鈦精礦烘干高效干濕聯(lián)合除塵脫硫環(huán)保技術

吳佩蓓(東莞市環(huán)保產(chǎn)業(yè)促進中心，廣東 東莞 523000)

0 引言

在當前我國工業(yè)生產(chǎn)尾氣排放標準下，干濕聯(lián)合除塵脫硫工藝技術顯現(xiàn)出一定優(yōu)勢，其處理成本頗低且除塵脫硫效果較好，也能夠有效滿足工業(yè)化發(fā)展的切實需求。

1 研究背景

在鈦精礦生產(chǎn)過程中，烘干環(huán)節(jié)常常會伴有一定尾氣生成。由于生產(chǎn)和烘干原理影響，該尾氣中一般會包含了二氧化硫、粉塵礦物質(zhì)以及其他懸浮顆粒物，因此需要對其進行除塵脫硫處理，否則排放到大氣中會造成環(huán)境污染?？紤]到處理效果及經(jīng)濟成本問題，可采用干濕聯(lián)合除塵脫硫技術。該項技術最早是被運用在燃煤鍋爐的煙氣脫硫中，后逐漸延伸到各項工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其不僅能夠提升脫硫效果，還能夠極大地降低費用。整個工藝處理過程較為連貫，結(jié)合了干法除塵脫硫與濕法除塵脫硫的優(yōu)勢，與當前的工業(yè)生產(chǎn)頗為吻合[1]。

2 技術特點分析

首先是具有復合性特征。干濕聯(lián)合除塵脫硫有機結(jié)合了干式、濕式工藝，具有揚長避短的效果，也有利于促進除塵脫硫效果的進一步提高。其除塵效率一般都能夠達到95%以上，而脫硫效率也能保證在80%以上。同時，該項工藝的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，在許多工業(yè)生產(chǎn)中得到運用。因而其相關設備開發(fā)也持續(xù)進行，為技術應用提供資料保障。不同裝置的運用還需結(jié)合實際情況，做到靈活性和合理性相結(jié)合，確保除塵脫硫效果實現(xiàn)，也能盡可能降低成本[2]。

其次是具有環(huán)保性特點。除塵脫硫本就是為了去除排放尾氣中的粉塵物和二氧化硫，避免給大氣環(huán)境造成不利影響。而干濕聯(lián)合除塵脫硫工藝更是提高了環(huán)保性，能夠克服一些工藝缺陷，實現(xiàn)工業(yè)脫硫的科學化循環(huán)，提升脫硫和除塵的成效，使得尾氣中含有的粉塵、二氧化硫降低，有利于提升環(huán)保效益。

