旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)在火電廠脫硫石膏處理中的運(yùn)用分析

張金果 蔡飛

摘 ?要：隨著工業(yè)生產(chǎn)與大氣污染矛盾日益突出，酸雨、霧霾、溫室效應(yīng)日益嚴(yán)重。其中焦?fàn)t煙氣當(dāng)中含有大量二氧化硫等有害化學(xué)物質(zhì)，是大氣污染的主要元兇。針對(duì)焦?fàn)t煙氣對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染問題，研發(fā)切實(shí)有效的脫硫方法迫在眉睫。目前旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)脫硫、脫硝技術(shù)已在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用。實(shí)踐證明通過該工藝處理后的煙塵，脫硫效果以及煙塵顆粒濃度顯著改善，可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，且使用該方法脫硫后產(chǎn)生的廢棄物可以二次利用。目前這一方法已被廣泛使用。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī);火電廠脫硫石膏

引言：

目前國(guó)家已經(jīng)針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的環(huán)保問題推出一系列政策，以求達(dá)到綠色生產(chǎn)，節(jié)能減排，國(guó)家對(duì)作為大氣污染的主要源頭焦?fàn)t煙氣也制定了相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)。大多數(shù)工業(yè)企業(yè)都會(huì)使用焦?fàn)t作為生產(chǎn)動(dòng)力，而焦?fàn)t運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳、氮氧化合物、粉塵等有害氣體，對(duì)環(huán)境造成很大危害。為了減少煙氣中有害氣體的濃度，使排放達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，多種脫硫、脫硝方法已經(jīng)被應(yīng)用到生產(chǎn)當(dāng)中。本文主要對(duì)該工藝的生產(chǎn)過程以及優(yōu)缺點(diǎn)做主要分析。通過多次實(shí)驗(yàn)反復(fù)改進(jìn)，該工藝已經(jīng)基本成熟可以用于煙氣脫硫脫硝。

一、旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)工藝介紹

1、工藝原理

在企業(yè)生產(chǎn)過程中，焦?fàn)t煙氣大部分都是從下或側(cè)方排出，經(jīng)過管道閥門切換匯合后由總管排出。脫硫劑經(jīng)過旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)脫酸后，均勻分散在總煙道內(nèi)壁，當(dāng)溫度達(dá)到后脫硫劑體積變大與煙道內(nèi)部氣體充分接觸發(fā)生反應(yīng)，迅速脫去二氧化硫等有害氣體中酸性物質(zhì)，并可以將粉塵分離至除塵袋內(nèi)進(jìn)一步凈化。經(jīng)過處理后的煙氣再進(jìn)行下一步旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)脫硝反應(yīng)。煙氣中的氮氧化合物再經(jīng)過與低溫催化劑反應(yīng)后生成氮?dú)夂退?，在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下由煙道排出。

2、脫硫后化學(xué)反應(yīng)物的二次利用

旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)所使用的復(fù)合脫硫劑與其他普通脫硫劑相比，它不僅副產(chǎn)物少，而且產(chǎn)物中主要以可以二次利用的硫酸鈉為主，其占總產(chǎn)物的8～9成，其余為碳酸鈉占1-2成。反應(yīng)生成的副產(chǎn)物粉劑可以用作礦山固化劑原料;可以用作水泥制作當(dāng)中增加水泥硬度;還可以替代純堿用于玻璃工業(yè)、造紙業(yè)、紡織業(yè)、化學(xué)工業(yè)等等。使用旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)脫硫脫硝工藝，不但能夠使煙氣達(dá)到脫硫去塵的排放標(biāo)準(zhǔn)，而且生成的副產(chǎn)物對(duì)環(huán)境無危害，可以被其他廠家回收進(jìn)行二次利用。

