鋅冶煉沸騰焙燒爐開爐煙氣的治理實踐

吳 越，王鈜艷，謝 謙，陳 芳

（中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038）

某鋅冶煉廠建有2套鋅冶煉煙氣制酸裝置，多年來該廠鋅冶煉沸騰焙燒爐開爐時產(chǎn)生的黑色煙氣和高含硫煙氣都是直接排空，對周圍的環(huán)境造成了嚴(yán)重污染[1]。隨著國家環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，這部分開爐煙氣必須治理達(dá)標(biāo)后才能排放。為了解決開爐煙氣污染問題，該廠采用靈活高效的煙氣處理系統(tǒng)，并且首次嘗試了可移動式的洗滌設(shè)備。

1 開爐煙氣特點

該廠每年按計劃分別對2套鋅冶煉煙氣制酸裝置進(jìn)行大修，每套裝置平均每年開爐1次。2臺沸騰焙燒爐的開爐程序相同：點火升溫—鼓風(fēng)升溫—投料—轉(zhuǎn)入生產(chǎn)。在開爐初期使用柴油、木柴等燃料對爐膛進(jìn)行加熱升溫，此階段鼓風(fēng)量較小，持續(xù)時間4～5 h，排出的煙氣量很少。加熱一段時間后開始鼓風(fēng)升溫，進(jìn)一步提高爐膛溫度，此階段鼓風(fēng)量為 3 000～5 000 m3/h，持續(xù)時間 4～5 h，產(chǎn)生的煙氣呈黑色，主要含有大量的油污、煙塵等雜質(zhì)，SO2含量較低，煙氣溫度150～180 ℃。當(dāng)爐溫達(dá)到720 ℃左右后開始投料，此階段的鼓風(fēng)量快速加大（由 9 000 m3/h 提升至 12 000 m3/h），但持續(xù)時間僅1～2 h，使得煙氣量快速提高，并且煙氣中除含有油污、煙塵外，還含有φ(SO2) 3%～4%的二氧化硫，煙氣溫度200～250 ℃。待投料穩(wěn)定、煙氣中SO2濃度達(dá)到制酸系統(tǒng)要求后，開始轉(zhuǎn)入制酸系統(tǒng)生產(chǎn)，開爐階段結(jié)束。

從整個開爐過程來看，開爐煙氣具有以下特點：①開爐各階段的煙氣量變化較大；②開爐前期煙氣含有油煙，投料后還含有高濃度SO2；③開爐煙氣的溫度較高；④開爐操作頻率低，煙氣處理系統(tǒng)使用率低；⑤2套制酸裝置沸騰焙燒爐開爐煙氣需要分別處理。

2 開爐煙氣處理系統(tǒng)

按傳統(tǒng)工藝思路考慮，高油煙和高SO2的煙氣通常采用先凈化再吸收的工藝流程，需要設(shè)置2級以上的噴淋塔洗滌，占地面積較大，老廠改造時用地比較困難。并且每套鋅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)都需要設(shè)置對應(yīng)的開爐煙氣處理系統(tǒng)，而該處理系統(tǒng)的使用率很低，這不僅會增加投資，而且增加維護(hù)成本。

針對該廠開爐煙氣特點的煙氣處理工藝流程見圖1。

圖1 開爐煙氣處理系統(tǒng)工藝流程

該開爐煙氣處理系統(tǒng)具有以下特點：

1）針對不同工況煙氣采用不同的處理劑，升溫階段的含油黑色煙氣采用弱堿水洗滌，投料階段的含SO2煙氣采用氫氧化鈉溶液洗滌。

2）選用新型的旋流子洗滌器，使煙氣與洗滌液在旋流子洗滌器內(nèi)形成湍動的接觸區(qū)，實現(xiàn)氣液兩相快速且充分的傳質(zhì)傳熱，進(jìn)而實現(xiàn)較好的洗滌效果[2-3]。

3）為了適應(yīng)開爐煙氣較大的氣量波動，將旋流子洗滌器的葉片設(shè)計為可調(diào)節(jié)形式，通過調(diào)節(jié)葉片的開度來控制氣速和旋轉(zhuǎn)角度，確保較好的旋流效果[4]。

4）由于洗滌器的體積小、質(zhì)量輕，設(shè)計將洗滌器安裝在牽引設(shè)備平板車上，使其成為移動式洗滌裝置，從而靈活地用于該廠2套制酸裝置的開爐煙氣處理。

