回轉窯尾氣脫硫技術探討

摘要：介紹了回轉窯尾氣的組成和幾種常用的回轉窯尾氣脫硫技術及脫硫技術工程化的重要系統(tǒng)組成。

Abstract： This paper introduces the composition of the tail gas of rotary kiln and several commonly used tail gas desulfurization technologies of rotary kiln and the important system composition of desulfurization technology engineering.

關鍵詞：回轉窯尾氣;脫硫技術;石灰石膏法

Key words： tail gas from rotary kiln;desulfurization technology;lime-gypsum method

中圖分類號：TF704.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）15-0165-02

1 ?概述

2019年我國電解鋁總產量為3504萬噸，約占世界總產量的50%，但隨著電解鋁及附屬產業(yè)的發(fā)展，也帶來了資源匱乏、生態(tài)環(huán)境污染等問題。鋁用炭素陽極作為電解鋁生產不可或缺的原料，近年也得到了快速發(fā)展，用回轉窯煅燒石油焦是鋁用炭素陽極的主要生產方法，約占60%以上。2019年我國石油焦產量達2766.75萬噸，石油焦中含硫量約為3%（高硫焦中硫含量>3%，低硫焦中硫含量<3%），按平均1噸石油焦中含有30kg硫計，其中約有10%-30%的硫元素會形成二氧化硫隨著煅燒的尾氣排除，每年通過回轉窯煅燒石油焦產生的二氧化硫量非常大。隨著我國對生態(tài)環(huán)境領域的越來越重視，二氧化硫排放作為我國企業(yè)大氣污染物排放的重要指標之一，進行嚴格控制，北京市地標中工業(yè)窯爐二氧化硫的排放限值≤20mg/m3，堪稱史上最嚴。根據(jù)現(xiàn)行標準，我國鋁用炭素廠石油焦煅燒爐中二氧化硫的排放限值為100mg/m3，與其它產業(yè)相比，排放政策相對寬松，預計在不久的將來對鋁工業(yè)污染物排放標準將有一次大的提升。本文結合炭素廠尾氣情況，對尾氣中脫硫技術進行探討。

2 ?回轉窯尾氣組成

回轉窯中主要煅燒物料為石油焦，尾氣中的污染物主要由SO2、NOx、CO2和粉塵顆粒物組成，正常情況況下回轉窯尾氣參數(shù)如表1。污染物的含量與石油焦的品質有很大的關系，由于低硫石油焦價格較高，而高硫石油焦價格比低硫焦價格每噸低約1000元，若全部使用低硫石油焦，生產成本太高。加之低硫石油焦市場供應較少，不能滿足生產需求;為了降本增效，提高煅后焦產量，增加企業(yè)效益，很多企業(yè)都在滿足產品質量的情況下，選用高硫焦進行生產，而為了環(huán)保達到標準，很多企業(yè)重新配置了脫硫系統(tǒng)，以適應國家環(huán)保政策。

3 ?幾種常用脫硫工藝

世界上，尾氣脫硫工藝約有200多種，廣泛應用于工業(yè)企業(yè)的有10多種。在現(xiàn)有的脫硫技術中，由于化學反應過程中，液相較氣相和固相反應強度大，因此濕法脫硫的效果明顯比干法、半干法更好，也在工業(yè)上得到更廣泛的應用。在工程實踐中，脫硫工藝的選擇應根據(jù)目標處理量的大小、污染物的種類及成分情況、原輔材料的供應及運輸情況、副產物利用潛力、資金投入及運行、維修成本等綜合技術經濟比較后確定。下面介紹幾種炭素廠回轉窯尾氣常用脫硫工藝。

3.1 石灰石膏法 ?石灰石膏脫硫法始于20世紀70年代，經過70年代、80年代和90年代三代的工藝技術和設備的探索創(chuàng)新，現(xiàn)已在國內外得到了廣泛應用。其采用石灰石或石灰作脫硫劑原料，和二氧化硫在脫硫塔中發(fā)生氣液反應，通過一系列的物理、化學反應過程，達到脫硫的目的，生成的石膏可以進行二次利用。

3.2 雙堿法 ?雙堿法脫硫顧名思義在脫硫過程中用了兩種堿性物質，即采用碳酸鈉、氫氧化鈉溶液的特殊屬性，先將氣態(tài)污染物轉化成不穩(wěn)定的亞硫酸鹽，亞硫酸鹽和氫氧化鈣進行化學反應生成穩(wěn)定的CaSO4，以去除尾氣中的二氧化硫。而在此過程中氫氧化鈉僅僅在反應中起到催化劑的作用，本質上還是二氧化硫和氫氧化鈣進行反應。

3.3 氨法 ?氨法脫硫工藝原理與石灰石膏法相類似，從發(fā)明至今已有50年的歷史。因吸收劑氨水和液氨的來源和運輸條件限制，氨法在工業(yè)上的應用少于石灰石膏法。其利用氨氣與尾氣中的二氧化硫發(fā)生化學反應，先生成次穩(wěn)定的亞硫酸鹽，亞硫酸鹽在一定條件下發(fā)生氧化反應生成硫酸鹽，以達到去除二氧化硫的目的，反應所產生的硫酸銨能夠進行二次回收利用。