二、各脫硫脫硝工藝方法對(duì)比

實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中用到的脫硫脫硝方法主要有三種。

1.旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)脫硫工藝流程

這一方法主要是將高效脫硫劑均勻分布彌散至煙道內(nèi)部，然后提高溫度增加脫硫劑體積使其與煙氣充分接觸發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到煙氣脫硫脫硝效果。這一工藝主要是根據(jù) HCI脫除干法系統(tǒng)研發(fā)改進(jìn)，它的主要副產(chǎn)物為氯化鈉，也可以被二次回收利用。目前旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)脫酸主要用于歐洲，通過不斷開發(fā)改進(jìn)，該工藝在煤電廠、垃圾焚燒、以及水泥制造等領(lǐng)域都得到很好的使用效果。使用該方法大大提高了脫硫脫硝效率、減少了工業(yè)廢料和垃圾、副產(chǎn)物都可二次利用、投入使用成本低，該工藝值得被大力推廣使用。

2.旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)脫硫工藝流程

旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)脫硫工藝很早以前就被研發(fā)使用。該工藝脫硫過程主要是將氧化鈣、碳酸鈉和水混合反應(yīng)后得到氫氧化鈣和碳酸鈉，然后將其作為脫硫劑均勻噴灑至煙氣管道內(nèi)，迅速與管道內(nèi)煙氣發(fā)生反應(yīng)，吸收煙氣中的二氧化硫，達(dá)到脫硫效果。與此同時(shí)由于脫硫塔內(nèi)溫度比較高，脫硫劑迅速變成粉狀固體，由除塵器收集回收。可以說該脫硫工藝過程簡(jiǎn)單可操作性強(qiáng)。使用該脫硫工藝的優(yōu)點(diǎn)是脫硫效率高，操作簡(jiǎn)單，無毒害副產(chǎn)物產(chǎn)生。缺點(diǎn)是脫硫物遇高溫易成固體，副產(chǎn)物不容易被回收利用。

3.活性炭干法脫硫脫硝工藝流程

活性炭干法脫硫脫硝主要是使用活性炭吸附煙氣中的酸性物質(zhì)，綜合反應(yīng)生成硫酸。另外活性炭可以將煙氣中的氮氧化合物催化分解生成氮?dú)夂退?。通過二氧化碳吸附生成的二氧化硫可以被加工成化工產(chǎn)品用于其他工業(yè)。使用該工藝的優(yōu)點(diǎn)是被使用反應(yīng)后的活性炭可以回收利用。缺點(diǎn)是溫度降低后會(huì)產(chǎn)生大量污染廢水。需要對(duì)廢水進(jìn)行二次治理，造成投資成本增加。通過比較分析多種脫硫脫酸方法，可以看出 旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)脫硫脫硝工藝的脫硝效率明顯高于其他工藝且產(chǎn)生的副產(chǎn)物最少，副產(chǎn)物回收利用方便。所以無論是考慮到投入成本還是操作可行性，旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)工藝都是工業(yè)生產(chǎn)中最被值得使用的脫硫脫硝方法。

三、旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)工作原理

旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)就是先利用脫硫劑與管道內(nèi)煙氣發(fā)生反應(yīng)，脫去煙氣中二氧化硫等酸性物質(zhì)，再使用脫硝催化劑對(duì)粉塵進(jìn)行脫硝處理，使煙氣經(jīng)過脫硫脫硝兩次處理后符合排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)脫硫工藝主要技術(shù)要求

旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)脫硫工藝靈活性比較高，即使脫硫系統(tǒng)停止運(yùn)行，也不會(huì)影響煙氣管道內(nèi)脫硫工作。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，工藝操作簡(jiǎn)單。主要操作技術(shù)要點(diǎn)如下。

（1）脫硫裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，投資成本少。

（2）系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性好，無需頻繁維修檢測(cè)。

（3）該工藝運(yùn)行無需加入水，全程保證系統(tǒng)干燥，增加系統(tǒng)使用壽命。

（4）脫硫標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到國(guó)家煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)以上。系統(tǒng)靈活性高，該工藝能夠適應(yīng)各種焦?fàn)t工作，隨時(shí)根據(jù)排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行內(nèi)部調(diào)整。

