ENS半干法除氟脫硫技術在燒結煙氣凈化中的應用
O 引言
煙氣脫硫技術多種多樣，世界各國從20世紀50 年代開始研究脫硫技術，至今脫硫技術已達200多種。根據脫硫過程所處的不同階段，可分為燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫3種。按脫硫產物的干濕形態，煙氣脫硫又可分為濕法、半干法和干法煙氣脫硫。煙氣脫硫是目前控制大氣中SO：排放濃度與總量最有效、應用最廣的煙氣脫硫技術。煙氣脫硫即采用化學、物理及生物等方法將煙氣中的SO：予以固定和脫除，目前煙氣脫硫技術中最為成熟的為濕法技術，占整個脫硫設施的85％以上，其中以石灰石／石膏濕法占36．7％；另外還有氨一硫酸銨法，M舯法、活性炭法、鈉堿法、電子催化氧化法、鈉堿循環吸收法等。濕法脫硫技術盡管脫除效率較高達90％以上，脫硫劑利用率高，但其設備費用高，且運行費用昂貴，管理維護困難，產生二次污染心]。因此，開發一種資源化、高效化、經濟化的煙氣脫硫凈化技術是當今環保工作者研究熱點。聯合國環境規劃部署1988年公布的統計資料顯示，s02已成為世界第一大污染物，人類每年向大氣排放的S0：達1 800萬t。我國1995年 S02排放量為2 341萬t，超過美國當時的2 100萬t； 2004年Sq排放量為2 254萬t；2005年s02排放總量為2 549萬t，比上年增長13．1％，居世界首位，均超過 “十五”規劃總量控制目標(1 800萬t／a)。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》提出了“十一五”期間單位國內生產總值能耗降低20％左右，主要污染物排放總量減少lO％的約束性指標。 2006年，全國S02排放量達2 594．4萬t，比2005年增長 1．8％。因此S02減排已成為我國環境治理的重點，也是我們應該承擔的責任。
與傳統的脫硫技術比較，ENS半干法除氟脫硫技術具有脫硫效率高、工藝流程簡單、生產運行費用低、不產生二次污染等特點，有著廣闊的發展前景。本文對ENS半干法除氟脫硫技術的研究應用進行了介紹。
1 工藝原理
德國ENs半干法采用一定粒徑要求的Ca， Mg(OH)：粉料作為吸附劑，通過輸送系統和投加器進人煙氣管道，由煙氣帶入反應塔。在反應塔內與霧化系統的水霧接觸，使堿性干粉表面濕潤，煙氣中 F一、sO，等酸性氣體同時濕潤，附著并與濕潤堿性物發生反應，生成鈣／鎂鹽等化合物；反應后的煙氣及鹽粒在反應塔下部被煙氣的余熱干燥，進入除塵器，煙塵被除塵器收集，凈化后的煙氣經風機送到煙囪排放。除塵器的一部分收集塵返回反應塔管道，強化反應和再利用，使其達到飽和利用。
SO：與Ca(OH)：的反應單從化學反應方程式看是簡單的酸堿中和反應，但從整個反應動力學上分析，反應速度與煙氣中水的含量有很大關系。
氣相中so：生成so；一的反應大致經過以下過程：水蒸汽的氣體SO：進入液相狀態，相互結合與堿反應后，脫出水分子，并生成HsOf，再進一步與堿反應，生成so；一和水分子。
酸性氣體與Ca(OH)：的反應活性順序為：s0，> HF>HCI>S02>C02。
從氣液兩相平衡及動力學角度分析，堿性反應物表面的含水量與氣相的含水量一相對濕度相關，系統中酸堿反應的機率與酸性組分的含量和堿性物質的總表面積相關。
2工藝過程及組成
