫的年運(yùn)行費(fèi)用約為1 400萬元，半干法脫硫的年運(yùn)行費(fèi)用為2 400萬元。兩種工藝相比，雖然濕法脫硫裝置的初期建設(shè)費(fèi)用高于半干法脫硫裝置，但是年運(yùn)行成本遠(yuǎn)低于半干法脫硫裝置。

4.2 濕法脫硫耗水量大，廢水排放可能成為新問題

氣動(dòng)乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝中脫鹽水日用量為62t/h，高含鹽廢水排放量約為10t/h，一方面耗水量較大，不利于水資源日益短缺背景下企業(yè)節(jié)水指標(biāo)的控制。另一方面，在高鹽度污水日益嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)要求下，外部污水的鹽度控制將逐漸納入環(huán)境保護(hù)控制范圍。高鹽廢水的連續(xù)處理將是運(yùn)行中的一個(gè)新問題。然而，循環(huán)流化床半干法工藝沒有廢水排放。

4.3 在施工初期，半干法脫硫不能保證環(huán)保達(dá)標(biāo)

根據(jù)兩種不同脫硫技術(shù)的運(yùn)行比較，雖然氣動(dòng)乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝存在建設(shè)成本高、廢水排放量大等缺點(diǎn)，但可以保證同步啟動(dòng)時(shí)排放的二氧化硫合格，而半干法脫硫只能在裝置達(dá)到一定負(fù)荷并保證一定煙氣量時(shí)才能啟動(dòng)，正常運(yùn)行前2h 可能會(huì)造成二氧化硫和煙塵超標(biāo)。

4.4 氣動(dòng)乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝較穩(wěn)定

半干法脫硫工藝穩(wěn)定運(yùn)行一般在80 %左右，若需要進(jìn)一步提高，則需降低煙氣趨近溫差，增加鈣硫比和噴水量，但會(huì)對(duì)下游設(shè)備，如除塵器、引風(fēng)機(jī)等帶來不利影響。煙氣含硫量波動(dòng)時(shí)，因?yàn)橛写笱h(huán)灰量，難以靈敏調(diào)整控制，脫硫效率難以保證。氣動(dòng)乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝一般可在95%以上穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)環(huán)保要求的適應(yīng)性強(qiáng)。煙氣含硫量變化時(shí)，易于調(diào)整控制，脫硫效率較穩(wěn)定。

4.5 氣動(dòng)乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝的吸收劑制備便捷便宜

半干法脫硫工藝需大批量外購符合要求的標(biāo)準(zhǔn)的石灰粉，脫硫效果的保證及裝置的運(yùn)行可靠性完全依賴于石灰的高純度及高活性。氣動(dòng)乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝可外購石灰石粉或塊料，石灰石塊料價(jià)格便宜，可大幅度降低投資及耗電量。

5 結(jié)論和建議

5.1 結(jié)論

綜上所述，氣動(dòng)乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝與半干法脫硫工藝相比，技術(shù)更加成熟，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)更加豐富，雖然系統(tǒng)占地面積較大，但是脫硫劑供應(yīng)有保證、脫硫副產(chǎn)品利用好、系統(tǒng)供應(yīng)商較多、經(jīng)營(yíng)費(fèi)用小、初始投資高、總成本運(yùn)行費(fèi)用較低。

5.2 建議

氣動(dòng)乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝是目前應(yīng)用最多、最為成熟的技術(shù)，吸收劑價(jià)廉易得、副產(chǎn)物便于利用，并有較大幅度降低工程造價(jià)的可能性。對(duì)硅冶煉行業(yè)，從技術(shù)的成熟性、可靠性以及環(huán)保的高要求考慮，應(yīng)采用氣動(dòng)乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝。半干法脫硫工藝效率較高，建設(shè)投資較省，占地面積較小，在能滿足高品位石灰供應(yīng)并妥善處理脫硫灰的條件下，具有較好的發(fā)展前景，主要適用于中小型硅冶煉行業(yè)的脫硫改造。