吳佩蓓(東莞市環(huán)保產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心，廣東 東莞 523000)

0 引言

在當(dāng)前我國工業(yè)生產(chǎn)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)下，干濕聯(lián)合除塵脫硫工藝技術(shù)顯現(xiàn)出一定優(yōu)勢，其處理成本頗低且除塵脫硫效果較好，也能夠有效滿足工業(yè)化發(fā)展的切實需求。

1 研究背景

在鈦精礦生產(chǎn)過程中，烘干環(huán)節(jié)常常會伴有一定尾氣生成。由于生產(chǎn)和烘干原理影響，該尾氣中一般會包含了二氧化硫、粉塵礦物質(zhì)以及其他懸浮顆粒物，因此需要對其進(jìn)行除塵脫硫處理，否則排放到大氣中會造成環(huán)境污染?？紤]到處理效果及經(jīng)濟(jì)成本問題，可采用干濕聯(lián)合除塵脫硫技術(shù)。該項技術(shù)最早是被運用在燃煤鍋爐的煙氣脫硫中，后逐漸延伸到各項工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其不僅能夠提升脫硫效果，還能夠極大地降低費用。整個工藝處理過程較為連貫，結(jié)合了干法除塵脫硫與濕法除塵脫硫的優(yōu)勢，與當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)頗為吻合[1]。

2 技術(shù)特點分析

首先是具有復(fù)合性特征。干濕聯(lián)合除塵脫硫有機(jī)結(jié)合了干式、濕式工藝，具有揚長避短的效果，也有利于促進(jìn)除塵脫硫效果的進(jìn)一步提高。其除塵效率一般都能夠達(dá)到95%以上，而脫硫效率也能保證在80%以上。同時，該項工藝的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，在許多工業(yè)生產(chǎn)中得到運用。因而其相關(guān)設(shè)備開發(fā)也持續(xù)進(jìn)行，為技術(shù)應(yīng)用提供資料保障。不同裝置的運用還需結(jié)合實際情況，做到靈活性和合理性相結(jié)合，確保除塵脫硫效果實現(xiàn)，也能盡可能降低成本[2]。

其次是具有環(huán)保性特點。除塵脫硫本就是為了去除排放尾氣中的粉塵物和二氧化硫，避免給大氣環(huán)境造成不利影響。而干濕聯(lián)合除塵脫硫工藝更是提高了環(huán)保性，能夠克服一些工藝缺陷，實現(xiàn)工業(yè)脫硫的科學(xué)化循環(huán)，提升脫硫和除塵的成效，使得尾氣中含有的粉塵、二氧化硫降低，有利于提升環(huán)保效益。

3 鈦精礦烘干工藝中的高效干濕聯(lián)合除塵脫硫環(huán)保技術(shù)應(yīng)用

3.1 相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域及技術(shù)原理

在鈦精礦的烘干工藝中，引入干濕聯(lián)合除塵脫硫環(huán)保技術(shù)，構(gòu)成了一種可以抑制鈦精礦烘干過程中產(chǎn)生二氧化硫、粉塵物質(zhì)的干濕聯(lián)合系統(tǒng)。其技術(shù)所涉及的領(lǐng)域主要是尾氣煙氣除塵脫硫處理領(lǐng)域。該項技術(shù)主要適用于一些鈦精礦資源豐富的地區(qū)，在鈦精礦生產(chǎn)中得到應(yīng)用。大部分鈦精礦資源都具有一定水分，其含水量能夠達(dá)到10%，而為了達(dá)到銷售標(biāo)準(zhǔn)，通常在生產(chǎn)過程中將其含水量降低到0.5%以下，這就需要運用到烘干處理工藝。其具體的烘干流程主要是利用烘干機(jī)設(shè)備，將燃煤的熱風(fēng)吹入，然后基于烘干機(jī)本身的結(jié)構(gòu)和回轉(zhuǎn)作業(yè)，促使高溫?zé)煔夂外伨V物質(zhì)本身進(jìn)行直接接觸，溫度過高的煙氣能夠去除鈦精礦內(nèi)部水分。鈦精礦在經(jīng)過烘干機(jī)回轉(zhuǎn)作業(yè)間接烘干后，其接觸煙氣的溫度值可以達(dá)到90 ～110 ℃，且這種高溫?zé)煔鈨?nèi)還會伴有少量二氧化硫物質(zhì)以及燃煤灰殘留粉塵物質(zhì)。與此同時，烘干機(jī)回轉(zhuǎn)時的鈦精礦也會產(chǎn)生一定粉塵物質(zhì)，在內(nèi)部成為鍋氣。且高溫條件下鈦精礦伴隨著水分流失，也會將礦物本身存有的一些元素釋放出來，包括少量二氧化硫。因此，實際烘干工藝中產(chǎn)生的尾氣可以分為兩個獨立部分，其中一部分煙氣會伴有大量的二氧化硫以及粉塵，不符合尾氣直接排放的標(biāo)準(zhǔn)。故而需要結(jié)合粉煤燃燒原理以及鈦精礦的烘干處理要求，制定相應(yīng)的粉塵和二氧化硫去除方案。一般來說，對于煙氣中含有的粉塵物質(zhì)，當(dāng)前多是采用旋風(fēng)除塵裝置或是布袋式除塵裝置，可以有效過濾粉塵，保證煙氣除塵效果達(dá)到要求。最為關(guān)鍵的是脫硫處理，針對煙氣含有的二氧化硫，許多都是運用濕法脫硫工藝、干法脫硫工藝以及半干法脫硫工藝。不過這幾種工藝基本都是對煙氣中的二氧化硫和相關(guān)顆粒物質(zhì)進(jìn)行單獨處理，不兼具除塵效果。且實際建設(shè)工藝的投資頗大，運行成本也比較高，無法滿足經(jīng)濟(jì)性要求。為此，本文研究了一種應(yīng)用于鈦精礦生產(chǎn)烘干環(huán)節(jié)的干濕聯(lián)合除塵脫硫技術(shù)，切實發(fā)揮處理粉塵及二氧化硫的作用[3]。

