針對(duì)陶瓷行業(yè)噴霧塔和滾筒窯傳統(tǒng)煙氣處理存在的問(wèn)題，本文介紹了煙氣半干法綜合管理技術(shù)，分析了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)能消耗和環(huán)境保護(hù)效果，指出了未來(lái)脫硫除塵管理的發(fā)展方向。

1引言

陶瓷企業(yè)產(chǎn)生的煙氣主要來(lái)自噴霧干燥塔和窯爐，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)煙氣脫硫管理方式多采用傳統(tǒng)方法，即噴霧塔外排煙采用袋式除塵器+雙堿法脫硫塔方式，輥窯煙氣脫硫采用濕式脫硫方式。實(shí)際上，這些傳統(tǒng)的煙氣脫硫方式在運(yùn)行中存在很多問(wèn)題，影響了企業(yè)的生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)管理效果。

本文主要介紹煙氣半干法綜合管理技術(shù)，專門(mén)處理噴霧塔和陶瓷輥窯煙氣脫硫除塵。

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。該方法的布袋吸塵器設(shè)置為每個(gè)噴霧塔配備布袋吸塵器，將通過(guò)布袋吸塵器的煙集中在脫硫塔內(nèi)脫硫。

2.1.2陶瓷輥窯煙氣脫硫

陶瓷輥窯煙氣脫硫采用濕法脫硫(雙堿法脫硫工藝)。也就是說(shuō)，集中現(xiàn)有窯爐的煙，進(jìn)入淋浴塔脫硫，煙凈化后排出。

2.2傳統(tǒng)煙氣脫硫方式存在的問(wèn)題

從企業(yè)運(yùn)營(yíng)的情況來(lái)看，目前許多企業(yè)采用的傳統(tǒng)脫硫除塵技術(shù)至少存在以下問(wèn)題:

2.2.1影響換氣，影響產(chǎn)量

許多陶瓷企業(yè)噴霧塔的布袋除塵器在生產(chǎn)、改造過(guò)程中完成，環(huán)保設(shè)備布局混亂，管網(wǎng)連接彎曲，換氣阻力過(guò)大。影響通風(fēng)和生產(chǎn)，降低噴霧塔的生產(chǎn)能力。

2.2.2設(shè)計(jì)有結(jié)構(gòu)缺陷，容易附著堵塞，濾袋破損快

這種布袋吸塵器的最初設(shè)計(jì)用于處理干煙、粗粒子粉塵，不適合處理噴霧塔這種含水、酸、焦油等多種附著成分的復(fù)雜煙。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壽命短

由于生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)狀，噴霧塔布袋吸塵器停止時(shí)打開(kāi)，噴霧塔煙氣中的水分積存在吸塵器內(nèi)。吸塵器停止一定時(shí)間后，吸塵器的溫度下降，內(nèi)部積存的水蒸氣凝結(jié)成小水滴，腐蝕設(shè)備。

3新型煙氣脫硫除塵一體化處理系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)設(shè)備

該煙氣處理系統(tǒng)的主要設(shè)備包括半干式脫硫塔系統(tǒng)、灰循環(huán)系統(tǒng)、吸收劑貯藏和運(yùn)輸系統(tǒng)、布袋除塵系統(tǒng)。煙氣脫硫除塵一體化處理系統(tǒng)如圖1所示。

3.1.0半干脫硫塔系統(tǒng)

半干脫硫和排煙系統(tǒng)主要包括半干脫硫塔、連接煙道。煙氣從脫硫塔下部通過(guò)布風(fēng)裝置進(jìn)入脫硫塔。霧化水由脫硫塔喉口的雙流體霧化噴嘴噴入脫硫塔，以較高的傳質(zhì)速度在脫硫塔中與煙氣混合，煙氣中的小液滴和吸收劑粒子以較高的傳質(zhì)速度和煙氣中的SO2等酸性物質(zhì)混合反應(yīng)。

3.1.2灰循環(huán)系統(tǒng)