幾種常用工藝對比見表2。

4 ?常用脫硫法的工程化系統(tǒng)組成

綜上所述，石灰石膏法普遍應用于工業(yè)生產中?，F(xiàn)以石灰石膏法為例，對其工程化應用中的部分系統(tǒng)進行說明。其工藝流程簡圖見圖1。

4.1 尾氣系統(tǒng) ?一般情況下，每臺回轉窯會安裝一臺引風機，通過引風機把尾氣從回轉窯引出，如有多臺回轉窯，則要把引風機進行并聯(lián)連接，以便自由切換每臺回轉窯尾氣增加系統(tǒng)的靈活性，此時尾氣溫度較高，為了充分利用能源，一般先進行余熱利用。

4.2 一級除塵系統(tǒng) ?除塵器系統(tǒng)有干式機械除塵器、濕式除塵器、袋式除塵器、電除塵器等幾種，在工程化過程中根據(jù)脫硫項目的實際情況，選擇除塵方式。從引風機匯總過來的尾氣中粉塵顆粒物含量較大，需配置一級除塵器系統(tǒng)，除去尾氣中的大顆粒物，把尾氣含塵量降至35mg/m3，以提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性及脫硫效率。

4.3 漿液制備系統(tǒng) ?脫硫吸收劑主要用石灰石或生石灰進行制漿，也可直接外購制備好的漿液。因考慮運輸及運行成本等原因，多采用自行制漿的方式，制漿系統(tǒng)主要包括粉倉、給料機、閥、攪拌器、泵及漿液存儲間等，粉倉應不小于20m2，一般要能容納設計值下5天的吸收劑容量，漿液存儲間應滿足日常用漿液及脫硫系統(tǒng)設備排空積要求。

4.4 SO2吸收系統(tǒng) ?SO2吸收系統(tǒng)作為整個脫硫系統(tǒng)的核心，多以吸收塔的方式建設，吸收塔漿液池與塔體為一體結構。為保證脫硫效率，吸收塔的直徑不宜太小，一般為5m左右，運行液位一般為5到10m，吸收塔多采用噴淋式，常設三層，再加一層湍流層和多級除霧器、在線監(jiān)測設備及相關輔助設備。

尾氣從吸收塔下側進入與吸收漿液逆流接觸，由于吸收塔內充分的氣-液接觸，在氣-液界面上發(fā)生了傳質過程，石灰漿液從攪拌的吸收塔漿液池中通過循環(huán)泵送至噴嘴系統(tǒng)，石灰漿液在重力作用下流經吸收塔吸收SO2，石灰漿液收集在吸收塔漿池內返回噴嘴循環(huán)利用。

通過連續(xù)向反應池中鼓入氧氣，漿液所吸收的SO2幾乎100%被氧化，生成二水硫酸鈣（CaSO2·2H2O），即石膏。通過控制液相二水硫酸鈣（CaSO2·2H2O）的過飽和度，既可以防止其結垢，又可以生成高質量的石膏。

4.5 石膏脫水系統(tǒng) ?石膏漿液排出泵將吸收塔中經反應后石膏漿液輸送到石膏漿液分離設備，對石膏漿液進行濃縮分離后，提高漿液的濃稠度，再用石膏脫水機脫水，制成含水率不大于15%的成品石膏，送至石膏庫中貯存，以備用或外銷。在此過程中，濾出液經過簡單處理后返回吸收塔作為補充水進行二次利用，實現(xiàn)工藝廢水的循環(huán)利用。

4.6 二級除塵系統(tǒng) ?為了確保經脫硫后的尾氣中粉塵顆粒物滿足排放限值要求，煙氣出口粉塵濃度要小于10mg/m3，一般是在吸收塔中加設濕式電除塵系統(tǒng)進行再次除塵，常采用氣體下進上出形式，氣體由脫硫塔頂接除塵器底部，通過濕式電除塵后，達標尾氣經出口煙道由脫硫塔塔頂排放。

5 ?結語

尾氣脫硫技術作為控制二氧化硫氣體排放的有效方法，廣泛應用于工業(yè)企業(yè)中，也為控制環(huán)境中二氧化硫排放量，減少酸雨的形成做了重要貢獻。目前，隨著國家院企合作、在企業(yè)建立院士、專家工作站等大批科研政策的實施，大批脫硫領域院士、專家?guī)е钋把氐募夹g在企業(yè)一線生根，企業(yè)的脫硫技術創(chuàng)新能力獲得了長足的發(fā)展，也逐漸摸索出一套套適合企業(yè)自身實際的脫硫工藝，實現(xiàn)了企業(yè)綜合效益的最大化。同時，針對目前我國嚴竣的生態(tài)環(huán)境形勢，國家行政機關實行了環(huán)保一票否決制，有環(huán)保污點的企業(yè)不僅無法獲得國家的政策支持，而且還可能受到嚴厲的制裁，有效推動了我國生態(tài)環(huán)境管理，徹底打破了生態(tài)環(huán)境管理雷聲大，雨點小的局面，逐步實現(xiàn)了全民一起關注生態(tài)環(huán)境，愛護生態(tài)環(huán)境，踐行綠色低碳生活生產方式。

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作者簡介：普正春（1986-），女，傈僳族，云南昆明人，工程師，研究方向為環(huán)保工程。