ENS半干法除氟脫硫技術(shù)在燒結(jié)煙氣凈化中的應(yīng)用
O 引言
煙氣脫硫技術(shù)多種多樣，世界各國(guó)從20世紀(jì)50 年代開(kāi)始研究脫硫技術(shù)，至今脫硫技術(shù)已達(dá)200多種。根據(jù)脫硫過(guò)程所處的不同階段，可分為燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫3種。按脫硫產(chǎn)物的干濕形態(tài)，煙氣脫硫又可分為濕法、半干法和干法煙氣脫硫。煙氣脫硫是目前控制大氣中SO：排放濃度與總量最有效、應(yīng)用最廣的煙氣脫硫技術(shù)。煙氣脫硫即采用化學(xué)、物理及生物等方法將煙氣中的SO：予以固定和脫除，目前煙氣脫硫技術(shù)中最為成熟的為濕法技術(shù)，占整個(gè)脫硫設(shè)施的85％以上，其中以石灰石／石膏濕法占36．7％；另外還有氨一硫酸銨法，M舯法、活性炭法、鈉堿法、電子催化氧化法、鈉堿循環(huán)吸收法等。濕法脫硫技術(shù)盡管脫除效率較高達(dá)90％以上，脫硫劑利用率高，但其設(shè)備費(fèi)用高，且運(yùn)行費(fèi)用昂貴，管理維護(hù)困難，產(chǎn)生二次污染心]。因此，開(kāi)發(fā)一種資源化、高效化、經(jīng)濟(jì)化的煙氣脫硫凈化技術(shù)是當(dāng)今環(huán)保工作者研究熱點(diǎn)。聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃部署1988年公布的統(tǒng)計(jì)資料顯示，s02已成為世界第一大污染物，人類(lèi)每年向大氣排放的S0：達(dá)1 800萬(wàn)t。我國(guó)1995年 S02排放量為2 341萬(wàn)t，超過(guò)美國(guó)當(dāng)時(shí)的2 100萬(wàn)t； 2004年Sq排放量為2 254萬(wàn)t；2005年s02排放總量為2 549萬(wàn)t，比上年增長(zhǎng)13．1％，居世界首位，均超過(guò) “十五”規(guī)劃總量控制目標(biāo)(1 800萬(wàn)t／a)。《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》提出了“十一五”期間單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20％左右，主要污染物排放總量減少lO％的約束性指標(biāo)。 2006年，全國(guó)S02排放量達(dá)2 594．4萬(wàn)t，比2005年增長(zhǎng) 1．8％。因此S02減排已成為我國(guó)環(huán)境治理的重點(diǎn)，也是我們應(yīng)該承擔(dān)的責(zé)任。
與傳統(tǒng)的脫硫技術(shù)比較，ENS半干法除氟脫硫技術(shù)具有脫硫效率高、工藝流程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用低、不產(chǎn)生二次污染等特點(diǎn)，有著廣闊的發(fā)展前景。本文對(duì)ENS半干法除氟脫硫技術(shù)的研究應(yīng)用進(jìn)行了介紹。
1 工藝原理
德國(guó)ENs半干法采用一定粒徑要求的Ca， Mg(OH)：粉料作為吸附劑，通過(guò)輸送系統(tǒng)和投加器進(jìn)人煙氣管道，由煙氣帶入反應(yīng)塔。在反應(yīng)塔內(nèi)與霧化系統(tǒng)的水霧接觸，使堿性干粉表面濕潤(rùn)，煙氣中 F一、sO，等酸性氣體同時(shí)濕潤(rùn)，附著并與濕潤(rùn)堿性物發(fā)生反應(yīng)，生成鈣／鎂鹽等化合物；反應(yīng)后的煙氣及鹽粒在反應(yīng)塔下部被煙氣的余熱干燥，進(jìn)入除塵器，煙塵被除塵器收集，凈化后的煙氣經(jīng)風(fēng)機(jī)送到煙囪排放。除塵器的一部分收集塵返回反應(yīng)塔管道，強(qiáng)化反應(yīng)和再利用，使其達(dá)到飽和利用。
SO：與Ca(OH)：的反應(yīng)單從化學(xué)反應(yīng)方程式看是簡(jiǎn)單的酸堿中和反應(yīng)，但從整個(gè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)上分析，反應(yīng)速度與煙氣中水的含量有很大關(guān)系。