采用的半干法除氟脫硫工藝，燒結機機頭產生的萬方數據含有氟化物、sO，及含鐵粉塵的煙氣經大煙道出燒結室，進入電除塵器進行預除塵，回收燒結煙塵，返回燒結配料室做燒結礦原料。預除塵后的煙氣由裝有加料裝置的管道進人反應塔，Ca(0H)：堿性粉料從貯料倉經增濕機加濕后通過加料裝置噴人煙道進入反應塔，反應塔內霧化系統根據概念設計數字模型，調整煙氣溫度、濕度，使氣態硫化物、氟化物與堿性粉料充分反應，形成固態鹽一粉塵與除氟脫硫煙氣，經管道進入主抽風機前的除塵器，使含氟、S02的固態粉塵與氣體分離．煙氣達標經主抽風機至煙囪排放。主除塵器的作用是把吸附了氟和硫的粉塵捕集下來，除下來的粉塵主要是硫酸鈣、氟化鈣等廢渣和沒有參與吸收反應的氫氧化鈣等，其中20％一30％的除塵灰循環使用，用倉式泵加壓噴入主除塵器的煙氣入口中，繼續參與反應和吸收。
2．1物料控制
德國ENS半干法的物料控制，由煙道末端的sO：在線監測儀的回饋信號與其他煙氣參數信號共同在半干法數學模型程序下，控制物料的投加量，以達到反應物的充分反應和最合理的用量。
2．2溫度控制
德國ENS半干法溫度控制是保證煙氣反應后出反應塔溫度高于露點溫度，保證煙氣在管道、除塵器、風機及煙囪中不結垢、不腐蝕。
煙氣溫度的控制主要由噴霧量和反應塔進出口溫度、煙氣濕度決定。煙氣霧化程度決定著反應效果和反應塔體積及結構，在噴霧系統水與壓縮空氣以較低的速度進入噴頭的混合腔充分混合，并逐步加速。在出口處形成壓力差，造成氣水混合系統的迅速膨脹，水相高度分散，形成細小水珠。實際操作中水的添加量需要調節，但穩定的霧化系統要求不受加水量波動的影響。氣水混合物噴出速度在氣水量比值變化很大的范圍內仍保持不變，從而保證了加水量變化條件下霧化效果的穩定性。
2．3燒結煙塵回收系統
燒結機頭煙氣由煙道出燒結室后，進入燒結煙塵回收除塵器。燒結煙塵回收除塵器收集的灰塵，經輸送系統至加濕機，經加濕機加水濕潤，然后經膠帶機運至冷返礦膠帶機上運往燒結礦配料室完成燒結煙塵回收利用。
2．4新粉投加系統
半干法工藝與煙氣中F一、SO，等因子的反應劑采用Ca／Mg(OH)：堿性粉料。投加在煙氣管道內，與煙氣接觸、混合，并隨氣流帶人反應塔。粉料由制粉廠按工藝要求規格及用量制成粉料，由罐式汽車按照運輸制度，按時按量將新粉運至現場并輸送至干粉儲倉。干粉儲倉灰斗下設星型卸灰閥，根據工藝需要量，通過變頻器調節卸灰閥電機轉速，定量卸灰至螺旋輸送機，至德國LOEDlGE增濕機進料口。
德國LoEDIGE增濕機是保證煙氣低溫時仍有較高除氟脫硫效率的至關重要工藝設備，其主要功能是增加Ca／Mg(OH)：粉料的含濕量，使干粉預濕潤，粉料與煙氣接觸時在管道中便開始反應，可保證干粉增濕均勻和不粘結。增濕后的粉料由增濕機出口進入氣力輸送裝置，在壓氣的作用下，將粉料連續不斷送入煙氣管道并隨氣流帶入反應塔。
2．5反應塔系統
反應塔是創造反應劑與煙氣中F一、sO：等反應最佳條件的場所。它主要通過噴霧調整煙氣溫度、濕度，進一步潤濕反應劑和酸性氣體，使煙氣中F一、s02 等與反應劑生成固態鹽，從煙氣中去除。
同時反應塔與噴霧系統的設計保證反應塔無結露，反應后煙氣和反應產物很快被煙氣余熱干燥，保證煙氣及反應物不對反應塔、管道、除塵器、風機及煙囪產生腐蝕及結垢。在霧化反應塔中利用高效噴嘴將水以細小水珠形式均勻噴入，水珠通過吸收煙氣中的熱量而蒸發。根據進出口煙氣溫度實測結果，控制噴入水量，將煙氣溫度控制在指定范圍。
反應塔底卸灰循環至反應塔出口管道，使未反應完全的反應劑再次利用。
2．6主除塵系統
煙氣經反應塔反應后，由反應塔出口管道進入主除塵器。主除塵器可使煙塵與煙氣分離。主除塵器選擇電除塵器或布袋除塵器。
