石灰-石膏法在回轉(zhuǎn)窯煙氣脫硫中的應(yīng)用*

何啟賢

(廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西　河池　547000)

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生產(chǎn)技術(shù)

石灰-石膏法在回轉(zhuǎn)窯煙氣脫硫中的應(yīng)用*

何啟賢

(廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西河池547000)

分析了石灰-石膏法脫硫技術(shù)在回轉(zhuǎn)窯煙氣處理方面的應(yīng)用。對不同煙氣脫硫技術(shù)進行分析比較，認為石灰-石膏濕法脫硫工藝是當前最合適冶煉企業(yè)的低濃度SO2煙氣脫硫工藝。并結(jié)合某濕法煉鋅廠回轉(zhuǎn)窯煙氣脫硫工程，闡述了該工藝的基本原理和流程，以及該脫硫工程中主要設(shè)備的選型和投產(chǎn)后的處理效果。分析了工程實施后產(chǎn)生的環(huán)境效益和社會效益，表明該工藝具有技術(shù)成熟，運行可靠，成本相對低廉的特點。

石灰-石膏法；低硫煙氣；脫硫效果

有色冶金生產(chǎn)過程中，大量使用硫化礦物為原料進行生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的SO2煙氣。其中，高濃度SO2煙氣可以用于生產(chǎn)硫酸，但低濃度SO2煙氣制酸成本高，經(jīng)濟上無優(yōu)勢，而直接排放顯然不符合環(huán)境保護的要求。

近年來，國內(nèi)外技術(shù)人員研究發(fā)展出了一系列處理低濃度二氧化硫煙氣的方法，如氨法、鈣法、鈉法、鋁法、氧化法、吸附法、催化法及電子束法等。其中比較成熟且廣泛運用的方法主要有三種，即氨法、鈣法和鈉法[1-3]。

氨法是是采用液氨或氨水作為吸收劑，吸收煙氣中的二氧化硫，生成來硫酸氨。該法吸收效率高、煙氣殘硫低，但設(shè)備投資和運行費偏高，且吸收劑儲運不便。

鈉法是使用NaCO3或NaOH等吸收煙氣中的SO2，生成NaSO3或NaHSO3溶液的方法。該法因吸收劑堿性強、吸收產(chǎn)物在水中溶解度大，故吸收SO2快速、徹底，并且具有設(shè)備簡單、操作方便、易于維護等優(yōu)勢。缺點是原料較貴，生產(chǎn)成本較高。

鈣法即石灰-石膏法，該工藝以石灰水或石灰乳洗滌含SO2的煙氣，生成CaSO3沉淀，最后氧化為CaSO4(石膏)。其主要優(yōu)點是：脫硫效率高(>95%)；技術(shù)成熟，設(shè)備運行可靠。加上石灰來源廣泛、價格低廉，利用率高，運行費用低。缺點是CaSO3及CaSO4難溶于水，設(shè)備及管路結(jié)垢嚴重，裝置無故障運行周期較短。且煙氣脫硫產(chǎn)出的石膏用途受限，目前只能堆存處理。雖然存在諸多不足，該法仍因成本優(yōu)勢明顯而倍受企業(yè)青睞。

1　石灰-石膏法脫硫原理和工藝

1.1石灰-石膏法脫硫原理

采用石灰吸收煙氣中的SO2主要是利用SO2的酸性，且極易溶于水的特點，利用堿性物質(zhì)加以吸收，生成相對應(yīng)的鹽類。如采用鈣基化合物吸收，可生成溶解度很低的CaSO3·1/2H2O，再通過氧化可生成 CaSO4·2H2O。