氣相中so：生成so；一的反應(yīng)大致經(jīng)過(guò)以下過(guò)程：水蒸汽的氣體SO：進(jìn)入液相狀態(tài)，相互結(jié)合與堿反應(yīng)后，脫出水分子，并生成HsOf，再進(jìn)一步與堿反應(yīng)，生成so；一和水分子。
酸性氣體與Ca(OH)：的反應(yīng)活性順序?yàn)椋簊0，> HF>HCI>S02>C02。
從氣液兩相平衡及動(dòng)力學(xué)角度分析，堿性反應(yīng)物表面的含水量與氣相的含水量一相對(duì)濕度相關(guān)，系統(tǒng)中酸堿反應(yīng)的機(jī)率與酸性組分的含量和堿性物質(zhì)的總表面積相關(guān)。
2工藝過(guò)程及組成
采用的半干法除氟脫硫工藝，燒結(jié)機(jī)機(jī)頭產(chǎn)生的萬(wàn)方數(shù)據(jù)含有氟化物、sO，及含鐵粉塵的煙氣經(jīng)大煙道出燒結(jié)室，進(jìn)入電除塵器進(jìn)行預(yù)除塵，回收燒結(jié)煙塵，返回?zé)Y(jié)配料室做燒結(jié)礦原料。預(yù)除塵后的煙氣由裝有加料裝置的管道進(jìn)人反應(yīng)塔，Ca(0H)：堿性粉料從貯料倉(cāng)經(jīng)增濕機(jī)加濕后通過(guò)加料裝置噴人煙道進(jìn)入反應(yīng)塔，反應(yīng)塔內(nèi)霧化系統(tǒng)根據(jù)概念設(shè)計(jì)數(shù)字模型，調(diào)整煙氣溫度、濕度，使氣態(tài)硫化物、氟化物與堿性粉料充分反應(yīng)，形成固態(tài)鹽一粉塵與除氟脫硫煙氣，經(jīng)管道進(jìn)入主抽風(fēng)機(jī)前的除塵器，使含氟、S02的固態(tài)粉塵與氣體分離．煙氣達(dá)標(biāo)經(jīng)主抽風(fēng)機(jī)至煙囪排放。主除塵器的作用是把吸附了氟和硫的粉塵捕集下來(lái)，除下來(lái)的粉塵主要是硫酸鈣、氟化鈣等廢渣和沒(méi)有參與吸收反應(yīng)的氫氧化鈣等，其中20％一30％的除塵灰循環(huán)使用，用倉(cāng)式泵加壓噴入主除塵器的煙氣入口中，繼續(xù)參與反應(yīng)和吸收。
2．1物料控制
德國(guó)ENS半干法的物料控制，由煙道末端的sO：在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀的回饋信號(hào)與其他煙氣參數(shù)信號(hào)共同在半干法數(shù)學(xué)模型程序下，控制物料的投加量，以達(dá)到反應(yīng)物的充分反應(yīng)和最合理的用量。
2．2溫度控制
德國(guó)ENS半干法溫度控制是保證煙氣反應(yīng)后出反應(yīng)塔溫度高于露點(diǎn)溫度，保證煙氣在管道、除塵器、風(fēng)機(jī)及煙囪中不結(jié)垢、不腐蝕。
煙氣溫度的控制主要由噴霧量和反應(yīng)塔進(jìn)出口溫度、煙氣濕度決定。煙氣霧化程度決定著反應(yīng)效果和反應(yīng)塔體積及結(jié)構(gòu)，在噴霧系統(tǒng)水與壓縮空氣以較低的速度進(jìn)入噴頭的混合腔充分混合，并逐步加速。在出口處形成壓力差，造成氣水混合系統(tǒng)的迅速膨脹，水相高度分散，形成細(xì)小水珠。實(shí)際操作中水的添加量需要調(diào)節(jié)，但穩(wěn)定的霧化系統(tǒng)要求不受加水量波動(dòng)的影響。氣水混合物噴出速度在氣水量比值變化很大的范圍內(nèi)仍保持不變，從而保證了加水量變化條件下霧化效果的穩(wěn)定性。
2．3燒結(jié)煙塵回收系統(tǒng)
燒結(jié)機(jī)頭煙氣由煙道出燒結(jié)室后，進(jìn)入燒結(jié)煙塵回收除塵器。燒結(jié)煙塵回收除塵器收集的灰塵，經(jīng)輸送系統(tǒng)至加濕機(jī)，經(jīng)加濕機(jī)加水濕潤(rùn)，然后經(jīng)膠帶機(jī)運(yùn)至冷返礦膠帶機(jī)上運(yùn)往燒結(jié)礦配料室完成燒結(jié)煙塵回收利用。
2．4新粉投加系統(tǒng)
半干法工藝與煙氣中F一、SO，等因子的反應(yīng)劑采用Ca／Mg(OH)：堿性粉料。投加在煙氣管道內(nèi)，與煙氣接觸、混合，并隨氣流帶人反應(yīng)塔。粉料由制粉廠(chǎng)按工藝要求規(guī)格及用量制成粉料，由罐式汽車(chē)按照運(yùn)輸制度，按時(shí)按量將新粉運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)并輸送至干粉儲(chǔ)倉(cāng)。干粉儲(chǔ)倉(cāng)灰斗下設(shè)星型卸灰閥，根據(jù)工藝需要量，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)卸灰閥電機(jī)轉(zhuǎn)速，定量卸灰至螺旋輸送機(jī)，至德國(guó)LOEDlGE增濕機(jī)進(jìn)料口。
