李國(guó)銳
(山西省陽泉市環(huán)境科學(xué)研究所, 山西 陽泉 045000)
某燒結(jié)磚廠地處北方地區(qū),屬于大氣重點(diǎn)控制區(qū)。該廠始建于2003 年,設(shè)計(jì)產(chǎn)能為年生產(chǎn)6 000萬塊燒結(jié)磚,燒成窯爐為2 條130 m 的隧道窯,配套建設(shè)有1 座濕法脫硫除塵器(鈉鈣雙堿濕式脫硫工藝),由于脫硫除塵器設(shè)計(jì)缺陷等問題,致使設(shè)施煙氣處理效果不佳。隨著當(dāng)前環(huán)保形勢(shì)的日趨嚴(yán)峻各地治污要求也越來越嚴(yán),故該廠現(xiàn)有的脫硫除塵系統(tǒng)已不能滿足現(xiàn)有環(huán)境保護(hù)要求。本文就該廠窯爐配套脫硫除塵系統(tǒng)改造進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。
該廠燒結(jié)焙燒工藝采用的2 條130 m 拱形窯的頂隧道窯,窯體安裝有燃燒、排煙、余熱利用、冷卻、車底冷卻壓力平衡、溫度壓力測(cè)試和窯車等系統(tǒng)。通過出口拉引機(jī)將載有磚的窯車送到卸磚段,用人工將磚卸下并運(yùn)到成品堆場(chǎng),經(jīng)檢驗(yàn)合格后出廠。
所用焙燒窯主要技術(shù)參數(shù):隧道窯尺寸:137 m×3.3 m×2.65 m;窯爐燒成周期:41.91 h;窯爐燒成溫度:1 050 ℃;窯爐燒成成品率:97.5%;坯體入窯水分:<5%;冷卻通風(fēng)溫度:室溫;排煙溫度:150 ℃;窯內(nèi)容車數(shù):16 輛;窯車規(guī)格尺寸:4 350 mm×4 660 mm×840 mm;每車碼坯層數(shù):12 層;窯車進(jìn)車方式:液壓頂車;冷卻方式:集中風(fēng)冷(機(jī)械供風(fēng));排煙方式:分散排煙(機(jī)械排煙);合格率:>95%。
目前,據(jù)實(shí)地勘察該燒結(jié)廠隧道窯兩條隧道焙燒窯,隧道窯配套建設(shè)有一座濕法脫硫除塵器(鈉鈣雙堿濕式脫硫工藝),含塵廢氣經(jīng)風(fēng)機(jī)(風(fēng)量約70 000 m3/h)引至濕法脫硫除塵器,通過噴淋增濕并離心分離原理實(shí)現(xiàn)脫硫除塵。脫硫除塵系統(tǒng)存在著設(shè)施設(shè)備運(yùn)行不合理的諸多問題:隧道窯產(chǎn)生煙氣量和脫硫除塵器設(shè)計(jì)處理煙氣量不匹配,導(dǎo)致窯爐外排煙氣處理不完全;脫硫塔設(shè)計(jì)的煙氣與脫硫劑接觸時(shí)間短,脫硫塔吸收效率較低;窯體煙道設(shè)計(jì)存有缺陷,脫硫塔、配套風(fēng)機(jī)及管路腐蝕嚴(yán)重,管路出現(xiàn)了破損點(diǎn);加灰、加堿系統(tǒng)不能根據(jù)脫硫效果及時(shí)調(diào)整加減量;人工加灰、加堿進(jìn)行攪拌,工作效率低不能保證脫硫除塵系統(tǒng)全時(shí)正常運(yùn)行;脫硫系統(tǒng)出碴系統(tǒng)不合理,出渣不及時(shí)。
根據(jù)以上出現(xiàn)的問題,該廠需重新對(duì)燒結(jié)隧道窯尾氣的脫硫除塵系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì),并對(duì)配套風(fēng)機(jī)進(jìn)行更換。
結(jié)合該廠以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),日消耗煤矸石200 t,生產(chǎn)頁巖磚17~20 萬塊。根據(jù)計(jì)算,參照《第一次全國(guó)污染源普查工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》(第七分冊(cè))中3131 黏土磚瓦及建筑砌塊制造業(yè)產(chǎn)污系數(shù),該廠年產(chǎn)6 000 萬塊頁巖實(shí)心標(biāo)磚,項(xiàng)目隧道窯標(biāo)況下煙氣產(chǎn)生量為113 432.4 m3/h,出口煙氣溫度55 ℃,則工況下煙氣量為136 272 m3/h。故隧道窯脫硫除塵改造后總風(fēng)量為14~18 萬m3/h。