3.2 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

本研究的高效干濕聯(lián)合除塵脫硫技術(shù)，主要是為了解決現(xiàn)有鈦精礦烘干除塵及去除二氧化硫物質(zhì)的技術(shù)不足問題。其具有對煙氣與鍋氣分類處理的特點，總體性能為干濕聯(lián)合對煙氣粉塵與二氧化硫?qū)嵤┮种疲に囅到y(tǒng)的處理成本較低，效果也可以達(dá)到要求。具體采用的技術(shù)方案為：構(gòu)建干濕聯(lián)合去除鈦精礦烘干煙氣和二氧化硫系統(tǒng)，子系統(tǒng)則是包括鍋氣洗滌系統(tǒng)、煙氣洗滌系統(tǒng)以及渣漿池。其中，鍋氣洗滌系統(tǒng)的主要構(gòu)成是核心設(shè)備鍋氣洗滌器(主要作用是去除鍋氣中的大顆粒粉塵物質(zhì))，同時配備了鍋氣風(fēng)機(jī)(負(fù)責(zé)送風(fēng)作業(yè))，鍋氣復(fù)擋除沫器裝置(主要是利用慣性離心力原理來進(jìn)行凈制氣體，促進(jìn)氣液分離)。鍋氣洗滌劑會先與復(fù)擋除沫器進(jìn)行連接，除沫器再連接鍋氣風(fēng)機(jī)，而洗滌器的相關(guān)進(jìn)口位置與系統(tǒng)干燥機(jī)的內(nèi)部實現(xiàn)連通，鍋氣風(fēng)機(jī)端還會與尾氣的煙囪結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。煙氣洗滌系統(tǒng)與鍋氣洗滌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類似，其相對應(yīng)的裝置包括煙氣洗滌器裝置主要用于過濾處理煙氣，煙氣復(fù)擋除沫器以及尾氣風(fēng)機(jī)裝置，此外還包含了旋風(fēng)除塵機(jī)，可有效去除粉塵。原理是促進(jìn)煙氣粉塵在內(nèi)部做選擇運動，再利用離心力捕捉氣流中的粉塵顆粒。系統(tǒng)中的幾項重要裝置主要是按照除塵器—煙氣洗滌器—煙氣復(fù)擋除沫器—尾氣風(fēng)機(jī)的順序來進(jìn)行連通，且尾氣風(fēng)機(jī)直接與尾氣煙囪進(jìn)行連接，而旋風(fēng)除塵器則是和煙氣排出管道進(jìn)行連接。渣漿池主要是與煙氣復(fù)擋除沫器裝置、旋風(fēng)除塵器裝置以及鍋氣復(fù)擋除沫器裝置的出口進(jìn)行有效連通，這些裝置排出的固液混合物質(zhì)都會進(jìn)入池內(nèi)。在完善聯(lián)合除塵脫硫系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)時，還需注意各裝置的合理設(shè)置，比如鍋氣洗滌器裝置與煙氣洗滌器裝置都應(yīng)當(dāng)傾斜一定角度，確保其進(jìn)口要略高于出口，這樣才能夠有效發(fā)揮作用。同時，兩項洗滌器裝置的淋口還需與煙氣進(jìn)口實現(xiàn)正對，且煙氣洗滌器和鍋氣洗滌器都應(yīng)為管道復(fù)噴形式，其具有管道形狀殼體，兩端還設(shè)置有進(jìn)氣口和出氣口。其內(nèi)部的軸向間隔處也設(shè)置了許多噴頭結(jié)構(gòu)，噴頭的出口方向則是與軸向相同，保證噴頭出口與煙氣進(jìn)口可以對應(yīng)，噴頭主要是采用雙向空心錐形低壓高效的霧化噴頭形式。通過實際驗證發(fā)現(xiàn)，鍋氣洗滌器裝置與煙氣洗滌器裝置在傾斜處理時，應(yīng)當(dāng)與水平方向保持15°～30°的夾角最為合適，本次研究的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中確定其傾斜最佳夾角為23°。在鍋氣復(fù)擋除沫器與煙氣復(fù)擋除沫器布置上，主要是需對內(nèi)部間隔位置處設(shè)置一定數(shù)量的同心圓擋板，注意相鄰擋板間距離要把控好，依據(jù)由外到內(nèi)的順序，間距逐漸縮小，擋板的高度要對應(yīng)逐漸增加。