3 鈦精礦烘干工藝中的高效干濕聯(lián)合除塵脫硫環(huán)保技術應用

3.1 相關技術領域及技術原理

在鈦精礦的烘干工藝中，引入干濕聯(lián)合除塵脫硫環(huán)保技術，構(gòu)成了一種可以抑制鈦精礦烘干過程中產(chǎn)生二氧化硫、粉塵物質(zhì)的干濕聯(lián)合系統(tǒng)。其技術所涉及的領域主要是尾氣煙氣除塵脫硫處理領域。該項技術主要適用于一些鈦精礦資源豐富的地區(qū)，在鈦精礦生產(chǎn)中得到應用。大部分鈦精礦資源都具有一定水分，其含水量能夠達到10%，而為了達到銷售標準，通常在生產(chǎn)過程中將其含水量降低到0.5%以下，這就需要運用到烘干處理工藝。其具體的烘干流程主要是利用烘干機設備，將燃煤的熱風吹入，然后基于烘干機本身的結(jié)構(gòu)和回轉(zhuǎn)作業(yè)，促使高溫煙氣和鈦精礦物質(zhì)本身進行直接接觸，溫度過高的煙氣能夠去除鈦精礦內(nèi)部水分。鈦精礦在經(jīng)過烘干機回轉(zhuǎn)作業(yè)間接烘干后，其接觸煙氣的溫度值可以達到90 ～110 ℃，且這種高溫煙氣內(nèi)還會伴有少量二氧化硫物質(zhì)以及燃煤灰殘留粉塵物質(zhì)。與此同時，烘干機回轉(zhuǎn)時的鈦精礦也會產(chǎn)生一定粉塵物質(zhì)，在內(nèi)部成為鍋氣。且高溫條件下鈦精礦伴隨著水分流失，也會將礦物本身存有的一些元素釋放出來，包括少量二氧化硫。因此，實際烘干工藝中產(chǎn)生的尾氣可以分為兩個獨立部分，其中一部分煙氣會伴有大量的二氧化硫以及粉塵，不符合尾氣直接排放的標準。故而需要結(jié)合粉煤燃燒原理以及鈦精礦的烘干處理要求，制定相應的粉塵和二氧化硫去除方案。一般來說，對于煙氣中含有的粉塵物質(zhì)，當前多是采用旋風除塵裝置或是布袋式除塵裝置，可以有效過濾粉塵，保證煙氣除塵效果達到要求。最為關鍵的是脫硫處理，針對煙氣含有的二氧化硫，許多都是運用濕法脫硫工藝、干法脫硫工藝以及半干法脫硫工藝。不過這幾種工藝基本都是對煙氣中的二氧化硫和相關顆粒物質(zhì)進行單獨處理，不兼具除塵效果。且實際建設工藝的投資頗大，運行成本也比較高，無法滿足經(jīng)濟性要求。為此，本文研究了一種應用于鈦精礦生產(chǎn)烘干環(huán)節(jié)的干濕聯(lián)合除塵脫硫技術，切實發(fā)揮處理粉塵及二氧化硫的作用[3]。

3.2 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

本研究的高效干濕聯(lián)合除塵脫硫技術，主要是為了解決現(xiàn)有鈦精礦烘干除塵及去除二氧化硫物質(zhì)的技術不足問題。其具有對煙氣與鍋氣分類處理的特點，總體性能為干濕聯(lián)合對煙氣粉塵與二氧化硫?qū)嵤┮种疲に囅到y(tǒng)的處理成本較低，效果也可以達到要求。具體采用的技術方案為：構(gòu)建干濕聯(lián)合去除鈦精礦烘干煙氣和二氧化硫系統(tǒng)，子系統(tǒng)則是包括鍋氣洗滌系統(tǒng)、煙氣洗滌系統(tǒng)以及渣漿池。其中，鍋氣洗滌系統(tǒng)的主要構(gòu)成是核心設備鍋氣洗滌器(主要作用是去除鍋氣中的大顆粒粉塵物質(zhì))，同時配備了鍋氣風機(負責送風作業(yè))，鍋氣復擋除沫器裝置(主要是利用慣性離心力原理來進行凈制氣體，促進氣液分離)。鍋氣洗滌劑會先與復擋除沫器進行連接，除沫器再連接鍋氣風機，而洗滌器的相關進口位置與系統(tǒng)干燥機的內(nèi)部實現(xiàn)連通，鍋氣風機端還會與尾氣的煙囪結(jié)構(gòu)進行連接。煙氣洗滌系統(tǒng)與鍋氣洗滌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類似，其相對應的裝置包括煙氣洗滌器裝置主要用于過濾處理煙氣，煙氣復擋除沫器以及尾氣風機裝置，此外還包含了旋風除塵機，可有效去除粉塵。原理是促進煙氣粉塵在內(nèi)部做選擇運動，再利用離心力捕捉氣流中的粉塵顆粒。系統(tǒng)中的幾項重要裝置主要是按照除塵器—煙氣洗滌器—煙氣復擋除沫器—尾氣風機的順序來進行連通，且尾氣風機直接與尾氣煙囪進行連接，而旋風除塵器則是和煙氣排出管道進行連接。渣漿池主要是與煙氣復擋除沫器裝置、旋風除塵器裝置以及鍋氣復擋除沫器裝置的出口進行有效連通，這些裝置排出的固液混合物質(zhì)都會進入池內(nèi)。在完善聯(lián)合除塵脫硫系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)時，還需注意各裝置的合理設置，比如鍋氣洗滌器裝置與煙氣洗滌器裝置都應當傾斜一定角度，確保其進口要略高于出口，這樣才能夠有效發(fā)揮作用。同時，兩項洗滌器裝置的淋口還需與煙氣進口實現(xiàn)正對，且煙氣洗滌器和鍋氣洗滌器都應為管道復噴形式，其具有管道形狀殼體，兩端還設置有進氣口和出氣口。其內(nèi)部的軸向間隔處也設置了許多噴頭結(jié)構(gòu)，噴頭的出口方向則是與軸向相同，保證噴頭出口與煙氣進口可以對應，噴頭主要是采用雙向空心錐形低壓高效的霧化噴頭形式。通過實際驗證發(fā)現(xiàn)，鍋氣洗滌器裝置與煙氣洗滌器裝置在傾斜處理時，應當與水平方向保持15°～30°的夾角最為合適，本次研究的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中確定其傾斜最佳夾角為23°。在鍋氣復擋除沫器與煙氣復擋除沫器布置上，主要是需對內(nèi)部間隔位置處設置一定數(shù)量的同心圓擋板，注意相鄰擋板間距離要把控好，依據(jù)由外到內(nèi)的順序，間距逐漸縮小，擋板的高度要對應逐漸增加。