德國(guó)LoEDIGE增濕機(jī)是保證煙氣低溫時(shí)仍有較高除氟脫硫效率的至關(guān)重要工藝設(shè)備，其主要功能是增加Ca／Mg(OH)：粉料的含濕量，使干粉預(yù)濕潤(rùn)，粉料與煙氣接觸時(shí)在管道中便開(kāi)始反應(yīng)，可保證干粉增濕均勻和不粘結(jié)。增濕后的粉料由增濕機(jī)出口進(jìn)入氣力輸送裝置，在壓氣的作用下，將粉料連續(xù)不斷送入煙氣管道并隨氣流帶入反應(yīng)塔。
2．5反應(yīng)塔系統(tǒng)
反應(yīng)塔是創(chuàng)造反應(yīng)劑與煙氣中F一、sO：等反應(yīng)最佳條件的場(chǎng)所。它主要通過(guò)噴霧調(diào)整煙氣溫度、濕度，進(jìn)一步潤(rùn)濕反應(yīng)劑和酸性氣體，使煙氣中F一、s02 等與反應(yīng)劑生成固態(tài)鹽，從煙氣中去除。
同時(shí)反應(yīng)塔與噴霧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)保證反應(yīng)塔無(wú)結(jié)露，反應(yīng)后煙氣和反應(yīng)產(chǎn)物很快被煙氣余熱干燥，保證煙氣及反應(yīng)物不對(duì)反應(yīng)塔、管道、除塵器、風(fēng)機(jī)及煙囪產(chǎn)生腐蝕及結(jié)垢。在霧化反應(yīng)塔中利用高效噴嘴將水以細(xì)小水珠形式均勻噴入，水珠通過(guò)吸收煙氣中的熱量而蒸發(fā)。根據(jù)進(jìn)出口煙氣溫度實(shí)測(cè)結(jié)果，控制噴入水量，將煙氣溫度控制在指定范圍。
反應(yīng)塔底卸灰循環(huán)至反應(yīng)塔出口管道，使未反應(yīng)完全的反應(yīng)劑再次利用。
2．6主除塵系統(tǒng)
煙氣經(jīng)反應(yīng)塔反應(yīng)后，由反應(yīng)塔出口管道進(jìn)入主除塵器。主除塵器可使煙塵與煙氣分離。主除塵器選擇電除塵器或布袋除塵器。
2．7循環(huán)系統(tǒng)
循環(huán)使用反應(yīng)后物料中仍未反應(yīng)的中和劑Ca， Mg(OH)：，提高鈣粉利用率的同時(shí)加強(qiáng)反應(yīng)，提高脫硫效率。
2．8廢渣外輸系統(tǒng)
主除塵器收集的灰經(jīng)過(guò)刮板輸送機(jī)送至除塵器下部的灰斗，一部分灰循環(huán)使用，另一部分灰經(jīng)刮板輸送至加濕機(jī)，由車(chē)外輸。
3應(yīng)用實(shí)例
ENS半干法除氟脫硫工藝針對(duì)燒結(jié)工藝的特點(diǎn)，萬(wàn)方數(shù)據(jù)在工業(yè)性試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)完成了2臺(tái)180 m2 燒結(jié)機(jī)頭煙氣凈化工藝的改造。其工藝流程見(jiàn)圖1。
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3．1 凈化效果
由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果得知：機(jī)頭煙氣含塵3 000-，19，m3，含s02472．5 IIlg／m3，含氟化物109．4-ng／m3。對(duì)燒結(jié)機(jī)頭煙氣排放濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表l。
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通過(guò)監(jiān)測(cè)表明煙氣中氟化物排放質(zhì)量濃度 2．98—3．47 mg，m3，SO：排放質(zhì)量濃度89．6— 94．5 nlg／m3，煙塵排放質(zhì)量濃度20．8—22．4 mg／m3，均低于《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GBl6297—1996)新污染源大氣污染物排放限值標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算得到除氟效率>95％，SO：去除率>80％，凈化效果等于或好于設(shè)計(jì)指標(biāo)。