3.3 系統(tǒng)的實際效果

利用相關(guān)技術(shù)構(gòu)建的鈦精礦烘干除塵脫硫系統(tǒng)，可以讓高溫?zé)釤煔庀韧ㄟ^旋風(fēng)除塵器裝置來實現(xiàn)預(yù)除塵。這個過程能夠?qū)⒋蟛糠址蹓m物質(zhì)去除，以免其后續(xù)進(jìn)入到煙氣洗滌器后堵塞裝置管路，造成運行不佳的情況。在預(yù)除塵處理完成后，煙氣從除塵器內(nèi)排出經(jīng)過連通渠道進(jìn)入到煙氣洗滌器內(nèi)部，開始經(jīng)過洗滌處理，洗滌凈化過程中裝置會產(chǎn)生一定水霧，直接與煙氣進(jìn)行接觸并實現(xiàn)高效逆流混合，水霧會將煙氣中的部分礦物質(zhì)粉塵捕捉收集起來，煙氣的溫度也會在水循環(huán)下開始下降。當(dāng)大量的水蒸氣開始小于露點溫度后，就會讓水霧轉(zhuǎn)換為水，吸收尾氣中含有的二氧化硫，從而使得煙氣完成脫硫，整體實現(xiàn)了除塵、降溫以及去除二氧化硫多種作業(yè)效果。此外，鈦精礦烘干工藝中，在干燥機(jī)內(nèi)部進(jìn)行礦物質(zhì)旋轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生一定的粉塵物質(zhì)，從而形成鍋氣，再加上高溫時礦物質(zhì)本身也釋放一定二氧化硫。因而可利用設(shè)置的鍋氣洗滌系統(tǒng)進(jìn)行去塵脫硫，其利用風(fēng)機(jī)直接將鍋氣抽送到對應(yīng)洗滌器內(nèi)部凈化洗滌，也會實現(xiàn)除塵、降溫以及去除二氧化硫的效果。系統(tǒng)利用分類處理鈦精礦烘干尾氣二氧化硫、粉塵的方式，不僅可以獲得較好效果，也在很大程度上降低了處理成本，提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性[4]。

