酸性尾氣綜合治理技術(shù)研究

張明軍 ，韓建軍，程海軍，劉 苗，于寶云

(多氟多化工股份有限公司，河南 焦作 454191)

隨著國(guó)家藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的打響，保護(hù)人類生活環(huán)境，還地球藍(lán)天白云的行動(dòng)刻不容緩。本文研究的酸性尾氣治理工藝，不僅實(shí)現(xiàn)了各種爐窯尾氣中的二氧化硫、氟化物排放達(dá)到國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)產(chǎn)生的固渣可循環(huán)利用，作為生產(chǎn)水泥的原材料，既保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，也為后人儲(chǔ)備了良好的礦產(chǎn)資源。

1 工作原理

酸性尾氣治理工藝的原理是利用石灰、純堿、燒堿、工業(yè)廢堿液等在水溶液狀態(tài)下與尾氣中的二氧化硫、氟化物等酸性氣體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成穩(wěn)定的鹽類，從而減少或去除煙氣中的二氧化硫、氟化物等酸性氣體及顆粒物。

在脫硫塔(也叫氣動(dòng)乳化塔，不同于以往的填料塔，內(nèi)部主要采用旋流板以實(shí)現(xiàn)開(kāi)孔率大、彈性寬、抗堵性強(qiáng)、壓降小、效率高、方便管理等特點(diǎn))的過(guò)濾元件中，經(jīng)加速的待處理尾氣以一定角度由下進(jìn)入脫硫塔，形成旋轉(zhuǎn)上升的紊流氣流，與脫硫塔上端下來(lái)的吸收溶液相碰撞，尾氣高速旋切流下溶液，溶液被切碎，氣液相互持續(xù)碰撞旋切。液粒被粉碎得越來(lái)越細(xì)，氣液充分混合，形成一層穩(wěn)定的乳化液。在乳化過(guò)程中，乳化液層逐漸增厚，上流的氣動(dòng)托力與乳化液的重力達(dá)到平衡，乳化液層繼續(xù)增厚，最早形成的乳化液將被新形成的乳化液所取代。帶著被捕集的雜質(zhì)落回脫硫塔的底部，在過(guò)濾單元內(nèi)，只要有足夠的處理氣流量，總會(huì)保持相對(duì)穩(wěn)定的乳化液層。在乳化液中，水膜除塵、噴淋除塵等方法相比液粒比表面積大數(shù)倍甚至數(shù)十倍，因此，單位液量捕集和吸收有害物質(zhì)的效率顯著增大。

2 吸收機(jī)理

脫硫塔是系統(tǒng)的核心，氣流在塔內(nèi)過(guò)塔的高度和停留時(shí)間是決定除雜效果的關(guān)鍵。濕法尾氣脫硫效率由塔的傳質(zhì)能力決定，與液氣二相在塔內(nèi)接觸程度相關(guān)。比如在塔內(nèi)，二氧化硫被水吸收，成為亞硫酸(亞硫酸氧化后為硫酸)，再與堿性物反應(yīng)生成亞硫酸鹽及硫酸鹽。石灰脫硫主要產(chǎn)物是硫酸鈣、氟化鈣等。

3 工程案例

3.1 改造目的

為確保無(wú)機(jī)氟化工無(wú)水氫氟酸生產(chǎn)線正常的生產(chǎn)秩序，以除去尾氣中的硫化物、氟化物、顆粒物為目的，特增加1套脫硫除氟系統(tǒng)。處理后尾氣符合《無(wú)機(jī)化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB31573—2015)中的技術(shù)要求：顆粒物含量<10 mg/m3(執(zhí)行特排值)，二氧化硫含量<100 mg/m3，氟化物含量<6 mg/m3，從而實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)尾氣技術(shù)參數(shù)

SO2原始濃度≤10 000 mg/m3，氟化物≤5 000 mg/m3，顆粒物濃度≤5 000 mg/m3，溫度≤150 ℃。

3.3 工藝流程簡(jiǎn)圖

工藝流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程方框簡(jiǎn)圖

3.4 工藝描述

3.4.1制漿系統(tǒng)

依據(jù)要求將石灰和水按比例加到制漿槽內(nèi)，制備成含固率約20%，pH值8～10的石灰漿液，然后泵至石灰漿液緩沖罐內(nèi)備用，緩沖槽液位控制范圍約2.0 m即可。

3.4.2煙氣系統(tǒng)

