回轉(zhuǎn)窯尾氣脫硫系統(tǒng)技術(shù)改造

劉 偉，段良洪，廖謹(jǐn)鵬，郭遠(yuǎn)貴

（郴州豐越環(huán)保科技有限公司，湖南郴州 423000）

郴州豐越環(huán)保科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱豐越環(huán)保）是一家綜合回收鋅、銦等稀貴有色金屬及生產(chǎn)硫酸的企業(yè)，一分廠回轉(zhuǎn)窯煅燒車間設(shè)有1套鈉堿法尾氣脫硫系統(tǒng)，用以處理回轉(zhuǎn)窯尾氣。回轉(zhuǎn)窯尾氣量峰值達(dá)80 000 m3/h，ρ(SO2)高達(dá)7 g/m3。原脫硫系統(tǒng)采用冷卻、洗滌兩級(jí)除塵+兩級(jí)噴淋工藝，脫硫副產(chǎn)物為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉。由于回轉(zhuǎn)窯尾氣流量大、SO2濃度高，吸收劑消耗量大，平均消耗w(NaOH)32%氫氧化鈉溶液16 t/d，脫硫運(yùn)行成本高。同時(shí)，脫硫產(chǎn)生的含有亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的廢水需要送污水處理系統(tǒng)進(jìn)行再處理，脫硫副產(chǎn)物得不到有效利用[1]。

2019年該公司對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行整體改造，采用寧波太極環(huán)保設(shè)備有限公司研發(fā)的DS-SO2尾氣處理系統(tǒng)進(jìn)行尾氣脫硫。該系統(tǒng)采用廉價(jià)石灰石粉為吸收劑，SO2脫除效率達(dá)到99%以上，尾氣排放污染物遠(yuǎn)低于GB 25466—2010《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的限值要求。脫硫副產(chǎn)物石膏可以出售給水泥廠，大大降低了運(yùn)行成本。

1 DS-SO2尾氣處理系統(tǒng)

1.1 DS-SO2尾氣處理工藝流程

此次脫硫系統(tǒng)改造，保留1臺(tái)洗滌塔與1臺(tái)噴淋塔，新建1臺(tái)多相反應(yīng)器吸收塔與1臺(tái)除霧塔，除霧塔頂部為脫硫煙囪。同時(shí)配套石灰制漿系統(tǒng)與石膏過(guò)濾系統(tǒng)，多相反應(yīng)器吸收塔設(shè)計(jì)入口ρ(SO2)不高于7 000 mg/m3，出口ρ(SO2)濃度不高于50 mg/m3。

圖1 DS-SO2尾氣處理工藝流程

回轉(zhuǎn)窯煙氣經(jīng)過(guò)原有的洗滌塔和噴淋塔處理后進(jìn)入DS-多相反應(yīng)器吸收塔，與吸收劑石灰石粉料漿同時(shí)自上而下流入多相反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)不斷發(fā)生劇烈的氣-液-固相反應(yīng)，尾氣中的SO2、氮氧化物、顆粒物等污染物被最大程度地吸收。煙氣經(jīng)過(guò)一級(jí)循環(huán)槽處理后污染物的含量已經(jīng)較低，再經(jīng)過(guò)管道進(jìn)入二級(jí)循環(huán)槽繼續(xù)反應(yīng)，最后經(jīng)過(guò)二級(jí)循環(huán)槽上端的除霧器處理后達(dá)標(biāo)排放。一級(jí)循環(huán)槽和二級(jí)循環(huán)槽的脫硫產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾后得到的脫硫石膏出售。

1.2 DS-多相反應(yīng)器

DS-多相反應(yīng)器是DS-SO2尾氣處理系統(tǒng)的核心設(shè)備，由塔頂、塔節(jié)和塔底三部分組成。塔頂為氣體和料漿的進(jìn)口部分，塔節(jié)是氣-液反應(yīng)的主要區(qū)域，塔底為循環(huán)槽，是液-固反應(yīng)的主要區(qū)域[2]。DS-多相反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

2 尾氣處理效果

DS-SO2尾氣處理系統(tǒng)建成投運(yùn)后，各項(xiàng)指標(biāo)運(yùn)行良好。尾氣排放SO2、氮氧化物和顆粒物的質(zhì)量濃度遠(yuǎn)低于GB 25466—2010規(guī)定的ρ(SO2)≤400 mg/m3、ρ(NOx) ≤100 mg/m3、顆粒物 (ρ)≤80 mg/m3的要求。

圖2 DS-多相反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意

原鈉堿法脫硫系統(tǒng)和DS-SO2尾氣處理系統(tǒng)的3組代表性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 外排尾氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