3.4 具體實施分析

對本研究的技術(shù)構(gòu)成系統(tǒng)做進(jìn)一步詳細(xì)說明，其煙氣洗滌器與鍋氣洗滌器進(jìn)行傾斜布置，且保證噴淋口與煙氣進(jìn)口相對。該項工藝的技術(shù)是，干燥機(jī)運行時會產(chǎn)生煙氣和本身鍋氣兩種廢氣，煙氣中主要含有大量粉塵物質(zhì)、二氧化硫物質(zhì)，鍋氣中的二氧化硫物質(zhì)較少。這兩種廢氣從成分構(gòu)成上存在差異，因此系統(tǒng)采用了分類處理形式。為了防止噴淋管被粉塵物質(zhì)所堵塞，優(yōu)先選擇設(shè)置的方案是將旋風(fēng)除塵器裝置布置在煙氣洗滌器進(jìn)口位置前段管路部分，先去除煙氣中的大量粉塵。同時，系統(tǒng)中將干燥機(jī)內(nèi)部出來的鍋氣和煙氣分離處理，對應(yīng)引入到鍋氣洗滌系統(tǒng)以及煙氣洗滌系統(tǒng)當(dāng)中，而煙氣管道會直接與除塵器裝置進(jìn)口位置連接[5]。這時尾氣風(fēng)機(jī)也會發(fā)揮作用，其煙氣被除塵器處理后進(jìn)入洗滌器洗滌，從而獲得去除了二氧化硫、煙氣以及溫度降低的尾氣，隨后尾氣還會進(jìn)入到煙氣復(fù)擋除沫器內(nèi)部，促進(jìn)洗滌中的水和氣體進(jìn)行分離，最后排空即可。而干燥機(jī)處理鈦精礦時礦本身排放的少量二氧化硫會形成對應(yīng)鍋氣，但這部分氣體較少且壓力頗低，因而也需在對應(yīng)風(fēng)機(jī)作用下實現(xiàn)洗滌處理。鍋氣復(fù)擋除沫器同樣進(jìn)行氣液分離并排空，整體的煙氣與鍋氣都能夠完成除塵脫硫。由于洗滌器具有一定傾斜角度，可以保證內(nèi)部洗滌水的順利流通，與煙氣和鍋氣之間充分接觸，能避免出現(xiàn)堵塞或是積液情況。系統(tǒng)中相應(yīng)的煙氣復(fù)擋除沫器、旋風(fēng)除塵器以及鍋氣復(fù)擋除塵器下端出口位置直接連通了渣漿池，內(nèi)部物質(zhì)會排放到渣漿池中。通過池本身的澄清得到溢流水，可以重復(fù)作為洗滌器中的洗滌水來使用，有效節(jié)約洗滌成本，也能夠減少廢液產(chǎn)生。此外，需注意的是，煙氣處理時先后經(jīng)過旋風(fēng)除塵器、煙氣洗滌器以及對應(yīng)的復(fù)擋除沫器裝置。這個過程會導(dǎo)致煙氣本身出現(xiàn)較大壓降，最后經(jīng)過除沫器出口排放的壓力通常較低，導(dǎo)致內(nèi)部氣體的流通較為不暢，可能會致使裝置出現(xiàn)憋壓情況，影響到穩(wěn)定運行，因而需要使用風(fēng)機(jī)來加壓，推動內(nèi)部煙氣的有效流通，也提高整個系統(tǒng)對煙氣的處理效率。

在上述的系統(tǒng)裝置中，噴頭優(yōu)先選擇了雙向空心錐形低壓高效霧化形式。這種噴頭能夠促進(jìn)系統(tǒng)運行時更好地噴出洗滌水物質(zhì)，也能讓煙氣、鍋氣與洗滌水之間的接觸面積增大，提高洗滌效果。而洗滌器和水平方向之間保持一定夾角，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)置能夠促進(jìn)殼體內(nèi)水流順利流通，同時對于洗滌水與煙氣、鍋氣之間的接觸來說，可有效增加接觸時間和接觸面積，促進(jìn)其洗滌水吸收效率的提高，也能夠適當(dāng)延長設(shè)備使用的時間。選擇使用的煙氣和鍋氣除沫器都為復(fù)擋除沫器，這種除沫器的下部筒體為錐形結(jié)構(gòu)，筒體內(nèi)部還設(shè)置了環(huán)形狀間隔的擋板，主要布置于錐形結(jié)構(gòu)上方位置，下方切向設(shè)置除沫器進(jìn)口，擋板本身的截面也為四分之三圓弧狀，圓弧擋板的缺口與復(fù)擋除沫器進(jìn)口相對，除沫器上方位置主要設(shè)置出氣口，下方錐形圓筒結(jié)構(gòu)下端設(shè)計了出液口，在系統(tǒng)實際運行時，不管是鍋氣復(fù)擋除沫器還是煙氣復(fù)擋除沫器，相應(yīng)氣體在進(jìn)入內(nèi)部時都是通過下部殼體來切向流進(jìn)，氣體進(jìn)入后還會沿著擋板側(cè)壁以及殼體內(nèi)壁做螺旋運動，在此過程中實現(xiàn)氣體與部分液態(tài)水分離，受到離心力作用影響，采取同心圓布置形式的擋板和器壁也會受到尾氣與液沫旋轉(zhuǎn)的作用，從而實現(xiàn)“清洗”，也能夠避免出現(xiàn)復(fù)擋除沫器被堵塞的情況，提升除沫效果。與此同時，擋板在將內(nèi)部氣體氣液分離時，會使得尾氣出現(xiàn)一定壓力損失，氣體的流速會開始下降。一般情況下，越是與中心位置距離較近處的氣體壓力損失會越大，流速也會越慢，就會導(dǎo)致出現(xiàn)錐形結(jié)構(gòu)內(nèi)壁氣體掉落時間不一致的情況，促使氣體之間在殼體內(nèi)實現(xiàn)分割。液體和一些液沫也會在內(nèi)壁上分開掉落，以免泡沫物質(zhì)再次產(chǎn)生，促進(jìn)液沫和液體間實現(xiàn)有效分離。本系統(tǒng)還設(shè)計了擋板布置間隔從外到內(nèi)逐漸減小，使大多氣體進(jìn)入到復(fù)擋除沫器時，壓力被大大減小，提高最終除沫的水平。其上端排氣出口會將處理好的尾氣排出，而擋板從外到內(nèi)的高度參數(shù)逐漸增加。為了增大通道面積，也能夠降低通道堵塞的可能性，使得除沫器整體除沫效果提高。