濕式石灰-石膏法脫硫反應(yīng)及過程如下[4-5]：

石灰漿液的制備：

SO2的溶解及電離：

SO2的吸收反應(yīng)：

氧化反應(yīng)：

由于煙氣中同時還含有一定量的富余O2，吸收液在吸收二氧化硫的同時，煙氣中的氧氣也同時吸收溶解于吸收液中，并發(fā)生如下的氧化反應(yīng)：

1.2濕式石灰-石膏法脫硫工藝流程

工藝主干流程圖如圖1所示。

圖1　濕式石灰-石膏法脫硫工藝流程圖

濕式石灰-石膏法脫硫工藝由煙氣系統(tǒng)、吸收劑制備、煙氣脫硫、脫硫產(chǎn)物脫水等四部份組成。煙氣系統(tǒng)由煙氣煙道、脫硫風機、鐘罩閥門等組成。脫硫系統(tǒng)由冷卻塔、脫硫塔、循環(huán)池、漿液循環(huán)泵等組成。脫硫劑制備系統(tǒng)由石灰?guī)?、消化槽、石灰乳槽等組成。脫硫產(chǎn)物脫水系統(tǒng)由排漿泵、旋流器、輸送管道、板框壓濾機等組成。

進入冷卻塔和脫硫塔的煙氣在凈化工作區(qū)間內(nèi)與循環(huán)吸收液逆向接觸，發(fā)生脫硫反應(yīng)，同時進行降溫和吸收煙氣中的塵粒，循環(huán)吸收液中的堿性物質(zhì)與二氧化硫反應(yīng)生成溶解度很小的亞硫酸鹽和部分由于煙氣中的氧而氧化成硫酸鹽。從而達到脫硫和除塵的作用。

煙氣經(jīng)吸收液洗滌脫硫后，繼續(xù)上行進入脫硫塔上部的脫水裝置。凈化后的煙氣軸向進入除霧器，依靠煙氣產(chǎn)生的離心力脫除煙氣中的大部分水滴后，煙氣經(jīng)脫硫塔上部的煙囪直接排放。

進入冷卻塔和脫硫塔的吸收液洗滌煙氣后，經(jīng)安裝在脫硫塔底部的輸送管路自流回到循環(huán)池中。在循環(huán)池設(shè)置排漿泵，將吸收漿液泵入旋流器進行濃縮，濃縮液返回到循環(huán)池中，濃縮底流經(jīng)管道輸送到壓濾泵壓入板框壓濾機進行固液分離，濾液經(jīng)集液箱返回到循環(huán)池。濾渣(石膏渣)經(jīng)排渣斗通過汽車運至渣庫堆存處理。

吸收漿液在循環(huán)池內(nèi)與從石灰乳槽補充的脫硫劑石灰乳充分混合中和后，經(jīng)循環(huán)泵泵入冷卻塔和脫硫塔進行脫硫、除塵，重復(fù)下一周期作業(yè)。

循環(huán)吸收液洗滌煙氣的過程中，由于高溫煙氣使循環(huán)吸收液蒸發(fā)帶走部分水份，脫硫漿液在后序脫水處理中也有部分水分損失，為維持水量平衡，水的補充采用工藝水和污水站處理后的循環(huán)水進行補充。

2　主要設(shè)備的選型

脫硫工程的運行效果不僅與脫硫工藝相關(guān)，更與脫硫塔的設(shè)計、制造技術(shù)水平息息相關(guān)。煙氣脫硫?qū)儆诜菢斯こ蹋虼斯こ痰某蓴「右蕾囉趯嵺`經(jīng)驗和設(shè)計數(shù)據(jù)的積累。

2.1脫硫塔

低濃度SO2煙氣采用石灰-石膏法脫硫的核心設(shè)備脫硫塔，脫硫塔塔型采用噴淋塔。噴淋塔又稱空塔或噴霧塔，塔內(nèi)構(gòu)件少，不易結(jié)垢，煙氣通過的阻力損失小，是濕法脫硫裝置的主流塔型，采用煙氣與漿液逆流接觸方式。噴淋塔相比于旋流板塔等具有內(nèi)部氣液強化傳質(zhì)結(jié)構(gòu)的塔型而言，氣液傳質(zhì)機理科學(xué)、正確、合理，煙氣在脫硫塔截面上的均布與設(shè)計誤差值最小，技術(shù)實施手段簡單可靠，此外，脫硫塔的操作彈性大、阻力小(一般在600～900 Pa左右)、抗垢能力強、維護工作量小。