從表1可以看出：原有的鈉堿法脫硫系統(tǒng)雖然能使回轉(zhuǎn)窯尾氣達(dá)標(biāo)排放，但均在GB 25466—2010的排放限值邊緣。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保要求的不斷提高，尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)越來(lái)越嚴(yán)格，這無(wú)疑給原有的鈉堿法脫硫系統(tǒng)帶來(lái)巨大壓力。DS-SO2尾氣處理系統(tǒng)則優(yōu)勢(shì)明顯，排放尾氣中SO2濃度、氮氧化物濃度和顆粒物濃度均遠(yuǎn)低于GB 25466—2010規(guī)定的排放限值。尤其是SO2和顆粒物指標(biāo)更是體現(xiàn)了新系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，SO2脫除率達(dá)到99%以上。

3 主要設(shè)備及運(yùn)行指標(biāo)

尾氣處理系統(tǒng)主要設(shè)備及規(guī)格參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 尾氣處理系統(tǒng)主要設(shè)備及規(guī)格參數(shù)

實(shí)際運(yùn)行中，尾氣處理系統(tǒng)多相反應(yīng)器吸收塔 入 口 煙 氣 量60 000 m3/h，ρ(SO2)為7 500 mg/m3、顆粒物 (ρ)為15 mg/m3，脫硫處理后外排煙氣ρ(SO2)≤50 mg/m3、ρ(NOx) ≤60 mg/m3、顆 粒 物 (ρ)≤10 mg/m3。副產(chǎn)脫硫石膏w(H2O)≤15%。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

與原鈉堿法脫硫工藝相比，改造后采用的DSSO2尾氣處理系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益顯著，具體表現(xiàn)在：

1）吸收劑。原鈉堿法脫硫工藝w(NaOH)32%氫氧化鈉溶液消耗約16 t/d，按1500元/t計(jì)，僅吸收劑就需要2.4萬(wàn)元/d。DS-SO2尾氣處理系統(tǒng)采用市場(chǎng)廉價(jià)的石灰石粉作為吸收劑，正常運(yùn)行時(shí)石灰石粉的使用量約8 t/d，按160元/t計(jì)，吸收劑僅需要1 280元/d。對(duì)比原有工藝，1年運(yùn)行時(shí)間按300 d計(jì)，可節(jié)約吸收劑費(fèi)用約681.6萬(wàn)元/a。

2）脫硫副產(chǎn)物。原鈉堿法脫硫工藝生成的副產(chǎn)物主要為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉，此脫硫副產(chǎn)物隨廢水進(jìn)入污水站處理后排放，這不僅提高了污水的鹽濃度，還會(huì)影響到污水中重金屬的處理，增加污水站的工作量和藥劑成本。改造后的脫硫系統(tǒng)采用石灰石粉作為吸收劑，脫硫最終產(chǎn)物為脫硫石膏。該脫硫石膏質(zhì)量達(dá)到GB/T 9776—2008《建筑石膏》的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可出售給水泥廠作為混凝劑使用。石膏產(chǎn)生量約30 t/d，按50元/t計(jì)，可增加收益約45萬(wàn)元/a，同時(shí)污水站能節(jié)約成本約0.15 萬(wàn)元/a。

3）設(shè)備維護(hù)。傳統(tǒng)脫硫吸收塔采用碳鋼襯鱗片防腐，鱗片使用壽命一般為1～3年，需要定期防腐維護(hù)。豐越環(huán)保原鈉堿法脫硫系統(tǒng)每年需要進(jìn)行一次大檢修和防腐作業(yè)，維護(hù)費(fèi)用約3萬(wàn)元。DS-多相反應(yīng)器塔體采用高分子材料，使用壽命為15～30年，無(wú)需防腐[3]，極大地提高了脫硫系統(tǒng)的同步投運(yùn)率，節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用3萬(wàn)元/a。

4）其他。與原鈉堿法脫硫系統(tǒng)相比，新投運(yùn)的DS-SO2尾氣處理系統(tǒng)用電量減少約600 kWh/d，每年可節(jié)約電能1.8×105kWh。電價(jià)按0.65元/ kWh計(jì)，可節(jié)約電費(fèi)11.7萬(wàn)元/a。

DS-SO2尾氣處理系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，大大減少了操作工的勞動(dòng)量，每班2人即可維護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行。操作工由每班3人減至每班2人，按每天3班、3 000元/(人·月)計(jì)算，可節(jié)約人工成本約10.8萬(wàn)元/a。

5 結(jié)語(yǔ)

豐越環(huán)保一分廠回轉(zhuǎn)窯尾氣脫硫系統(tǒng)改造達(dá)到預(yù)期效果，尾氣SO2脫除效率達(dá)到99%以上，外排SO2濃度、氮氧化物濃度和顆粒物濃度遠(yuǎn)低于GB 25466—2010的排放限值。該項(xiàng)目投資約800萬(wàn)元，與原鈉堿法脫硫系統(tǒng)相比節(jié)約成本752萬(wàn)元/a左右，運(yùn)行2～4年就能收回投資，長(zhǎng)期使用將獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。