為了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)

脫硫反應(yīng)后的含塵氣體從脫硫塔進(jìn)入布袋除塵器的吸氣口，與導(dǎo)流板相撞，在此沉降段內(nèi)，粗粒粉塵落入灰斗，起到預(yù)收塵的作用。考慮到噴霧塔煙氣的特性和脫硫除塵效率的要求，布袋除塵器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)增設(shè)了沉降室，進(jìn)一步加強(qiáng)了預(yù)收塵的作用。氣流隨后轉(zhuǎn)向上，通過(guò)內(nèi)部裝有金屬架的過(guò)濾袋，粉塵被捕集到過(guò)濾袋的外表面，凈化氣體。凈化后的氣體進(jìn)入濾袋室上部的清潔室，集中在排氣管上。

3.2系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)

該技術(shù)主要依據(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)脫硫的方法。

煙霧脫硫技術(shù)分為

(1)吸收劑的貯藏、運(yùn)輸和制備

(2)煙霧化增濕溫度

(3)吸收劑與含濕煙霧化粒子充分接觸混合

(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，包括化學(xué)過(guò)程和物理過(guò)程。

3.1化學(xué)過(guò)程

霧化水通過(guò)雙流體霧化噴嘴在脫硫塔中霧化，與煙氣充分接觸，煙氣冷卻增濕，氫氧化鈣粉粒與H2O、SO2、H2SO3反應(yīng)生成干粉產(chǎn)品，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)步驟和方程如下:

(1)SO2被液滴吸收:

SO2(氣)+H2SO3(液)

(液)

(液)、CA)、CAO3)、CAP>(液體)、CAP>(液體)、CA)、CAP/液體)、CA、CAP、CAP/液體)、CA、CAP/液體)、CAP、CAP、CAP、CAP/液體)、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、C、CA、CAP、CA、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CP、CAP、CAP、CP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、CAP、C液滴從蒸發(fā)到干燥所需的時(shí)間對(duì)脫硫塔的設(shè)計(jì)和脫硫率非常重要。影響滴水干燥時(shí)間的因素有滴水大小、滴水含量和接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。隨著水分的蒸發(fā)，滴液中的固體含量增加，滴液表面出現(xiàn)顯著的固體物質(zhì)時(shí)，進(jìn)入第二階段。由于蒸發(fā)表面積變小，水分必須通過(guò)固體物質(zhì)從粒子內(nèi)部向外擴(kuò)散，干燥速度下降，液滴溫度上升，接近煙氣溫度，最后水分蒸發(fā)形成固體粒子，從煙氣中分離。

霧化液滴的干燥和反應(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)灰粒之間發(fā)生激烈碰撞，破壞了粒子表面生成物的固體殼體，暴露了沒(méi)有反應(yīng)的新鮮粒子，繼續(xù)參加反應(yīng)。客觀地發(fā)揮了加快反應(yīng)速度、干燥速度、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)的傳熱、傳質(zhì)過(guò)程得到加強(qiáng)，反應(yīng)效率、反應(yīng)速度大幅度提高。另外，由于反應(yīng)灰中含有大量的未反應(yīng)吸收劑，半干法脫硫塔內(nèi)的實(shí)際鈣硫比遠(yuǎn)大于表觀鈣硫比。

半干法脫硫塔內(nèi)設(shè)有多級(jí)增濕活化裝置。增濕活化后，位于反應(yīng)物產(chǎn)物層內(nèi)部的Ca(OH)2從粒子內(nèi)部轉(zhuǎn)移到表面，形成亞微米級(jí)粒子，沉積在粒子表面或與表層產(chǎn)物層夾雜。遷移也改變了當(dāng)?shù)氐目障督Y(jié)構(gòu)。這些綜合效果使反應(yīng)劑恢復(fù)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)有兩個(gè)輥窯(產(chǎn)量分別為20000m2/天和12000m2/天)和兩個(gè)噴霧塔。為了滿足最新的環(huán)境保護(hù)要求，建合建設(shè)半干法煙氣脫硫系統(tǒng)+布袋吸塵器煙氣凈化系統(tǒng)，系統(tǒng)由煙氣脫硫系統(tǒng)、布袋吸塵器系統(tǒng)、灰循環(huán)系統(tǒng)、吸收劑供給系統(tǒng)、外排灰系統(tǒng)和增濕霧化水系統(tǒng)等構(gòu)成。兩個(gè)窯爐配置一套脫硫塔，兩個(gè)噴霧塔各配置一套脫硫系統(tǒng)，三套脫硫系統(tǒng)尾部共同配置一套布袋除塵器。

