芒市硅冶煉企業脫硫技術對比與分析

喬楊青

（德宏州生態環境局芒市分局，云南德宏 678400）

1 項目背景

芒市現有4家硅冶煉企業，本文選取芒市工業園區內A、B 兩家硅冶煉企業作為研究重點。這兩家企業都分別擁有兩臺12 500kVA 硅冶煉爐，企業根據自身生產需求因地制宜積極對硅冶煉生產線煙氣治理進行升級改造。

A 廠的煙氣脫硫裝置是選用氣動乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝。該工藝中電冶爐生產線煙氣經除塵后由主抽風機引出，經原煙道至增壓風機后進入吸收塔，上行的SO2、SO3等酸性氣體與向下噴淋的循環吸收劑漿液逆流接觸生成亞硫酸鈣，脫硫后的煙氣在除霧器內除去煙氣中推帶的漿霧后由吸收塔頂部出口進入煙囪排出。B 廠選用回流式循環流化床半干法脫硫工藝，該工藝中煙氣的酸性成分與粉末狀的消石灰發生反應。循環流化床的工作原理是保證煙氣與消石灰良好的混合，以及脫硫灰較長的滯留時間，水準確地噴入循環流化床中，進一步優化了反應條件。兩家企業通過對煙氣治理設施的升級改造，有效減少了SO2的排放，大大提高了當地空氣質量，提高了企業生存能力。

2 脫硫裝置的工藝與運行情況

2.1 石灰石-石膏濕法脫硫工藝

石灰石-石膏濕法脫硫是濕法脫硫中最常見的一種。脫硫原理：石灰石經破碎磨成石灰石粉加水制成漿液，由循環泵將漿液泵入吸收塔內，與煙氣充分接觸混合（此前煙氣已除塵），漿液中碳酸鈣、煙氣中的二氧化硫、從塔下部鼓入的空氣三者進行氧化反應，生成CaSO4，CaSO4達到一定飽和度后結晶形成CaSO4.2H2O。石膏漿液由吸收塔排出，經濃縮、脫水，使其含水量小于10%，再用輸送機送至石膏貯料倉堆放。脫硫后的煙氣需經除霧器除去霧滴，再經換熱器加熱升溫后，由煙囪排入大氣。由于吸收塔內吸收劑漿液通過循環泵反復循環與煙氣接觸，吸收劑利用率很高，鈣硫比較低，脫硫效率可大于95%。

2.2 煙氣循環流化床半干法脫硫技術（CFB）

煙氣循環流化床半干法脫硫技術（CFB）是以循環流化床原理為反應基礎的煙氣脫硫除塵一體化技術。其主要是通過提高鈣硫摩爾比、加強氣流均布、延長煙氣反應時間、改進工藝水加入和提高吸收劑消化等措施，實現廢氣超低排放。

新水經過雙流體霧化噴嘴在反應塔中霧化，并與煙氣充分接觸，煙氣冷卻并增濕，氫氧化鈣粉顆粒同H2O、SO2、SO3等反應生成干粉產物最終進入布袋除塵器去除，整個反應分為氣相、液相和固相三種狀態反應。

CFB 半干法脫硫工藝主要由吸收劑供應系統、吸收塔（脫硫塔）、工藝水系統、返灰系統和除塵系統組成。其中除塵系統采用內濾式長袋反吹風布袋除塵器（現有，利舊），每臺爐24個灰斗，計1 100條布袋，兩臺爐共48個灰斗，共用一個箱體?；叶穬裙栉⒎弁ㄟ^正壓輸灰管道輸送至硅微粉倉集中收集清理。

3 裝置開啟后的運行優化工作

相對工藝較為成熟、脫硫效率在75%～95%的工藝。工藝主要由煙氣系統、吸收系統、石灰石漿液制備系統、石膏脫水系統、工藝水系統、事故系統和廢水處理系統組成。

3.1 石灰石-石膏濕法脫硫工藝主要優化工作

3.1.1 采用密布的自動加料系統

除塵后的煙氣通過引風機進入脫硫塔反應區，煙氣在脫硫塔內上升，從脫硫塔內噴淋管組噴出的懸浮液滴下降，煙氣與石灰石漿液滴逆流接觸，脫除煙氣中的SO2、SO3酸性氣體，脫硫后的凈煙氣經除霧器去除煙氣中夾帶的液滴后，從頂部離開脫硫塔，由煙囪排出。