煙氣系統(tǒng)由除霧塔、引風(fēng)機(jī)、脫硫設(shè)備、除霧器、煙囪組成。生產(chǎn)系統(tǒng)過(guò)來(lái)的尾氣在除霧塔內(nèi)混合均勻后，由引風(fēng)機(jī)(引風(fēng)機(jī)頻率一般控制在40 Hz左右)引入脫硫脫氟系統(tǒng)除雜后，再?gòu)臒焽柽_(dá)標(biāo)排放。

①除霧塔。從生產(chǎn)系統(tǒng)過(guò)來(lái)的多股尾氣在除霧塔內(nèi)混合均勻，同時(shí)，混合均勻后的尾氣經(jīng)過(guò)除霧塔內(nèi)的平板除霧器和管束除霧器后，尾氣中液態(tài)的酸霧大部分被去除。②風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)為高壓離心風(fēng)機(jī)，除霧塔內(nèi)混合均勻后的尾氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)(引風(fēng)機(jī)頻率一般控制在40 Hz左右)將尾氣輸送至下一步程序。③脫硫?；旌虾蟮奈矚鈴娘L(fēng)機(jī)出口引出后，進(jìn)入到一級(jí)或多級(jí)脫硫塔后進(jìn)入下一步工序。④除霧器。由一級(jí)或多級(jí)脫硫塔頂部處理后的尾氣再進(jìn)入除霧器，除霧器主要是去除排放之前尾氣中夾帶的多余的水分。⑤煙囪。從除霧器出來(lái)的氣相經(jīng)煙囪實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。同時(shí)，煙囪排放口處依據(jù)要求設(shè)置有尾氣人工檢測(cè)接口和實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)接口。

3.4.3吸收系統(tǒng)

吸收系統(tǒng)由脫硫塔、循環(huán)池、循環(huán)池?cái)嚢杵?、循環(huán)泵、工藝管道閥門等組成。混合后的尾氣從脫硫塔底部進(jìn)入，在脫硫塔吸收區(qū)，尾氣與循環(huán)吸收液充分接觸，原尾氣中的二氧化硫、氟化氫等酸性物質(zhì)及顆粒物被脫除，除雜后的凈尾氣經(jīng)除霧后進(jìn)入煙囪。

脫硫循環(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)泵送入脫硫塔進(jìn)行循環(huán)吸收。循環(huán)漿液的pH值達(dá)到6～7時(shí)，要及時(shí)輸送至過(guò)濾工序進(jìn)行下一步工序。而循環(huán)池液位一般控制在3.0 m左右。

吸收系統(tǒng)的主要設(shè)備為氣動(dòng)乳化塔。氣動(dòng)乳化塔由三部分組成，含硫含氟尾氣首先進(jìn)入均氣室，再進(jìn)入氣動(dòng)乳化過(guò)濾元件組，最后通過(guò)氣液分離室，凈化后的煙氣出塔并通過(guò)煙囪排入大氣。各部件的作用：均氣室的作用是均勻分配尾氣給過(guò)濾元件；尾氣分配不均勻，將嚴(yán)重影響過(guò)濾器脫除效率。氣動(dòng)乳化過(guò)濾元件組，是過(guò)濾器的核心，它提供一個(gè)主要是紊流摻混的強(qiáng)傳質(zhì)氣動(dòng)乳化空間，它是尾氣凈化的主要構(gòu)件，氣動(dòng)乳化過(guò)濾元件的結(jié)構(gòu)、氣流速度、布液量直接影響煙氣凈化的效率。氣液分離室用于氣液分離，液氣分離采用凝并技術(shù)和慣性原理，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，除去排放尾氣中夾帶的多余的水。

氣動(dòng)乳化脫硫塔的脫硫原理：在一圓形管狀容器中，經(jīng)加速的含硫煙氣以一定角度從容器下端進(jìn)入容器，與容器上端下流的不穩(wěn)定循環(huán)液相碰，煙氣高速旋切下流循環(huán)液，循環(huán)液被切碎，氣液相互持續(xù)碰撞旋切，液粒被粉碎得越來(lái)越細(xì)，氣液充分混合，形成一層穩(wěn)定的乳化液。在乳化過(guò)程中，乳化液層逐漸增厚，當(dāng)上流的氣動(dòng)托力與乳化液重力平衡后，最早形成的乳化液將被新形成的乳化液取代。循環(huán)液帶著被捕集的SO2繼續(xù)流經(jīng)均氣室直至回到循環(huán)池,在乳化室內(nèi)，只要有足夠的處理氣流量，總將保持相對(duì)穩(wěn)定的乳化液層。