5）移動式洗滌器與循環(huán)泵、開爐風(fēng)機(jī)和煙囪通過管道連接，對老廠改造用地選擇更靈活方便。

6）該系統(tǒng)配置的循環(huán)液池占地面積為10～15 m2，循環(huán)液池設(shè)置封閉蓋板，對地面空間的使用影響較小；開爐風(fēng)機(jī)和煙囪則利用原有風(fēng)機(jī)和煙囪的占地，因此該系統(tǒng)新增占地面積較小。

3 煙氣處理系統(tǒng)設(shè)計

3.1 開爐風(fēng)機(jī)的選型

2套鋅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)原開爐風(fēng)機(jī)只用于開爐煙氣的直接排放，因此風(fēng)機(jī)設(shè)計壓頭不足，進(jìn)行開爐煙氣處理改造時需要更換新風(fēng)機(jī)。開爐風(fēng)機(jī)是系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，其壓頭不僅需要滿足處理系統(tǒng)本身的阻力要求，還需要克服爐膛至開爐風(fēng)機(jī)間的阻力，風(fēng)量則需要與爐前鼓風(fēng)量、系統(tǒng)漏風(fēng)量等匹配，避免因風(fēng)機(jī)能力不足導(dǎo)致沸騰焙燒爐憋壓停爐，或因風(fēng)機(jī)能力過大導(dǎo)致沸騰焙燒爐升溫困難等問題。因此，新風(fēng)機(jī)在設(shè)計選型時要與企業(yè)技術(shù)人員充分交流，了解各階段的原料量、燃料量、鼓風(fēng)量、系統(tǒng)阻力、煙氣量、SO2濃度等生產(chǎn)參數(shù)。考慮到老廠存在設(shè)備老化、設(shè)計改動等情況，必要時需要實地考察運行情況，實際監(jiān)測相關(guān)數(shù)據(jù)，確保基礎(chǔ)資料切實可靠。根據(jù)調(diào)試經(jīng)驗，新風(fēng)機(jī)應(yīng)考慮變頻控制，這更有利于與焙燒系統(tǒng)的煙氣量配合，且運行穩(wěn)妥，調(diào)節(jié)方便。

3.2 洗滌設(shè)備的調(diào)節(jié)

旋流子洗滌器利用氣體旋轉(zhuǎn)與洗滌液逆向接觸形成湍流層，維持高效的氣液接觸狀態(tài)，保證較高的洗滌效率。試驗發(fā)現(xiàn)：將液氣比控制在0.7～1.2、氣速控制在4～5 m/s時，旋流子的湍流效果較好，洗滌效率較高，系統(tǒng)阻力保持在2.0～2.2 kPa。洗滌器含有12根旋流子，旋流葉片的開度可在0～90°調(diào)節(jié)，實際運行中主要通過調(diào)節(jié)旋流葉片的開度來適應(yīng)煙氣流量的變化，改善洗滌效果。一方面，在不同開爐階段之間調(diào)節(jié)時，通過開啟和關(guān)閉葉片來適應(yīng)煙氣量較大的階梯性變化，調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的氣速，在點火升溫和鼓風(fēng)升溫階段開啟2～3根旋流子，在投料階段則開啟10～12根旋流子；另一方面，在各個開爐階段內(nèi)調(diào)節(jié)時，通過微調(diào)旋流葉片的角度來控制氣液接觸狀態(tài)，運行中控制的葉片開度為15°～20°。各階段的液氣比則通過控制循環(huán)泵給液閥門的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。上述操作雖然實現(xiàn)了預(yù)期湍流效果，但過程的自動化水平較低，主要通過手動操作實現(xiàn)，給崗位人員增加了工作難度，因此簡化調(diào)節(jié)過程、提高自動化水平是進(jìn)一步優(yōu)化的方向。

3.3 尾氣的液沫夾帶

較高的設(shè)備在廠內(nèi)移動既不安全也不方便，為了增加設(shè)備的靈活性和可移動性，就使得洗滌器的高度受到限制，導(dǎo)致在設(shè)備本體上配置除霧裝置比較困難。當(dāng)旋流子洗滌器內(nèi)的氣液湍流過大時，洗滌器出口的煙氣中液沫夾帶較多，就需要在出口管道上設(shè)置除霧裝置除去液沫，以降低煙氣帶水的情況。該廠使用的洗滌器高度約為4.7 m（含拖車），低于廠內(nèi)管廊和電纜的鋪設(shè)高度，可以靈活地轉(zhuǎn)運。若企業(yè)廠內(nèi)限高的高度更高些，也可以考慮將管束式除霧器集成在洗滌器上，從而完善設(shè)備功能、簡化煙道系統(tǒng)。