脫硫塔的材質(zhì)選擇有花崗巖麻石結(jié)構(gòu)、不銹鋼內(nèi)襯麻石結(jié)構(gòu)、碳鋼內(nèi)襯玻璃鱗片結(jié)構(gòu)、碳鋼內(nèi)襯橡膠結(jié)構(gòu)等幾種形式[6]。

花崗巖麻石塔體結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于小型除塵項目，而且只能應(yīng)用于負壓運行工況。

不銹鋼內(nèi)襯麻石結(jié)構(gòu)在脫硫工程上也有少量的應(yīng)用范例，但存在防腐性能差、易滲漏、維修復(fù)雜等弊病，且使用壽命短。更重要的是對這種塔體結(jié)構(gòu)的防腐性能國家沒有相應(yīng)的檢測驗收標準，塔體防腐性能依賴于施工單位的經(jīng)驗水平。

碳鋼內(nèi)襯玻璃鱗片結(jié)構(gòu)、碳鋼內(nèi)襯橡膠結(jié)構(gòu)是目前國家規(guī)定的脫硫塔結(jié)構(gòu)形式，國家對其防腐性能有整套完善的施工、檢測、驗收標準，是目前工藝最成熟、運行最穩(wěn)定的塔體結(jié)構(gòu)形式，其正常使用壽命在20～30年以上，故在該工程中采用。

2.2噴淋系統(tǒng)

脫硫塔內(nèi)設(shè)有塔內(nèi)噴淋系統(tǒng)，由分配管網(wǎng)和噴嘴組成[7]。噴嘴的作用是將脫硫劑漿液霧化，增大SO2煙氣與脫硫劑的接觸面積，提高反應(yīng)速率。脫硫過程同時也有到濕法除塵效果，煙氣中的大部分可溶物及煙塵也在吸收塔內(nèi)被除去。

噴淋系統(tǒng)的通過合理布置噴嘴，使噴淋量在整個噴淋塔截面上均勻布布，并使煙氣流向均勻，確保脫硫液與煙氣充分接觸和反應(yīng)。本例在脫硫塔內(nèi)圈布置120°噴嘴，靠近脫硫塔外圍布置90°噴嘴，以盡可能減少噴淋到塔壁上的液體量，同時提高有效的脫硫漿液傳質(zhì)表面積。噴淋層上安裝實心錐型螺旋噴嘴，噴嘴采用低壓噴嘴，并配備卡式快開連接，便于迅速分離、拆卸。脫硫液噴淋分配管采用FRP9(纖維增強復(fù)合材料)。

2.3噴嘴

脫硫用的噴嘴采用螺旋噴嘴，其優(yōu)點是：霧化效率高，在0.3 MPa使用壓力下，單個噴嘴的流量可以達到25 t/h；霧化效果好；不容易堵塞；噴霧速度高；物理尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊。本例采用真空反應(yīng)燒結(jié)碳化硅脫硫噴嘴。該類型的噴嘴具有高強度、高硬度、抗強烈腐蝕、劇烈磨損、耐高溫等優(yōu)良的性能，在惡劣的條件下有超長的使用壽命[9]。其特點是噴霧液滴分布均勻，可得到極佳的覆蓋面，流道通暢，無阻塞現(xiàn)象。

3　石灰-石膏法處理回轉(zhuǎn)窯煙氣的實際效果

3.1基本條件

某濕法煉鋅廠用回轉(zhuǎn)窯處理鋅浸出渣，因渣中含有硫化鋅、硫酸鉛等成分，煙氣中不可避免地含有SO2?；剞D(zhuǎn)窯產(chǎn)生的煙氣量為1.40×105Nm3/h，SO2初始排放濃度為5500 mg/Nm3，煙氣溫度：200～250℃。煙氣成分：CO219%～20%，N268%～69%，O22%～3%，H2O 9.5%～10.5%，煙氣含塵量≤150 mg/Nm3。脫硫劑種類：石灰、氧化鋅煙塵，氧化鋅煙塵主要成分如下：ZnO：55%，Pb：8%～10%，F(xiàn)e：3%～8%，F(xiàn)：0.015%，Cl：0.07%。