（5）產(chǎn)生的副產(chǎn)物，對(duì)環(huán)境沒有污染，可以進(jìn)行二次利用。

（6）系統(tǒng)設(shè)有健全的緊急故障方案，能最大限度地保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2、中低溫脫硝工藝主要技術(shù)要求

煙氣在管道內(nèi)先經(jīng)過脫硫再進(jìn)行低溫脫硝，脫硝催化劑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定使用時(shí)間長(zhǎng)，脫銷效果明顯。當(dāng)脫銷系統(tǒng)進(jìn)行一段時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行后，為防止催化劑表面沉積較多，可以將脫硝催化劑返場(chǎng)重制，既解決了催化劑廢物處理問題，又降低了投入生成本。

四、脫硫脫硝工藝系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)

煙氣脫硫、脫硝系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：

（1）投放旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)脫硫劑裝置。

（2）除塵及配套設(shè)施。

（3）脫硝裝置及配套設(shè)施。

（4）脫硫脫硝系統(tǒng)輔助設(shè)備設(shè)施。

（5）消防、監(jiān)測(cè)、儀表盤、通信等綜合防控系統(tǒng)。

五、使用脫硫脫硝系統(tǒng)的影響

以火電廠進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)項(xiàng)目為例，進(jìn)行數(shù)據(jù)跟蹤和反饋來具體對(duì)這一工藝分析與總結(jié)：

1.煙氣排放數(shù)據(jù)

項(xiàng)目主要設(shè)置泄漏率為5%的前提下煙氣凈化處理能力，不斷挑戰(zhàn)更低排放標(biāo)準(zhǔn)，完善改進(jìn)工藝流程。

2.工藝脫硫石膏效率

使用該工藝項(xiàng)目進(jìn)行煙氣脫硫脫硝處理，操作后煙氣二氧化硫、氮氧化合物以及煙氣顆粒濃度都低于正常排放標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)完全可以滿足日益嚴(yán)苛的環(huán)保要求。

3.在實(shí)際生產(chǎn)的中使用效果

該企業(yè)于2018年正式啟用該項(xiàng)目。通過長(zhǎng)時(shí)間對(duì)焦?fàn)t煙氣管道入口出口的監(jiān)測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，煙氣中含酸、氮指標(biāo)都在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間試運(yùn)行以及多次考核，該項(xiàng)目達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，可以正式投入使用。脫硫顧名思義就是脫去燃料中的硫成分，凈化煙氣排放過程，減少有害氣體的排放減少大氣污染，保護(hù)環(huán)境。脫硫方法有很多種，一般有燃燒前脫硫、燃燒過程中脫硫、燃燒后脫硫等三種。隨著人們對(duì)生存環(huán)境要求的提高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)要求的提高，工業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境污染矛盾加深，人們對(duì)能源的使用與開發(fā)產(chǎn)生了新的思考。煤炭是19世紀(jì)工業(yè)發(fā)展的主要原材料，但是煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生的大量煤煙含有二氧化硫等有害氣體已經(jīng)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅，它可以形成酸雨、帶來溫室效應(yīng)、增加可吸入顆粒等，所以開發(fā)新能源，降低煤炭等材料中有害氣體排放已經(jīng)被逐漸提上日程。隨著人們環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)，很多煙氣脫硫工藝已經(jīng)被應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，對(duì)減少?gòu)U氣排放，改善環(huán)境污染有著重要意義。脫硫過程必須使用脫硫劑，脫硫劑就是指能夠脫除燃料中游離的二氧化硫、三氧化硫等硫氧化物藥劑，比如石灰，石灰石等。一般去除窯內(nèi)煙道中的二氧化硫脫硫劑多使用的是比較便宜的石灰質(zhì)藥劑配置而成的堿性溶液。化工廠和冶煉廠等經(jīng)常使用的是堿性硫酸鋁等溶液作為脫硫劑，它可以通過分解還原后重新循環(huán)利用。碳酸鈣作為脫硫劑，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)脫硫反應(yīng)過程中達(dá)到一定溫度后分解成氧化鈣、有機(jī)硫等化學(xué)物質(zhì)，來促進(jìn)硫酸鹽分解得到硫。一般碳酸鈣進(jìn)行分解的最低溫度在950℃左右，達(dá)到或大于這個(gè)溫度就可以進(jìn)行脫硫反應(yīng)了。當(dāng)溫度高于1250℃時(shí)就會(huì)影響脫硫反應(yīng)，所以脫硫過程溫度要保持在950℃至1250℃之間。