2．7循環系統
循環使用反應后物料中仍未反應的中和劑Ca， Mg(OH)：，提高鈣粉利用率的同時加強反應，提高脫硫效率。
2．8廢渣外輸系統
主除塵器收集的灰經過刮板輸送機送至除塵器下部的灰斗，一部分灰循環使用，另一部分灰經刮板輸送至加濕機，由車外輸。
3應用實例
ENS半干法除氟脫硫工藝針對燒結工藝的特點，萬方數據在工業性試驗成功的基礎上，設計完成了2臺180 m2 燒結機頭煙氣凈化工藝的改造。其工藝流程見圖1。
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3．1 凈化效果
由現場監測結果得知：機頭煙氣含塵3 000-，19，m3，含s02472．5 IIlg／m3，含氟化物109．4-ng／m3。對燒結機頭煙氣排放濃度監測結果見表l。
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通過監測表明煙氣中氟化物排放質量濃度 2．98—3．47 mg，m3，SO：排放質量濃度89．6— 94．5 nlg／m3，煙塵排放質量濃度20．8—22．4 mg／m3，均低于《大氣污染物綜合排放標準》(GBl6297—1996)新污染源大氣污染物排放限值標準。計算得到除氟效率>95％，SO：去除率>80％，凈化效果等于或好于設計指標。
3．2工藝可靠性分析
半干法煙氣除氟脫硫工藝在國外已是成熟的技術，可有效去除煙氣中SO：、HCl、HF等酸性氣體，達到環保要求。半干法作為一種成熟和高效的去除酸性氣體的工藝，具有去除效率高、運行費用低，對設備、管道無腐蝕、不產生排放水蒸汽后冷凝降雨等優點，明顯優于濕法凈化工藝。因此2臺180 m2燒結機燒結煙氣凈化改造采用半干法煙氣除氟脫硫工藝。
工程投產后的驗收及實際運行測試結果表明，當霧化系統正常工作時，燒結機頭煙氣中各種污染物的排放濃度完全能夠滿足《大氣污染物綜合排放標準》 (GBl6297—1996)的要求。半干法煙氣除氟脫硫工藝成熟可靠，從技術和經濟上來看都是可行的，能夠達到預定的凈化效果，污染物排放濃度能夠穩定達到排放標準要求。
3．3存在問題
(1)半干法除氟脫硫凈化系統主除塵器回收的粉塵由于富集了氟化物和sO：，不能返回燒結作配料，主要成分為堿性氟化鈣，需解決綜合利用的問題。由于其產生量較大(約3．2萬“a)，如一時找不到可靠的利用途徑需要臨時堆存，必須加強堆放場地防塵、防滲氆施建設，防止產生二次揚塵和對地下水環境的污染。
(2)工程投產后生產調試監測結果表明，采用半干法工藝凈化處理后，出口煙氣中SO：濃度受霧化系統影響較大，當霧化系統正常工作時，S02去除率為 70．59％。86．42％。霧化系統非正常工作包括兩種情況，一種為霧化系統不工作即煙氣溫度低致使霧化系統不能噴霧，此時S02去除率僅為10．06％～ 17．24％；另一種情況為壓縮空氣壓力<4．8 kg，cm2 時，霧化系統不能正常工作，此時SO：去除率為 35．52％一49．02％。由此可見，霧化系統正常工作是半干法煙氣凈化系統的關鍵，必須保證其正常工作，才能避免SO：的非正常排放。
3．4與原工藝比較
3．4．1原濕法工藝
原2臺180 m2燒結機機頭煙氣采用濕法除氟凈化工藝。煙氣經抽風機引進114 m2電除塵器后，進入空心洗滌塔，洗滌去除氟和二氧化硫及煙塵等有害成分，凈化后的煙氣經由120 m煙囪排放。洗滌煙氣后的酸性廢液經中和器用輕燒自云石乳液進行中和，然后進入澄清器，澄清液流入澄清液受槽，用循環泵汲至洗滌塔循環使用，沉淀污泥進入泥漿受槽由泥漿泵送至選礦廠尾礦庫集中處理。其工藝流程及產物環節見圖2。