含硫煙氣在乳化室內(nèi)參與了氣動(dòng)乳化過(guò)程，煙氣中的SO2與乳化液層中的循環(huán)液微細(xì)液粒接觸。由于在乳化液中，液粒的比表面積比起水膜除塵、噴淋除塵方式中液滴要大數(shù)倍甚至數(shù)十倍，因而，單位液量捕集SO2的效率顯著增大。對(duì)于含硫煙氣來(lái)說(shuō)，液粒趨細(xì)，活化了液粒，更有利于化學(xué)凈化過(guò)程。

3.4.4石膏處理系統(tǒng)

由料漿泵(壓濾泵)、氧化池組成。曝氣氧化后，濃度滿足要求的漿液從氧化池由料漿泵(壓濾泵)送至含氟廢水處理站過(guò)濾后得到廢水和濾渣，廢水循環(huán)至制漿槽重新制備石灰漿液，用于循環(huán)吸收。濾渣外售作為水泥等生產(chǎn)原料。

3.4.5系統(tǒng)停運(yùn)事項(xiàng)

①當(dāng)系統(tǒng)完全停止輸送尾氣以后，方可對(duì)脫硫增壓風(fēng)機(jī)(主風(fēng)機(jī))進(jìn)行關(guān)閉。②先停止給漿泵(乳液泵)、循環(huán)泵、液壓泵運(yùn)行，再關(guān)閉進(jìn)口閥門沖洗，打開(kāi)泵前管道下排污閥，待排盡管道內(nèi)的漿液以后，打開(kāi)沖洗閥，向管道內(nèi)加水清洗10 min，待管內(nèi)沖洗水排盡，再關(guān)閉沖洗閥和排污閥，然后沖洗塔系統(tǒng)。③如果乳液灌或循環(huán)池內(nèi)液位高度低于攪拌槳葉時(shí)，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉攪拌。乳液灌或循環(huán)池內(nèi)液位高度，高于攪拌槳葉時(shí)，攪拌器則不停。④打開(kāi)脫硫塔各有關(guān)人孔蓋，檢查和清洗噴頭的堵塞物和除霧器沖洗、除渣，為下次啟動(dòng)脫硫塔做好準(zhǔn)備工作。

3.5 預(yù)算投資

項(xiàng)目主要設(shè)備明細(xì)：石灰乳緩沖給漿槽1臺(tái)，30 m3；除霧塔1臺(tái)，Φ2 600 m×10 000 m；防腐脫硫增壓風(fēng)機(jī)1臺(tái)，Q=65 000 m3，p=7 000 Pa；氣動(dòng)乳化脫硫塔2臺(tái)，處理量60 000 m3/h；攪拌循環(huán)池2臺(tái)，100 m3。本項(xiàng)目預(yù)算總投資300萬(wàn)元，其中：土建費(fèi)50萬(wàn)元，設(shè)備材料人工費(fèi)250萬(wàn)元。

3.6 檢測(cè)結(jié)果

為了確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，現(xiàn)場(chǎng)采樣儀器及試驗(yàn)分析儀器均進(jìn)行了檢定或校準(zhǔn)，且在檢定或校準(zhǔn)證書有效期內(nèi)。本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)采樣及實(shí)驗(yàn)室分析儀器設(shè)備：自動(dòng)煙塵測(cè)試儀，青島嶗山應(yīng)用技術(shù)研究所，3012H型；電子秤，德國(guó)賽多利斯集團(tuán)，Quintix224-1cn；離子計(jì)，上海儀電科學(xué)儀器有限公司，PXSJ-216F。

采樣和分析方法采用《固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法》(GB16157—1996)、《空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版增補(bǔ)版)中的相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行，檢測(cè)前對(duì)分析儀器均進(jìn)行了流量校正，實(shí)驗(yàn)室分析中采用空白試驗(yàn)、平行雙樣等質(zhì)量控制措施，并加帶10%的自控平行樣品。自控、他控樣品分析結(jié)果全部合格。處理后尾氣檢測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 處理后尾氣檢測(cè)指標(biāo)

由檢測(cè)結(jié)果可知，采用本工藝及設(shè)備裝置進(jìn)行酸性尾氣處理，處理后氣體指標(biāo)達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)綠色清潔生產(chǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

本工藝?yán)酶咝У拿摿蛎摲に嚰夹g(shù)和處理裝置，低成本、高環(huán)保實(shí)現(xiàn)酸性尾氣的清潔處理，處理后尾氣指標(biāo)優(yōu)于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)副產(chǎn)固渣可循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)資源的良好循環(huán)利用，市場(chǎng)前景廣闊，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)保效益，值得推廣應(yīng)用。