根據(jù)《磚瓦工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》表2 中規(guī)定煙塵濃度(體積質(zhì)量)小于30 mg/m3,SO2濃度(體積質(zhì)量)小于300 mg/m3,過??諝庀禂?shù)為1.7。磚廠現(xiàn)有生產(chǎn)工藝方式,煙氣含氧量為多為18%~19%,若做好堵漏密閉措施,煙氣含氧量應(yīng)能降低到18%以下,空氣過剩系數(shù)為7,污染物折算濃度=污染物實(shí)測(cè)濃度×實(shí)際過??諝庀禂?shù)÷1.7,則要求實(shí)測(cè)煙塵濃度(體積質(zhì)量)小于8 mg/m3,實(shí)測(cè)SO2濃度(質(zhì)量濃度)小于75 mg/m3。
隧道窯排潮煙氣經(jīng)過焙燒窯和烘干窯后煙塵濃度(質(zhì)量濃度)小于100 mg/m3,初始煙氣煙塵濃度按100 mg/m3計(jì)算,實(shí)測(cè)煙塵濃度小于8 mg/m3計(jì)算,除塵器除塵效率應(yīng)大于92%。旋風(fēng)除塵器除塵效率80%作用,濕式除塵器除塵效率95%以上,干式布袋和電除塵器除塵效率99%以上,因此可選擇濕式除塵方式。
日消耗煤矸石200 t,矸石含硫率1.5%,日產(chǎn)生SO2量為4.8 t。排潮煙氣原始SO2濃度(質(zhì)量濃度)約為900~1 100 mg/m3,脫硫后實(shí)測(cè)煙氣濃度小于75 mg/m3,按初始SO2濃度計(jì)算則脫硫效率應(yīng)不小于93.2%。
據(jù)此選擇濕式鈉鈣雙堿法脫硫工藝,液氣比按大于2.5 設(shè)計(jì),鈣硫比按1.05 設(shè)計(jì),脫硫循環(huán)水量為500 m3/h。
脫硫塔結(jié)構(gòu)選擇,考慮采用脫硫和除塵在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn),除塵效率要大于95%,脫硫效率要大于94%,因此脫硫塔采用旋流板塔結(jié)構(gòu),脫硫塔內(nèi)徑5 m,設(shè)置三層旋流板,三層噴淋,兩層除霧器。
脫硫效率按94%計(jì)算,每天需脫除SO2量為4.5 t,每天需200 目純度85%商品氧化鈣5.2 t,每小時(shí)投加氧化鈣217 kg。鈉堿每天需補(bǔ)充60 kg。氧化鈣殘?jiān)?.78 t/d,脫硫副產(chǎn)物每天9.07 t/d,每天需外排沉淀物10 t。
濕式雙堿法工藝原理是采用氫氧化鈉作為啟動(dòng)堿,氧化鈣作為再生堿,充分利用強(qiáng)氧化鈉脫硫效率高、反應(yīng)速度快、不宜結(jié)垢的有點(diǎn),同時(shí)利用氧化鈣作為再生堿價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)。
塔內(nèi)脫硫反應(yīng):
塔外再生反應(yīng):
氧化反應(yīng):
隧道窯排潮煙氣脫硫除塵工藝流程如下:
煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)送入脫硫塔,在脫硫塔內(nèi)經(jīng)過三級(jí)旋流板和三層噴淋,煙氣中的二氧化硫與脫硫液充分混合接觸后脫除煙氣中的SO2,經(jīng)脫硫后的煙氣經(jīng)過兩級(jí)除霧器,去除脫硫后煙氣中的液滴和部分霧滴,達(dá)標(biāo)排放,處理工藝詳見圖1。
圖1 煙氣脫硫除塵工藝流程圖
脫硫后的循環(huán)水從塔底的排水管溝進(jìn)入化漿池中,在此處通過螺旋給料機(jī)投入氧化鈣干粉,進(jìn)行氧化鈣化漿及脫硫劑再生。經(jīng)化漿池的循環(huán)水進(jìn)入循環(huán)池中,在循環(huán)池前部安裝曝氣風(fēng)機(jī)和曝氣管,使得脫硫后形成的亞硫酸鈉與氫氧化鈣充分反應(yīng),生產(chǎn)氫氧化鈉脫硫劑和硫酸鈣沉淀。經(jīng)循環(huán)池沉淀后的再生循環(huán)脫硫液通過脫硫泵泵入脫硫塔內(nèi),循環(huán)利用。生成的硫酸鈣及氧化鈣中雜質(zhì)等沉淀物通過隔膜泵泵入箱式壓濾機(jī)脫水,脫出水回流到循環(huán)水池中,脫水后污泥外運(yùn)綜合利用。
該廠通過改造后,每年生產(chǎn)周期以300 d,每日24 h 考慮,脫硫除塵系統(tǒng)投入運(yùn)行后年減少煙塵排放量347.4 t,減少二氧化硫排放量1 340 t。
脫硫除塵系統(tǒng)電氣總裝機(jī)容量為151 kW,最大運(yùn)行功率120 kW,日電耗約2 448 kWh,電價(jià)按0.8元/kWh 計(jì)算,電費(fèi)每天約1 958 元。商品氧化鈣價(jià)格按400 元/t,氫氧化鈉價(jià)格按5 000 元/t,藥劑費(fèi)每天約2 380 元。