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。

水、電、壓縮空氣和消石灰按設(shè)計(jì)要求正常供應(yīng)，排煙質(zhì)量滿足脫硫裝置設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，排煙經(jīng)該系統(tǒng)處理后，系統(tǒng)排煙中，粉塵≤30mg/nm3、SO2≤50mg/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)噴霧塔煙氣脫硫分別采用一臺(tái)脫硫塔(1#脫硫塔、2#脫硫塔)，兩個(gè)窯共用一臺(tái)脫硫塔(3#)，煙氣分別從相應(yīng)的脫硫塔下部進(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)布袋除塵后煙囪直排。

4.2.2脫硫塔系統(tǒng)

(1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

(2)設(shè)備選型

所選脫硫塔的主要性能參數(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)和輸灰系統(tǒng)

(1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)脫硫塔灰的濃度和脫硫效率調(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)灰星型除灰閥

4)外排灰氣動(dòng)閥

5)羅茨鼓風(fēng)機(jī)

6)循環(huán)灰斜槽流化鼓風(fēng)機(jī)。

4.2.5工藝水系統(tǒng)

(1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

工業(yè)水的主要作用是脫硫塔的增濕活化和煙溫用水的調(diào)節(jié)。煙氣通過(guò)蒸發(fā)霧狀水冷卻。

(2)設(shè)備選型

1)脫硫泵

2)工藝水箱。

5工程案例分析

某陶瓷企業(yè)采用該系統(tǒng)處理粉塵，總處理煙量約70000m3/h，濾袋數(shù)量3456條。使用2年后，對(duì)其布袋吸塵器進(jìn)行了全面檢查，發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部狀況良好，濾袋需要更換的數(shù)量只有300件以上，是濾袋總數(shù)的十分之一。

5.1延長(zhǎng)設(shè)備使用年限

由于系統(tǒng)為多塔多窯爐共享系統(tǒng)，單塔或單窯解列退出生產(chǎn)時(shí)，仍能維持設(shè)備內(nèi)部的溫度、濕度，起到抑制煙氣中水凝結(jié)的作用，延長(zhǎng)設(shè)備壽命。

5.2降低能耗

本系統(tǒng)采用半干式脫硫工藝，系統(tǒng)用水量小，泵功率小，一般在3~5kW左右。與濕法脫硫的整個(gè)過(guò)程不同，吸收SO2需要大量的淋浴水，通常SO2濃度越高所需的液氣比越高，循環(huán)水量也越大，能源消耗也越高。

5.3降低成本

半干法脫硫系統(tǒng)使用的吸收劑為熟石灰。

5.4環(huán)境保護(hù)效果明顯

系統(tǒng)實(shí)施企業(yè)由第三方檢查機(jī)構(gòu)在線監(jiān)視，系統(tǒng)粒子濃度、二氧化硫濃度達(dá)標(biāo)，環(huán)境保護(hù)效果明顯。

6結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)陶瓷企業(yè)噴霧塔、輥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)了包括半干式脫硫塔系統(tǒng)、灰循環(huán)系統(tǒng)、吸收劑儲(chǔ)存和運(yùn)輸系統(tǒng)和布袋除塵系統(tǒng)的煙氣半干式綜合管理系統(tǒng)，比傳統(tǒng)除塵脫硫系統(tǒng)具有明顯的管理效果