3.1.2 設置循環吸收系統

由脫硫塔、除霧器、循環漿液泵、噴淋層、攪拌器及氧化風機等設施、設備組成。原煙氣從脫硫塔下部的均氣室進入脫硫塔，在脫硫塔吸收區，煙氣與循環液充分接觸，原煙氣中的SO2被脫除，脫硫后凈煙氣經除霧后離開脫硫塔。吸收了SO2的漿液落入塔的下部，由下漿管引入循環池。脫硫塔循環池內設有攪拌器，防止循環漿液出現沉降。循環漿液在循環池內由脫硫循環塔進行循環脫硫。

3.1.3 設置脫水裝置與事故漿液系統

石膏處理系統由石膏排出泵、石膏水力旋流器、真空帶式脫水機、真空泵、石膏庫等組成。從脫硫塔排出的石膏漿固體物含量為15%～20%，進入石膏二次脫水裝置，經脫水處理后的石膏固體物表面含水率不超過10%，真空皮帶脫水機中大部分的稀液自流至回收水池作為系統補水循環使用。事故漿液系統一般會按照8h 清空事故池計，采用單級單吸式臥式耐腐耐磨全合金離心泵。

3.1.4 工藝水系統與煙氣系統

工藝水系統為脫硫工藝系統提供工藝用水，其主要用于石灰石漿液制備、吸收塔補充水、除霧器沖洗水、所有漿液輸送泵和管道的沖洗水。煙氣系統由煙道、膨脹節、塔頂煙囪組成。煙氣經主抽風機出口進入脫硫塔，在塔內脫硫凈化，經過塔頂除霧器除去水霧后，再經塔頂煙囪排入大氣。

3.2 煙氣循環流化床半干法脫硫技術（CFB）主要優化工作

CFB 半干法脫硫工藝優化工作主要在吸收劑供應系統、吸收塔（脫硫塔）、工藝水系統、返灰系統和除塵系統方面。

3.2.1 吸收劑供應系統

吸收劑供應系統的設備主要有消石灰倉、粉體輸送等。項目吸收劑是消石灰（粒徑325目、含水率≤1%、Ca（OH）2純度≥90%），其就近區域采購，密封槽罐車運輸進廠到消石灰倉旁，通過管道氣力輸送進入消石灰倉。項目區不設置原料堆場。消石灰倉容積可保證7d 的用量。脫硫系統采用PLC 集中監控方式，根據SO2入口及出口濃度變化自動控制消石灰倉旋轉供料器的變頻器，進而控制消石灰的進料量。

3.2.2 吸收塔（脫硫塔）

吸收塔采用鋼結構流化床文丘里空塔，包括吸收塔殼體、噴嘴、文丘里、檢修門等。吸收塔是整個脫硫反應的核心。含酸性氣體的煙氣進入吸收塔進行脫酸處理，同時降溫（根據煙氣出吸收塔的溫度自動調節冷卻水的補給量）。為建立良好的流化床，預防堵灰，吸收塔內部氣流上升處均不設內撐。吸收塔的形式采用多嘴文丘里方式。吸收塔出口擴大段設有溫度、壓力檢測。用溫度控制吸收塔的加水量。用吸收塔的進出口壓力降控制脫硫灰循環量。當壓力降增大時可以降低鈣硫比，提高脫硫率。吸收塔的底部設插板閥和星形下料器進行塔底排灰。

3.2.3 工藝水系統

在循環流化床脫硫工藝中，工藝水主要用于吸收塔的煙氣冷卻。工藝水進入水箱，供吸收塔降溫用。脫硫塔內煙氣降溫的目的是為脫硫反應創造一個良好的化學反應條件，降溫水通過兩臺工藝水泵（一用一備）以一定的壓力通過一根雙流體回流式噴嘴注入吸收塔內?；亓魇絿娮旄鶕账隹跍囟龋苯诱{節回流水管上的回流水調節閥的開度，以調節回流水量，從而調節吸收塔的噴水量。該部分的設備主要有：工藝水箱、工藝水泵、回流水調節閥、回流式噴嘴。吸收塔的噴水量通過出口煙氣溫度自動調節。

