煤矸石燒結(jié)磚焙燒窯煙氣SDS干法脫硫除塵的優(yōu)化研究

張全勝

（太原市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與科學(xué)研究中心，山西 太原 030002）

引言

煤矸石是當(dāng)前我國排放量和堆存量最多的工業(yè)固體廢棄物之一，利用工業(yè)固體廢棄物煤矸石制備燒結(jié)磚進(jìn)行廢物資源利用的技術(shù)是越來越成熟。但是煤矸石燒結(jié)磚焙燒窯窯尾排煙溫度在190 ℃～230 ℃之間，煙氣中含有SO2和粉塵等污染物，如果不處理就排出就會(huì)造成環(huán)境污染問題?；诋?dāng)前國家對于環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格的問題，必須對窯尾高溫?zé)煔膺M(jìn)行脫硫除塵處理后才能進(jìn)行排放。從而滿足企業(yè)對于環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)可以改善當(dāng)?shù)氐目諝猸h(huán)境。

1 工程概況

山西太原某建材公司擁有年產(chǎn)6 000 萬標(biāo)塊煤矸石燒結(jié)磚生產(chǎn)線，采用一次碼燒生產(chǎn)工藝，工藝流程，如圖1 所示。

圖1 煤矸石燒結(jié)磚生產(chǎn)工藝流程示意圖

焙燒工序在焙燒窯中進(jìn)行，焙燒窯為兩座119 m長、3.3 m 寬的小斷面隧道窯，隧道窯得能公布采用H型鋼耐熱砼平吊頂結(jié)構(gòu)，窯尾為煙氣排放系統(tǒng)。焙燒為煤矸石燒結(jié)磚生產(chǎn)中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，在高溫焙燒帶溫度可達(dá)950 ℃～1 050 ℃，焙燒完成后，窯尾排煙溫度在190 ℃～230 ℃，煙氣中含有SO2和粉塵等污染物。為滿足環(huán)保要求，該建材公司采用SDS 干法脫硫+布袋除塵工藝對窯尾高溫?zé)煔膺M(jìn)行處理，可有效降低煙氣中SO2和粉塵的濃度。SDS 干法脫硫工藝處理過程中無廢氣和廢水排放，不消耗水資源，不增加系統(tǒng)能耗，脫硫效果理想；脫硫后的煙氣進(jìn)入布袋除塵器，采用布袋除塵工藝進(jìn)一步除去煙氣中的粉塵，除塵效果理想。

2 SDS 干法脫硫+布袋除塵工藝方案

該建材公司煤矸石燒結(jié)磚生產(chǎn)線焙燒窯窯尾高溫?zé)煔馕廴疚锏膮?shù)條件為：煅燒溫度達(dá)950 ℃～1 050 ℃；燃料種類為煤焦油；窯尾煙氣50 000 m3/h，溫度為550 ℃；減溫器出口溫度為190 ℃～230 ℃；SO2初始濃度為1 000 mg/m3，粉塵初始質(zhì)量濃度為1 000 mg/m3～3 000 mg/m3；水分體積分?jǐn)?shù)11%；氧氣體積分?jǐn)?shù)19%。

根據(jù)窯尾高溫?zé)煔馕廴疚锏膶?shí)況，配置SDS 干法脫硫+布袋除塵工藝方案，其系統(tǒng)處理流程如圖2所示。

圖2 SDS 干法脫硫+布袋除塵工藝方案系統(tǒng)流程圖

SDS 干法脫硫系統(tǒng)的設(shè)備主要是由高效研磨系統(tǒng)、脫硫煙氣系統(tǒng)、碳酸氫鈉噴射裝置、壓縮空氣系統(tǒng)及煙道、布袋除塵器、灰斗、氣力輸灰管路、儲(chǔ)灰倉等部分構(gòu)成。布袋除塵設(shè)備為布袋除塵器，相應(yīng)出口處配置有SO2濃度監(jiān)測設(shè)備和粉塵濃度監(jiān)測設(shè)備[1]。

脫硫劑采用碳酸氫鈉顆粒料（粒度＜10 mm），脫硫劑在脫硫劑粉倉經(jīng)螺旋喂料機(jī)定量輸送到專用研磨機(jī)進(jìn)行研磨，將其研磨加工為＜10 μm 的微粉，經(jīng)分級機(jī)處理后采用氣力輸送到達(dá)加料位置，經(jīng)噴射器進(jìn)入SDS 脫硫反應(yīng)器進(jìn)行脫硫處理。脫硫后剩余脫硫劑隨煙氣進(jìn)入超凈布袋除塵器進(jìn)一步脫硫和除塵，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行排放。

3 運(yùn)行效果分析

3.1 煙氣溫度對脫硫的影響

窯尾煙氣溫度是影響SDS 干法脫硫系統(tǒng)脫硫效果的重要因素。有實(shí)驗(yàn)研究表明：碳酸氫鈉在高溫下進(jìn)行分解反應(yīng)，生成碳酸鈉、二氧化碳和水；在50 ℃時(shí)開始進(jìn)行逐漸分解，當(dāng)溫度達(dá)到270 ℃時(shí)完全分解。