氣象條件：布置場地海拔高度550 m，大氣壓96.66 kPa，平均相對濕度為77%。

要求煙氣排放指標達到SO2排放濃度 ≤450 mg/Nm3，設(shè)計脫硫效率 ≥98.5%。

3.2脫硫效果

某廠采用石灰-石膏法對回轉(zhuǎn)窯排放的低濃度SO2煙氣進行脫硫，采用噴淋塔吸收，處理尾氣連續(xù)監(jiān)測，每小時取樣一次，分析測試結(jié)果均達到國標《GB16297-1996大氣污染物綜合排放標準》要求。表1是某一個月連續(xù)監(jiān)測1個月的實際數(shù)據(jù)。

表1　某月回轉(zhuǎn)窯煙氣脫硫監(jiān)測數(shù)據(jù)

脫硫設(shè)施投產(chǎn)后連續(xù)3個季度監(jiān)測煙氣中的重金屬等監(jiān)測項目的脫除情況，統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2　煙氣脫硫前后煙氣中的污染物含量變化

從監(jiān)測數(shù)據(jù)可看出，石灰-石膏法處理回轉(zhuǎn)窯排放的低濃度SO2煙氣系統(tǒng)運行平衡可靠，煙氣脫硫效率達到96.7%，脫硫塔除塵效率為76.5%。按上述監(jiān)測結(jié)果計算，脫硫設(shè)施進、出口SO2排放量分別為6745.2 t/a和224.9 t/a，進、出口煙塵量分別為183.96 t/a和43.29 t/a。即脫硫設(shè)施投產(chǎn)后可減少SO2排放6520 t/a，減少煙塵排放量140.67 t/a。

對比《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準》(GB9078-1996)中關(guān)于有色冶煉爐窯的煙氣排放要求，和《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB13271-2014)中關(guān)于新建鍋爐的排放要求，脫硫后的煙氣中煙塵量略高于GB9078-1996標準，在排放前略作稀釋即可達標，其余指標均達到前述的兩個標準要求。

4　結(jié)　論

采用石灰—石膏法為鋅渣還原揮發(fā)回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的低濃度SO2煙氣脫硫，尾氣可以滿足《GB16297-1996大氣污染物綜合排放標準》要求，污染物總量符合總量控制要求，設(shè)備運行穩(wěn)定，經(jīng)連續(xù)監(jiān)測結(jié)果令人滿意。脫硫劑消石灰價格低廉，來源廣泛，成本易控。該工藝可有效解決低濃度SO2污染的問題，充分改善工廠及周邊環(huán)境。

[1]劉天齊.三廢處理工程技術(shù)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000:195-216.

[2]李廣超.大氣污染控制技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008:144-157.

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Aplication of Limestone-gypsum Process in Rotary Kiln Flue Gas Desulfurization*

HE Qi-xian

(Guangxi Modem Polytechnic College,Guangxi Hechi 547000,China)

The application of flue gas desulfurization(FGD)technique of the limestone-gypsum method in rotary kiln was introduced.Compared with various desulphurization technology,it was showed that FGD technique of the limestone-gypsum method suited rotary kiln.With the desulphurization project of rotary kiln FGD in a Zinc Hydrometallurgy Factory as an example,the basic principle,process and main equipment selection were expounded.The actual effect of the device after production was also introduced.It was proved that FGD technique of limestone-gypsum method was mature,reliable,low cost relatively,the environmental benefit and social benefit was also significant.

lime-gypsum process;low sulphur flue gas;desulfurization efficiency

廣西壯族自治區(qū)教育廳高?？蒲许椖?NO：YB2014559)。

何啟賢(1974-)，副教授，大學(xué)學(xué)歷，主要從事有色金屬冶金教學(xué)與研究。

X758

A

1001-9677(2016)04-0124-03