六、旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)的工作效率

1.旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)處理脫硫石膏的應(yīng)用

主要是利用石油焦等原材料在煅燒爐中經(jīng)過1250℃高溫進(jìn)行空氣阻隔煅燒。當(dāng)石油焦經(jīng)過煅燒后粉末電阻值符合要求后再經(jīng)過一定工藝手段處理，與瀝青進(jìn)行混合產(chǎn)出的化學(xué)物質(zhì)加入到模具內(nèi)振動(dòng)得到生坯，然后在1200℃溫度下在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)斷燒得到用于鋁電解槽的預(yù)培陽極。這一生產(chǎn)工藝會(huì)產(chǎn)生二氧化碳、瀝青煙等可燃?xì)怏w，但是到目前為止沒有成熟的辦法解決這一問題，所以很少有達(dá)標(biāo)投產(chǎn)案例。

2.脫硫系統(tǒng)簡(jiǎn)介

目前市面上的大多數(shù)旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備生產(chǎn)以及建設(shè)組裝主要由吉林省、汨羅市、黑龍江省的三家公司負(fù)責(zé)。這一系統(tǒng)主要采用鈉-鈣雙堿法脫硫工藝，脫硫率和除塵率以及裝置的使用率均可接近100%，大大提高了旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)碳硫排放標(biāo)準(zhǔn)。

七、旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)主要問題分析

回轉(zhuǎn)窯脫硫設(shè)備在實(shí)際使用中主要存在以下問題：

1.系統(tǒng)指標(biāo)不合格

第一次進(jìn)行脫硫系統(tǒng)調(diào)試時(shí)回轉(zhuǎn)窯并沒有進(jìn)行滿負(fù)荷運(yùn)作，只啟動(dòng)半運(yùn)行狀態(tài)。它的脫硫效率極低，只能達(dá)到三成，入口和出口的二氧化硫以及粉塵濃度都不合格。第二次進(jìn)行脫硫調(diào)試實(shí)驗(yàn)室時(shí)還是要使旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)進(jìn)行半運(yùn)行狀態(tài)，脫硫效率僅提高了兩成。出入口的二氧化硫及粉塵排放程度都不符合要求。后續(xù)雖然對(duì)脫硫設(shè)備進(jìn)行了升級(jí)改進(jìn)，但是仍達(dá)不到脫硫指標(biāo)。

2、脫硫過程濃縮泵動(dòng)力不足

吸收塔地溝漏水下沉、大部分時(shí)間停止運(yùn)行用于沉渣清理以及環(huán)境指標(biāo)不合格。系統(tǒng)只工作三天就必須停止進(jìn)行沉渣處理長(zhǎng)達(dá)十天或十天以上，嚴(yán)重阻礙了脫硫工作進(jìn)程。

4.旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)長(zhǎng)期不使用會(huì)造成煙氣泄漏

從而腐蝕系統(tǒng)內(nèi)部零件。脫硫系統(tǒng)工作時(shí)間短維修時(shí)間長(zhǎng)，四分之三的時(shí)間都用于機(jī)械維修保養(yǎng)，停產(chǎn)時(shí)內(nèi)部煙氣無法及時(shí)排出，造成系統(tǒng)內(nèi)部零部件腐蝕損壞掉落，形成了惡性循環(huán)，進(jìn)一步延長(zhǎng)脫硫系統(tǒng)停產(chǎn)時(shí)間。