對該窯尾煙氣溫度對脫硫效率的影響進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明：煙氣溫度與脫硫效果表現(xiàn)為正線性關(guān)系，隨著煙氣溫度的增加脫硫效果也在增加，當(dāng)煙氣溫度在140 ℃脫硫效率可達(dá)96%，煙氣溫度提升至200 ℃時(shí)，脫硫效率可達(dá)98%。當(dāng)溫度處于140 ℃以上時(shí)，脫硫劑碳酸氫鈉細(xì)顆粒粉被加熱激活，生成活性較好的多孔結(jié)構(gòu)，能有效提高反應(yīng)活性和吸附活性，進(jìn)而吸收煙氣中的SO2酸性氣體，實(shí)現(xiàn)脫硫的目的[2]。

綜合考慮，可將窯尾煙氣減溫器出口溫度設(shè)定在220 ℃較為合適，可有效提高脫硫效率。

3.2 煙氣負(fù)荷對脫硫的影響

煤矸石燒結(jié)磚焙燒窯的工作負(fù)荷決定著窯尾煙氣量，煙氣負(fù)荷決定脫硫塔反應(yīng)器尺寸。當(dāng)焙燒窯工作負(fù)荷降低時(shí)，其產(chǎn)生的窯尾煙氣量降低，因此進(jìn)入脫硫塔反應(yīng)器設(shè)備的煙氣量也隨之降低，很顯然在設(shè)置參數(shù)不變的情況下，脫硫劑碳酸氫鈉顆粒粉在脫硫塔反應(yīng)器能與煙氣進(jìn)行充分接觸反應(yīng)，大幅度提高了脫硫效率。

對窯尾煙氣負(fù)荷對脫硫效率的影響進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明：當(dāng)焙燒窯煙氣負(fù)荷為55%、85%、100%時(shí)，脫硫效率分別為97.8%、97.1%、96.5%，隨著煙氣負(fù)荷的增加，煙氣負(fù)荷與脫硫效果表現(xiàn)為負(fù)線性關(guān)系。因此，在裝置實(shí)際的運(yùn)行過程中，如焙燒窯煙氣負(fù)荷過大的情況下，可通過優(yōu)化脫硫塔反應(yīng)器尺寸來調(diào)節(jié)脫硫效率[3]。

3.3 脫硫劑不同噴射位置對脫硫的影響

在SDS 干法脫硫系統(tǒng)中，脫硫劑碳酸氫鈉顆粒粉末是通過氣力輸送至噴射器位置進(jìn)而噴入煙道內(nèi)。為了能找到較好的噴射位置和布置方案，進(jìn)行了脫硫劑不同噴射位置對脫硫效率的影響試驗(yàn)。根據(jù)要求設(shè)計(jì)了三種不同的脫硫劑噴射位置及方案，如圖3 所示。第一種如圖3-1 所示，在脫硫塔入口水平煙道設(shè)置噴射器進(jìn)行加料，并安裝有均布器；第二種如圖3-2 所示，在脫硫塔入口水平煙道設(shè)置噴射器進(jìn)行加料，未安裝有均布器；第三種如圖3-3 所示，在脫硫塔文丘里出口段塔體上設(shè)置噴射器進(jìn)行加料。

圖3 不同脫硫劑加料位置示意圖

試驗(yàn)結(jié)果表明：采用以上三種不同的脫硫劑噴射位置及方案進(jìn)行加料時(shí)，脫硫效率分別為98.2%，93.1%、81%。在脫硫塔入口水平煙道設(shè)置噴射器進(jìn)行加料，并安裝有均布器的加料方案是最佳的，脫硫效率高達(dá)98.2%；在脫硫塔入口水平煙道加入脫硫劑，通過脫硫塔底部的彎頭、文丘里段的紊流和噴射作用，脫硫劑與煙氣已完成均勻混合，因此可以實(shí)現(xiàn)充分反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)較好的脫硫效率[4]。

因此，確定采用在脫硫塔入口水平煙道設(shè)置噴射器進(jìn)行加料，并安裝均布器。

3.4 布袋除塵器對脫硫的影響

SDS 干法脫硫工藝完成后，脫硫后干粉狀顆粒副產(chǎn)物隨煙氣流入超凈布袋除塵器進(jìn)行除塵處理，當(dāng)煙氣和脫硫劑超細(xì)粉的速度降低到0.65 m/min 以下時(shí)，大量的粉塵聚集粘附在布袋上，并形成一層粉塵層。分析可知，在粉塵層中還含有未反應(yīng)完的脫硫劑，當(dāng)煙氣在布袋除塵器進(jìn)行除塵處理的過程中，未反應(yīng)完的脫硫劑仍然能與煙氣中未處理完的SO2等酸性物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)脫硫的效果[5]。在布袋除塵器位置處，在進(jìn)行過濾除塵的同時(shí)，也發(fā)生有脫硫處理。

3.5 效果分析

經(jīng)SDS 干法脫硫+布袋除塵工藝方案系統(tǒng)處理后，煙氣中的中SO2質(zhì)量濃度≤33 mg/m3，粉塵質(zhì)量濃度≤8 mg/m3，脫硫除塵效果較為理想，符合排放要求。

4 結(jié)語

針對煤矸石燒結(jié)磚焙燒窯窯尾排煙氣體的環(huán)境污染問題設(shè)計(jì)了SDS 干法進(jìn)行脫硫除塵+布袋除塵工藝系統(tǒng)，該系統(tǒng)在太原某建材公司6 000 萬標(biāo)塊煤矸石燒結(jié)磚焙燒窯窯尾煙氣治理中進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，治理結(jié)果表明：治理后焙燒窯窯尾煙氣中SO2及粉塵濃度符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)，治理效果理想。