4 該項技術(shù)在鈦精礦烘干過程中的應(yīng)用效益及發(fā)展前景

鈦精礦烘干的高效干濕聯(lián)合除塵脫硫技術(shù)，主要是根據(jù)煙塵以及二氧化硫物質(zhì)的主要化學(xué)成分、具體運動特征來進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。具體來說還包含了凝聚霧化技術(shù)、過濾吸收技術(shù)、霧化洗滌技術(shù)、除霧分離技術(shù)以及沖擊湍流技術(shù)等，有效實現(xiàn)了粗顆粒粉塵在預(yù)除塵環(huán)節(jié)去除。而二氧化硫以及較細(xì)的顆粒粉塵則是經(jīng)過霧化噴頭來進(jìn)行洗滌并混合處理。其酸性廢水還可以用在鈦浮選生產(chǎn)過程中，能夠降低選礦時調(diào)整pH值的耗酸量，既能夠節(jié)約成本，也能夠保證煙氣環(huán)保排放。某企業(yè)在鈦精礦烘干工序上進(jìn)行了該項技術(shù)應(yīng)用的改造，其建成后的系統(tǒng)能夠有效保障鈦精礦生產(chǎn)線達(dá)到環(huán)保效果，綜合效益較高。其實際除塵效率能達(dá)到99.5%以上，而脫硫的效率也能夠保證大于80%。若是每年的鈦精礦烘干量按照50 萬噸來計算，那么其高效干濕聯(lián)合除塵脫硫系統(tǒng)可以節(jié)省約7 萬元成本，且維護(hù)成本也較低。實際總功率值一年可達(dá)到343 kW，相比于傳統(tǒng)處理系統(tǒng)能耗偏低，大約降低80%左右。

該技術(shù)是在傳統(tǒng)除塵技術(shù)基礎(chǔ)上優(yōu)化獲得，特點是促進(jìn)干濕結(jié)合且能夠分級處理粉塵與二氧化硫。實現(xiàn)除霧、除塵以及脫硫處理的高效一體化，有效減少工業(yè)粉塵、二氧化硫以及其他懸浮顆粒排放到環(huán)境中，防止大氣環(huán)境被污染、避免員工和周圍居民健康受到影響，也能夠適當(dāng)降低礦物損失。與當(dāng)前打造綠色生產(chǎn)礦山以及環(huán)保車間的理念相符合，具有著綠色生產(chǎn)的示范性價值，其未來發(fā)展的前景廣闊。

5 結(jié)語

綜上所述，對鈦精礦生產(chǎn)時烘干尾氣進(jìn)行除塵脫硫處理，能夠保證尾氣排放達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，也能夠提升鈦精礦的生產(chǎn)效益。為此，可采用高效干濕聯(lián)合除塵脫硫環(huán)保技術(shù)。該技術(shù)主要是在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，采用分離方式，利用相應(yīng)的洗滌器、除塵器、風(fēng)機(jī)以及復(fù)擋除沫器來去除粉塵和二氧化硫，與傳統(tǒng)工藝相比，極大地提高了除塵及脫硫效率。