八、旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)使用過程分析

1.雙堿法會(huì)在 pH值達(dá)到一定數(shù)值后降低亞硫酸鈣溶解率，無法生成石膏用于脫硫物脫水。為保證其正常運(yùn)行，pH值需要達(dá)到10左右，但是主要問題就出在這兒，當(dāng)pH值達(dá)到6.75以后，鈣幾乎就不溶解了，不會(huì)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，也就無法生成石膏。目前這一矛盾問題還無法解決，不能找到一個(gè)方法既可以保證脫硫過程順利開展，又可以同時(shí)完成脫硫物脫水。

2.系統(tǒng)內(nèi)因亞硫酸鈣濃度高而堵塞無法連續(xù)運(yùn)行。脫硫過程中會(huì)進(jìn)行多次化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生多種化學(xué)物，而這些化學(xué)物中間又會(huì)進(jìn)行二次反應(yīng)，比如亞硫酸鈣，它的大量產(chǎn)生會(huì)阻塞系統(tǒng)運(yùn)行，阻礙脫硫工作，繼續(xù)進(jìn)行。

3.脫硫過程中產(chǎn)生的二氧化碳會(huì)與漿液中的氫氧化鈣等反應(yīng)而生成碳酸鈣造成脫硫失效，二氧化碳與鈉和鈣的二次反應(yīng)使脫硫劑無法繼續(xù)使用造成浪費(fèi)，大大降低了脫硫效率，提高了脫硫成本。

4.雙堿法由于設(shè)計(jì)缺陷循環(huán)泵動(dòng)力不足不僅無法提高循環(huán)量，脫氧劑還不斷與窯沒氣體反應(yīng)，所以即使再加大脫硫劑劑量也無濟(jì)于事，無法增加脫硫量。由于種種原因和缺陷，雙堿法還不是最適合用于現(xiàn)在脫硫工作的方法。雙堿法脫硫技術(shù)脫硫效率低且不能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的化學(xué)物易造成內(nèi)部堵塞，實(shí)用性和穩(wěn)定性都很差。簡(jiǎn)單概括雙堿法是運(yùn)用鈉基脫硫法進(jìn)行塔內(nèi)脫硫，由于此方法堿性較強(qiáng)，在脫硫后與二氧化硫反應(yīng)產(chǎn)生大量化學(xué)物結(jié)晶，造成系統(tǒng)內(nèi)部堵塞?，F(xiàn)在工業(yè)在崛起的同時(shí)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，國(guó)家在展開環(huán)境治理的同時(shí)制定了一系列工廠生產(chǎn)環(huán)保系統(tǒng)安裝標(biāo)準(zhǔn)以及環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)制度。要求各工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。在此條件下雙堿法脫硫技術(shù)已經(jīng)無法滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，終將被新的脫硫技術(shù)取代，漸漸退出歷史舞臺(tái)。

結(jié)論：

為保證企業(yè)生產(chǎn)符合國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，多種脫硫脫硝生產(chǎn)工藝在工業(yè)生產(chǎn)中被使用。脫硫顧名思義就是脫去煙氣中的硫成分，凈化煙氣排放過程，減少有害氣體的排放。隨著人們對(duì)生存環(huán)境要求的提高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)要求的提高，工業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境污染矛盾加深，人們對(duì)能源的使用與開發(fā)產(chǎn)生了新的思考。目前大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)使用鍋爐作為主要?jiǎng)恿?，它運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的煙氣含有二氧化硫等有害氣體已經(jīng)對(duì)環(huán)境污染造成嚴(yán)重威脅，它可以形成酸雨、帶來溫室效應(yīng)、增加可吸入顆粒等，所以開發(fā)新能源，凈化有害氣體排放已經(jīng)被逐漸提上日程。本文介紹的旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)在火電廠脫硫石膏處理，脫硫效率高，副產(chǎn)物少，副產(chǎn)物還可以進(jìn)行二次回收利用，這一工藝向降低大氣污染，有效治理環(huán)境邁出重要一，這一方法值得被廣泛推廣使用。

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基金項(xiàng)目：

學(xué)院課題—自然科學(xué)類重點(diǎn)課題