3．2工藝可靠性分析
半干法煙氣除氟脫硫工藝在國(guó)外已是成熟的技術(shù)，可有效去除煙氣中SO：、HCl、HF等酸性氣體，達(dá)到環(huán)保要求。半干法作為一種成熟和高效的去除酸性氣體的工藝，具有去除效率高、運(yùn)行費(fèi)用低，對(duì)設(shè)備、管道無(wú)腐蝕、不產(chǎn)生排放水蒸汽后冷凝降雨等優(yōu)點(diǎn)，明顯優(yōu)于濕法凈化工藝。因此2臺(tái)180 m2燒結(jié)機(jī)燒結(jié)煙氣凈化改造采用半干法煙氣除氟脫硫工藝。
工程投產(chǎn)后的驗(yàn)收及實(shí)際運(yùn)行測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)霧化系統(tǒng)正常工作時(shí)，燒結(jié)機(jī)頭煙氣中各種污染物的排放濃度完全能夠滿(mǎn)足《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》 (GBl6297—1996)的要求。半干法煙氣除氟脫硫工藝成熟可靠，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上來(lái)看都是可行的，能夠達(dá)到預(yù)定的凈化效果，污染物排放濃度能夠穩(wěn)定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
3．3存在問(wèn)題
(1)半干法除氟脫硫凈化系統(tǒng)主除塵器回收的粉塵由于富集了氟化物和sO：，不能返回?zé)Y(jié)作配料，主要成分為堿性氟化鈣，需解決綜合利用的問(wèn)題。由于其產(chǎn)生量較大(約3．2萬(wàn)“a)，如一時(shí)找不到可靠的利用途徑需要臨時(shí)堆存，必須加強(qiáng)堆放場(chǎng)地防塵、防滲氆施建設(shè)，防止產(chǎn)生二次揚(yáng)塵和對(duì)地下水環(huán)境的污染。
(2)工程投產(chǎn)后生產(chǎn)調(diào)試監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，采用半干法工藝凈化處理后，出口煙氣中SO：濃度受霧化系統(tǒng)影響較大，當(dāng)霧化系統(tǒng)正常工作時(shí)，S02去除率為 70．59％。86．42％。霧化系統(tǒng)非正常工作包括兩種情況，一種為霧化系統(tǒng)不工作即煙氣溫度低致使霧化系統(tǒng)不能?chē)婌F，此時(shí)S02去除率僅為10．06％～ 17．24％；另一種情況為壓縮空氣壓力<4．8 kg，cm2 時(shí)，霧化系統(tǒng)不能正常工作，此時(shí)SO：去除率為 35．52％一49．02％。由此可見(jiàn)，霧化系統(tǒng)正常工作是半干法煙氣凈化系統(tǒng)的關(guān)鍵，必須保證其正常工作，才能避免SO：的非正常排放。
3．4與原工藝比較
3．4．1原濕法工藝
原2臺(tái)180 m2燒結(jié)機(jī)機(jī)頭煙氣采用濕法除氟凈化工藝。煙氣經(jīng)抽風(fēng)機(jī)引進(jìn)114 m2電除塵器后，進(jìn)入空心洗滌塔，洗滌去除氟和二氧化硫及煙塵等有害成分，凈化后的煙氣經(jīng)由120 m煙囪排放。洗滌煙氣后的酸性廢液經(jīng)中和器用輕燒自云石乳液進(jìn)行中和，然后進(jìn)入澄清器，澄清液流入澄清液受槽，用循環(huán)泵汲至洗滌塔循環(huán)使用，沉淀污泥進(jìn)入泥漿受槽由泥漿泵送至選礦廠(chǎng)尾礦庫(kù)集中處理。其工藝流程及產(chǎn)物環(huán)節(jié)見(jiàn)圖2。
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該工藝存在的主要問(wèn)題：
(1)燒結(jié)泥漿水排人尾礦庫(kù)對(duì)尾礦水質(zhì)造成了不利的影響，影響選礦生產(chǎn)。
(2)煙氣凈化系統(tǒng)凈化效果不好，造成澄清器，凈環(huán)泵站溢流大。
(3)每年用于凈化系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用和檢修費(fèi)用萬(wàn)方數(shù)據(jù)較高，泥漿水排人尾礦庫(kù)量大，浪費(fèi)水資源嚴(yán)重。
(4)凈化系統(tǒng)設(shè)備存在腐蝕問(wèn)題，而且結(jié)垢堵塞嚴(yán)重，影響凈化系統(tǒng)的作業(yè)率。