3.3 系統(tǒng)的實際效果

利用相關技術構(gòu)建的鈦精礦烘干除塵脫硫系統(tǒng)，可以讓高溫熱煙氣先通過旋風除塵器裝置來實現(xiàn)預除塵。這個過程能夠?qū)⒋蟛糠址蹓m物質(zhì)去除，以免其后續(xù)進入到煙氣洗滌器后堵塞裝置管路，造成運行不佳的情況。在預除塵處理完成后，煙氣從除塵器內(nèi)排出經(jīng)過連通渠道進入到煙氣洗滌器內(nèi)部，開始經(jīng)過洗滌處理，洗滌凈化過程中裝置會產(chǎn)生一定水霧，直接與煙氣進行接觸并實現(xiàn)高效逆流混合，水霧會將煙氣中的部分礦物質(zhì)粉塵捕捉收集起來，煙氣的溫度也會在水循環(huán)下開始下降。當大量的水蒸氣開始小于露點溫度后，就會讓水霧轉(zhuǎn)換為水，吸收尾氣中含有的二氧化硫，從而使得煙氣完成脫硫，整體實現(xiàn)了除塵、降溫以及去除二氧化硫多種作業(yè)效果。此外，鈦精礦烘干工藝中，在干燥機內(nèi)部進行礦物質(zhì)旋轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生一定的粉塵物質(zhì)，從而形成鍋氣，再加上高溫時礦物質(zhì)本身也釋放一定二氧化硫。因而可利用設置的鍋氣洗滌系統(tǒng)進行去塵脫硫，其利用風機直接將鍋氣抽送到對應洗滌器內(nèi)部凈化洗滌，也會實現(xiàn)除塵、降溫以及去除二氧化硫的效果。系統(tǒng)利用分類處理鈦精礦烘干尾氣二氧化硫、粉塵的方式，不僅可以獲得較好效果，也在很大程度上降低了處理成本，提高生產(chǎn)經(jīng)濟性[4]。