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該工藝存在的主要問題：
(1)燒結泥漿水排人尾礦庫對尾礦水質造成了不利的影響，影響選礦生產。
(2)煙氣凈化系統凈化效果不好，造成澄清器，凈環泵站溢流大。
(3)每年用于凈化系統的運行費用和檢修費用萬方數據較高，泥漿水排人尾礦庫量大，浪費水資源嚴重。
(4)凈化系統設備存在腐蝕問題，而且結垢堵塞嚴重，影響凈化系統的作業率。
3．4．2污染物排放比較
改造工程投入生產后，無廢水排放，廢渣可用于冶金渣制磚生產線進行綜合利用，污染物的排放全部有所消減，項目建成前后的污染物排放情況及污染物變化情況見表2。
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由表2可知，項目建成后各污染物的排放量全部有所消減。其中煙塵消減1 155．86 t，a，sO：消減 1 826．20 t，a，氟化物消減169．94 t，a；廢水排放量消減 2 298 384 t，a，廢水中氟化物消減52．27 t／a，SS消減 734．04“a；固體廢棄物排放量減少7 119．09“8。本項目采用除氟脫硫效果好、技術先進的半干法除氟脫硫技術工藝。半干法作為一種高效的去除酸性氣體的工藝，具有去除效率高、運行費用低、對設備、管道無腐蝕，不產生酸雨等優點。
3．4．3能源消耗比較
本項目年消耗壓縮空氣量95 135 040 0，約 1 200 m3，h；年消耗氮氣4 320 000 m3，約545 m3，h，氮氣從轉爐密封用氮氣管道及濺渣氮氣管道接出。按新的節能降耗指標計算方法，采用的半干法除氟脫硫工藝與濕法凈化工藝能源及材料對比情況見表3。
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根據表3可知，本項目投產后，年用電量減少 23 820 437 kwh；年用水減少2 851 200 m3；堿性粉料減少8 160 t／a。
3．4．4運行費用比較
原系統(濕法)設備腐蝕嚴重，維護工作量大，費用高，每年用于凈化系統的運行費用和檢修費用達2 200 萬元，而且每小時有300 m3泥漿水排人尾礦庫，浪費水資源嚴重，也對凈化系統設備造成腐蝕問題，而且結垢堵塞嚴重，影響凈化系統的作業率。改造后的煙氣凈化系統運行穩定，各項排放都達到排放標準的要求。煙氣凈化系統全年運行和檢修費用1 300萬元。
與原有濕法凈化相比，半干法煙氣除氟脫硫工藝處于干相，不存在飽和、過飽和液相腐蝕問題，維護費用低，該技術運行穩定可靠，運行和檢修費用低，年降低運行費用和檢修費用達900萬元。
4結論
半干法煙氣除氟脫硫工藝在國外已是成熟的技術，可有效去除煙氣中SO：、Hcl、HF等酸性氣體，達到環保要求。半干法作為一種成熟和高效的去除酸性氣體的工藝，具有去除效率高。運行費用低、對設備、管道無腐蝕、不產生排放水蒸汽后冷凝降雨等優點，明顯優于濕法凈化工藝，在工程實踐應用中表現出優越性與可行性，將是未來煙氣脫硫研究的重點。半干法煙氣除氟脫硫工藝在燒結煙氣脫硫上的應用具有技術先進性、環保實用性、經濟性等優點，具有廣闊的應用前景。
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