3．4．2污染物排放比較
改造工程投入生產(chǎn)后，無(wú)廢水排放，廢渣可用于冶金渣制磚生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行綜合利用，污染物的排放全部有所消減，項(xiàng)目建成前后的污染物排放情況及污染物變化情況見(jiàn)表2。
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由表2可知，項(xiàng)目建成后各污染物的排放量全部有所消減。其中煙塵消減1 155．86 t，a，sO：消減 1 826．20 t，a，氟化物消減169．94 t，a；廢水排放量消減 2 298 384 t，a，廢水中氟化物消減52．27 t／a，SS消減 734．04“a；固體廢棄物排放量減少7 119．09“8。本項(xiàng)目采用除氟脫硫效果好、技術(shù)先進(jìn)的半干法除氟脫硫技術(shù)工藝。半干法作為一種高效的去除酸性氣體的工藝，具有去除效率高、運(yùn)行費(fèi)用低、對(duì)設(shè)備、管道無(wú)腐蝕，不產(chǎn)生酸雨等優(yōu)點(diǎn)。
3．4．3能源消耗比較
本項(xiàng)目年消耗壓縮空氣量95 135 040 0，約 1 200 m3，h；年消耗氮?dú)? 320 000 m3，約545 m3，h，氮?dú)鈴霓D(zhuǎn)爐密封用氮?dú)夤艿兰盀R渣氮?dú)夤艿澜映觥０葱碌墓?jié)能降耗指標(biāo)計(jì)算方法，采用的半干法除氟脫硫工藝與濕法凈化工藝能源及材料對(duì)比情況見(jiàn)表3。
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根據(jù)表3可知，本項(xiàng)目投產(chǎn)后，年用電量減少 23 820 437 kwh；年用水減少2 851 200 m3；堿性粉料減少8 160 t／a。
3．4．4運(yùn)行費(fèi)用比較
原系統(tǒng)(濕法)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，維護(hù)工作量大，費(fèi)用高，每年用于凈化系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用和檢修費(fèi)用達(dá)2 200 萬(wàn)元，而且每小時(shí)有300 m3泥漿水排人尾礦庫(kù)，浪費(fèi)水資源嚴(yán)重，也對(duì)凈化系統(tǒng)設(shè)備造成腐蝕問(wèn)題，而且結(jié)垢堵塞嚴(yán)重，影響凈化系統(tǒng)的作業(yè)率。改造后的煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)排放都達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。煙氣凈化系統(tǒng)全年運(yùn)行和檢修費(fèi)用1 300萬(wàn)元。
與原有濕法凈化相比，半干法煙氣除氟脫硫工藝處于干相，不存在飽和、過(guò)飽和液相腐蝕問(wèn)題，維護(hù)費(fèi)用低，該技術(shù)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，運(yùn)行和檢修費(fèi)用低，年降低運(yùn)行費(fèi)用和檢修費(fèi)用達(dá)900萬(wàn)元。
4結(jié)論
半干法煙氣除氟脫硫工藝在國(guó)外已是成熟的技術(shù)，可有效去除煙氣中SO：、Hcl、HF等酸性氣體，達(dá)到環(huán)保要求。半干法作為一種成熟和高效的去除酸性氣體的工藝，具有去除效率高。運(yùn)行費(fèi)用低、對(duì)設(shè)備、管道無(wú)腐蝕、不產(chǎn)生排放水蒸汽后冷凝降雨等優(yōu)點(diǎn)，明顯優(yōu)于濕法凈化工藝，在工程實(shí)踐應(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)越性與可行性，將是未來(lái)煙氣脫硫研究的重點(diǎn)。半干法煙氣除氟脫硫工藝在燒結(jié)煙氣脫硫上的應(yīng)用具有技術(shù)先進(jìn)性、環(huán)保實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
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