3.4 具體實施分析

對本研究的技術構(gòu)成系統(tǒng)做進一步詳細說明，其煙氣洗滌器與鍋氣洗滌器進行傾斜布置，且保證噴淋口與煙氣進口相對。該項工藝的技術是，干燥機運行時會產(chǎn)生煙氣和本身鍋氣兩種廢氣，煙氣中主要含有大量粉塵物質(zhì)、二氧化硫物質(zhì)，鍋氣中的二氧化硫物質(zhì)較少。這兩種廢氣從成分構(gòu)成上存在差異，因此系統(tǒng)采用了分類處理形式。為了防止噴淋管被粉塵物質(zhì)所堵塞，優(yōu)先選擇設置的方案是將旋風除塵器裝置布置在煙氣洗滌器進口位置前段管路部分，先去除煙氣中的大量粉塵。同時，系統(tǒng)中將干燥機內(nèi)部出來的鍋氣和煙氣分離處理，對應引入到鍋氣洗滌系統(tǒng)以及煙氣洗滌系統(tǒng)當中，而煙氣管道會直接與除塵器裝置進口位置連接[5]。這時尾氣風機也會發(fā)揮作用，其煙氣被除塵器處理后進入洗滌器洗滌，從而獲得去除了二氧化硫、煙氣以及溫度降低的尾氣，隨后尾氣還會進入到煙氣復擋除沫器內(nèi)部，促進洗滌中的水和氣體進行分離，最后排空即可。而干燥機處理鈦精礦時礦本身排放的少量二氧化硫會形成對應鍋氣，但這部分氣體較少且壓力頗低，因而也需在對應風機作用下實現(xiàn)洗滌處理。鍋氣復擋除沫器同樣進行氣液分離并排空，整體的煙氣與鍋氣都能夠完成除塵脫硫。由于洗滌器具有一定傾斜角度，可以保證內(nèi)部洗滌水的順利流通，與煙氣和鍋氣之間充分接觸，能避免出現(xiàn)堵塞或是積液情況。系統(tǒng)中相應的煙氣復擋除沫器、旋風除塵器以及鍋氣復擋除塵器下端出口位置直接連通了渣漿池，內(nèi)部物質(zhì)會排放到渣漿池中。通過池本身的澄清得到溢流水，可以重復作為洗滌器中的洗滌水來使用，有效節(jié)約洗滌成本，也能夠減少廢液產(chǎn)生。此外，需注意的是，煙氣處理時先后經(jīng)過旋風除塵器、煙氣洗滌器以及對應的復擋除沫器裝置。這個過程會導致煙氣本身出現(xiàn)較大壓降，最后經(jīng)過除沫器出口排放的壓力通常較低，導致內(nèi)部氣體的流通較為不暢，可能會致使裝置出現(xiàn)憋壓情況，影響到穩(wěn)定運行，因而需要使用風機來加壓，推動內(nèi)部煙氣的有效流通，也提高整個系統(tǒng)對煙氣的處理效率。

在上述的系統(tǒng)裝置中，噴頭優(yōu)先選擇了雙向空心錐形低壓高效霧化形式。這種噴頭能夠促進系統(tǒng)運行時更好地噴出洗滌水物質(zhì)，也能讓煙氣、鍋氣與洗滌水之間的接觸面積增大，提高洗滌效果。而洗滌器和水平方向之間保持一定夾角，這種結(jié)構(gòu)的設置能夠促進殼體內(nèi)水流順利流通，同時對于洗滌水與煙氣、鍋氣之間的接觸來說，可有效增加接觸時間和接觸面積，促進其洗滌水吸收效率的提高，也能夠適當延長設備使用的時間。選擇使用的煙氣和鍋氣除沫器都為復擋除沫器，這種除沫器的下部筒體為錐形結(jié)構(gòu)，筒體內(nèi)部還設置了環(huán)形狀間隔的擋板，主要布置于錐形結(jié)構(gòu)上方位置，下方切向設置除沫器進口，擋板本身的截面也為四分之三圓弧狀，圓弧擋板的缺口與復擋除沫器進口相對，除沫器上方位置主要設置出氣口，下方錐形圓筒結(jié)構(gòu)下端設計了出液口，在系統(tǒng)實際運行時，不管是鍋氣復擋除沫器還是煙氣復擋除沫器，相應氣體在進入內(nèi)部時都是通過下部殼體來切向流進，氣體進入后還會沿著擋板側(cè)壁以及殼體內(nèi)壁做螺旋運動，在此過程中實現(xiàn)氣體與部分液態(tài)水分離，受到離心力作用影響，采取同心圓布置形式的擋板和器壁也會受到尾氣與液沫旋轉(zhuǎn)的作用，從而實現(xiàn)“清洗”，也能夠避免出現(xiàn)復擋除沫器被堵塞的情況，提升除沫效果。與此同時，擋板在將內(nèi)部氣體氣液分離時，會使得尾氣出現(xiàn)一定壓力損失，氣體的流速會開始下降。一般情況下，越是與中心位置距離較近處的氣體壓力損失會越大，流速也會越慢，就會導致出現(xiàn)錐形結(jié)構(gòu)內(nèi)壁氣體掉落時間不一致的情況，促使氣體之間在殼體內(nèi)實現(xiàn)分割。液體和一些液沫也會在內(nèi)壁上分開掉落，以免泡沫物質(zhì)再次產(chǎn)生，促進液沫和液體間實現(xiàn)有效分離。本系統(tǒng)還設計了擋板布置間隔從外到內(nèi)逐漸減小，使大多氣體進入到復擋除沫器時，壓力被大大減小，提高最終除沫的水平。其上端排氣出口會將處理好的尾氣排出，而擋板從外到內(nèi)的高度參數(shù)逐漸增加。為了增大通道面積，也能夠降低通道堵塞的可能性，使得除沫器整體除沫效果提高。