3.4 對舊煙囪的影響

對舊系統(tǒng)進(jìn)行改造就面臨舊煙囪的處理問題，該廠2套鋅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)分別設(shè)有碳鋼材質(zhì)煙囪和紅磚砌筑煙囪，設(shè)計考慮對舊煙囪進(jìn)行利用。開爐煙氣經(jīng)洗滌處理后尾氣為60～70 ℃、水含量較高的濕煙氣，并且投料階段的尾氣中還含有少量SO2[ρ(SO2)＜ 400 mg/m3]，屬于弱腐蝕性介質(zhì)。投料階段的尾氣對碳鋼煙囪有腐蝕影響，但其持續(xù)時間較短，每年1～2 h，腐蝕程度有限，但需要對煙囪壁厚進(jìn)行監(jiān)測以確保安全。針對紅磚煙囪，原設(shè)計資料顯示其由內(nèi)襯層、隔熱層和紅磚層構(gòu)成，內(nèi)襯層由強度等級M10燒結(jié)黏土磚及強度等級M5的混合砂漿砌筑而成，可滿足弱腐蝕性煙氣環(huán)境（燃煤含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.75%～1.5%）[5]，并且燒結(jié)磚的5 h煮沸吸水率小于19%，因此在約60 ℃的濕煙氣環(huán)境中燒結(jié)磚的吸水率很小，對磚體的影響較小。因此，在處理開爐煙氣這種低頻率操作條件下，可以考慮利用紅磚煙囪，但仍需定期檢查以保證安全。

4 運行效果及存在問題

開爐煙氣處理系統(tǒng)投用后整體運行情況較好，與焙燒系統(tǒng)配合較好。該洗滌器固定在平板車上，總高度約4.7 m，低于廠內(nèi)管廊及電纜，通過牽引車實現(xiàn)了在廠內(nèi)2套焙燒系統(tǒng)間的靈活移動，移動過程安全且便利。升溫階段的黑煙經(jīng)過系統(tǒng)的洗滌凈化后，表觀上無黑色煙氣，煙氣呈現(xiàn)白色蒸汽狀。投料階段的煙氣經(jīng)過系統(tǒng)的洗滌后ρ(SO2)平均降至142 mg/m3，系統(tǒng)平均脫硫效率約99.8%。

然而，由于三道大題在難度設(shè)置和試卷構(gòu)成中具有各自特點，同時學(xué)生在作答過程中會應(yīng)用不同的解題策略等，從學(xué)生實際作答數(shù)據(jù)結(jié)果來看，在學(xué)生的得分構(gòu)成中，三道大題得分比重與三道大題的分值比重有所不同.

開爐煙氣處理系統(tǒng)主要運行參數(shù)見表1。

表1 開爐煙氣處理系統(tǒng)主要運行參數(shù)

開爐煙氣處理系統(tǒng)運行中也存在一些問題：

1）煙氣量快速增加時，洗滌后的尾氣出現(xiàn)較多的液滴夾帶。原因可能是煙氣量快速增加導(dǎo)致旋流子葉片調(diào)節(jié)不及時，氣速過快帶出液滴，并且系統(tǒng)未設(shè)置除霧裝置，無法對夾帶的液滴進(jìn)行有效攔截。由于較高的設(shè)備在廠內(nèi)移動既不安全也不方便，從而限制了洗滌器的高度，因此后續(xù)應(yīng)考慮在尾氣管道上增加除霧裝置。

2）自動化程度較低，操作要求高。洗滌系統(tǒng)運行中需要根據(jù)沸騰焙燒爐鼓風(fēng)情況及時調(diào)節(jié)旋流葉片，同時需要調(diào)節(jié)循環(huán)泵給液管道閥門；尤其是進(jìn)入投料階段后，還需要切換至堿液洗滌。短時間內(nèi)操作內(nèi)容過多，而崗位定員僅有1人，無疑增加了操作的難度，后續(xù)應(yīng)重點完善系統(tǒng)的自動化控制。

5 結(jié)語