3.2.4 返灰系統和除塵系統

石灰倉設置布袋除塵器對其生產粉塵進行凈化處理，收集粉塵經返回系統進入石灰倉，廢氣經15m 排氣筒外排。返灰系統包括石灰粉體輸送機及配套管道、閥門。在循環流化床脫硫工藝中，返灰系統可提高消石灰利用率，使流化床穩定運行。除塵系統采用內濾式長袋反吹風布袋除塵器（現有，利舊），每臺爐24個灰斗，計1 100條布袋，兩臺爐共48個灰斗，共用一個箱體?；叶穬裙栉⒎弁ㄟ^正壓輸灰管道輸送至硅微粉倉集中收集清理。

4 不同工藝脫硫裝置運行對比分析

自兩個脫硫系統投入運行以來，最終煙氣排放中二氧化硫和粉塵的主要參數均滿足設計要求和環保排放標準。然而，由于設備的技術路線不同，這兩種技術在實際操作中仍有很大差異。

4.1 濕法脫硫裝置的脫硫成本遠低于半干法脫硫裝置

裝置優化運行后，兩種脫硫裝置的運行成本低于行業平均水平。按脫硫（水、電、蒸汽、空氣等）的年運行成本核算，氣動乳化（石灰-石膏）濕法脫硫的年運行費用約為1 400萬元，半干法脫硫的年運行費用為2 400萬元。兩種工藝相比，雖然濕法脫硫裝置的初期建設費用高于半干法脫硫裝置，但是年運行成本遠低于半干法脫硫裝置。

4.2 濕法脫硫耗水量大，廢水排放可能成為新問題

氣動乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝中脫鹽水日用量為62t/h，高含鹽廢水排放量約為10t/h，一方面耗水量較大，不利于水資源日益短缺背景下企業節水指標的控制。另一方面，在高鹽度污水日益嚴格的環境保護要求下，外部污水的鹽度控制將逐漸納入環境保護控制范圍。高鹽廢水的連續處理將是運行中的一個新問題。然而，循環流化床半干法工藝沒有廢水排放。

4.3 在施工初期，半干法脫硫不能保證環保達標

根據兩種不同脫硫技術的運行比較，雖然氣動乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝存在建設成本高、廢水排放量大等缺點，但可以保證同步啟動時排放的二氧化硫合格，而半干法脫硫只能在裝置達到一定負荷并保證一定煙氣量時才能啟動，正常運行前2h 可能會造成二氧化硫和煙塵超標。

4.4 氣動乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝較穩定

半干法脫硫工藝穩定運行一般在80 %左右，若需要進一步提高，則需降低煙氣趨近溫差，增加鈣硫比和噴水量，但會對下游設備，如除塵器、引風機等帶來不利影響。煙氣含硫量波動時，因為有大循環灰量，難以靈敏調整控制，脫硫效率難以保證。氣動乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝一般可在95%以上穩定運行，對環保要求的適應性強。煙氣含硫量變化時，易于調整控制，脫硫效率較穩定。

4.5 氣動乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝的吸收劑制備便捷便宜

半干法脫硫工藝需大批量外購符合要求的標準的石灰粉，脫硫效果的保證及裝置的運行可靠性完全依賴于石灰的高純度及高活性。氣動乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝可外購石灰石粉或塊料，石灰石塊料價格便宜，可大幅度降低投資及耗電量。

5 結論和建議

5.1 結論

綜上所述，氣動乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝與半干法脫硫工藝相比，技術更加成熟，運行經驗更加豐富，雖然系統占地面積較大，但是脫硫劑供應有保證、脫硫副產品利用好、系統供應商較多、經營費用小、初始投資高、總成本運行費用較低。

5.2 建議

氣動乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝是目前應用最多、最為成熟的技術，吸收劑價廉易得、副產物便于利用，并有較大幅度降低工程造價的可能性。對硅冶煉行業，從技術的成熟性、可靠性以及環保的高要求考慮，應采用氣動乳化（石灰-石膏）濕法脫硫工藝。半干法脫硫工藝效率較高，建設投資較省，占地面積較小，在能滿足高品位石灰供應并妥善處理脫硫灰的條件下，具有較好的發展前景，主要適用于中小型硅冶煉行業的脫硫改造。