4 該項技術在鈦精礦烘干過程中的應用效益及發(fā)展前景

鈦精礦烘干的高效干濕聯(lián)合除塵脫硫技術，主要是根據(jù)煙塵以及二氧化硫物質(zhì)的主要化學成分、具體運動特征來進行系統(tǒng)設計。具體來說還包含了凝聚霧化技術、過濾吸收技術、霧化洗滌技術、除霧分離技術以及沖擊湍流技術等，有效實現(xiàn)了粗顆粒粉塵在預除塵環(huán)節(jié)去除。而二氧化硫以及較細的顆粒粉塵則是經(jīng)過霧化噴頭來進行洗滌并混合處理。其酸性廢水還可以用在鈦浮選生產(chǎn)過程中，能夠降低選礦時調(diào)整pH值的耗酸量，既能夠節(jié)約成本，也能夠保證煙氣環(huán)保排放。某企業(yè)在鈦精礦烘干工序上進行了該項技術應用的改造，其建成后的系統(tǒng)能夠有效保障鈦精礦生產(chǎn)線達到環(huán)保效果，綜合效益較高。其實際除塵效率能達到99.5%以上，而脫硫的效率也能夠保證大于80%。若是每年的鈦精礦烘干量按照50 萬噸來計算，那么其高效干濕聯(lián)合除塵脫硫系統(tǒng)可以節(jié)省約7 萬元成本，且維護成本也較低。實際總功率值一年可達到343 kW，相比于傳統(tǒng)處理系統(tǒng)能耗偏低，大約降低80%左右。

該技術是在傳統(tǒng)除塵技術基礎上優(yōu)化獲得，特點是促進干濕結(jié)合且能夠分級處理粉塵與二氧化硫。實現(xiàn)除霧、除塵以及脫硫處理的高效一體化，有效減少工業(yè)粉塵、二氧化硫以及其他懸浮顆粒排放到環(huán)境中，防止大氣環(huán)境被污染、避免員工和周圍居民健康受到影響，也能夠適當降低礦物損失。與當前打造綠色生產(chǎn)礦山以及環(huán)保車間的理念相符合，具有著綠色生產(chǎn)的示范性價值，其未來發(fā)展的前景廣闊。

5 結(jié)語

綜上所述，對鈦精礦生產(chǎn)時烘干尾氣進行除塵脫硫處理，能夠保證尾氣排放達到環(huán)保標準，也能夠提升鈦精礦的生產(chǎn)效益。為此，可采用高效干濕聯(lián)合除塵脫硫環(huán)保技術。該技術主要是在原有系統(tǒng)基礎上進行優(yōu)化，采用分離方式，利用相應的洗滌器、除塵器、風機以及復擋除沫器來去除粉塵和二氧化硫，與傳統(tǒng)工藝相比，極大地提高了除塵及脫硫效率。