某燒結磚廠隧道窯脫硫除塵系統改造

李國銳

（山西省陽泉市環境科學研究所， 山西 陽泉 045000）

某燒結磚廠地處北方地區，屬于大氣重點控制區。該廠始建于2003 年，設計產能為年生產6 000萬塊燒結磚，燒成窯爐為2 條130 m 的隧道窯，配套建設有1 座濕法脫硫除塵器（鈉鈣雙堿濕式脫硫工藝），由于脫硫除塵器設計缺陷等問題，致使設施煙氣處理效果不佳。隨著當前環保形勢的日趨嚴峻各地治污要求也越來越嚴，故該廠現有的脫硫除塵系統已不能滿足現有環境保護要求。本文就該廠窯爐配套脫硫除塵系統改造進行了簡要的分析。

1 隧道窯相關技術參數

該廠燒結焙燒工藝采用的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、溫度壓力測試和窯車等系統。通過出口拉引機將載有磚的窯車送到卸磚段，用人工將磚卸下并運到成品堆場，經檢驗合格后出廠。

所用焙燒窯主要技術參數：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%；冷卻通風溫度：室溫；排煙溫度：150 ℃；窯內容車數：16 輛；窯車規格尺寸：4 350 mm×4 660 mm×840 mm；每車碼坯層數：12 層；窯車進車方式：液壓頂車；冷卻方式：集中風冷(機械供風)；排煙方式：分散排煙（機械排煙）；合格率：＞95%。

2 原脫硫除塵系統存在的問題

目前，據實地勘察該燒結廠隧道窯兩條隧道焙燒窯，隧道窯配套建設有一座濕法脫硫除塵器（鈉鈣雙堿濕式脫硫工藝），含塵廢氣經風機（風量約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現脫硫除塵。脫硫除塵系統存在著設施設備運行不合理的諸多問題：隧道窯產生煙氣量和脫硫除塵器設計處理煙氣量不匹配，導致窯爐外排煙氣處理不完全；脫硫塔設計的煙氣與脫硫劑接觸時間短，脫硫塔吸收效率較低；窯體煙道設計存有缺陷，脫硫塔、配套風機及管路腐蝕嚴重，管路出現了破損點；加灰、加堿系統不能根據脫硫效果及時調整加減量；人工加灰、加堿進行攪拌，工作效率低不能保證脫硫除塵系統全時正常運行；脫硫系統出碴系統不合理，出渣不及時。

根據以上出現的問題，該廠需重新對燒結隧道窯尾氣的脫硫除塵系統進行重新設計，并對配套風機進行更換。

3 隧道窯脫硫除塵初步改造方案

3.1 改造后控制參數

結合該廠以往生產經驗，日消耗煤矸石200 t，生產頁巖磚17～20 萬塊。根據計算，參照《第一次全國污染源普查工業污染源產排污系數手冊》（第七分冊）中3131 黏土磚瓦及建筑砌塊制造業產污系數，該廠年產6 000 萬塊頁巖實心標磚，項目隧道窯標況下煙氣產生量為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量為14～18 萬m3/h。

根據《磚瓦工業大氣污染物排放標準》表2 中規定煙塵濃度（體積質量）小于30 mg/m3，SO2濃度（體積質量）小于300 mg/m3，過剩空氣系數為1.7。磚廠現有生產工藝方式，煙氣含氧量為多為18%～19%，若做好堵漏密閉措施，煙氣含氧量應能降低到18%以下，空氣過剩系數為7，污染物折算濃度=污染物實測濃度×實際過剩空氣系數÷1.7，則要求實測煙塵濃度（體積質量）小于8 mg/m3，實測SO2濃度（質量濃度）小于75 mg/m3。

3.2 除塵工藝設備選擇

隧道窯排潮煙氣經過焙燒窯和烘干窯后煙塵濃度（質量濃度）小于100 mg/m3，初始煙氣煙塵濃度按100 mg/m3計算，實測煙塵濃度小于8 mg/m3計算，除塵器除塵效率應大于92%。旋風除塵器除塵效率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。

3.3 脫硫工藝計算選擇

日消耗煤矸石200 t，矸石含硫率1.5%，日產生SO2量為4.8 t。排潮煙氣原始SO2濃度（質量濃度）約為900～1 100 mg/m3，脫硫后實測煙氣濃度小于75 mg/m3，按初始SO2濃度計算則脫硫效率應不小于93.2%。

據此選擇濕式鈉鈣雙堿法脫硫工藝，液氣比按大于2.5 設計，鈣硫比按1.05 設計，脫硫循環水量為500 m3/h。

脫硫塔結構選擇，考慮采用脫硫和除塵在一個反應器內實現，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構，脫硫塔內徑5 m，設置三層旋流板，三層噴淋，兩層除霧器。

脫硫效率按94%計算，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，每小時投加氧化鈣217 kg。鈉堿每天需補充60 kg。氧化鈣殘渣0.78 t/d，脫硫副產物每天9.07 t/d，每天需外排沉淀物10 t。

4 脫硫除塵工藝流程

濕式雙堿法工藝原理是采用氫氧化鈉作為啟動堿，氧化鈣作為再生堿，充分利用強氧化鈉脫硫效率高、反應速度快、不宜結垢的有點，同時利用氧化鈣作為再生堿價格低的優勢。

塔內脫硫反應：

塔外再生反應：

氧化反應：

隧道窯排潮煙氣脫硫除塵工藝流程如下：

煙氣經引風機送入脫硫塔，在脫硫塔內經過三級旋流板和三層噴淋，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，經脫硫后的煙氣經過兩級除霧器，去除脫硫后煙氣中的液滴和部分霧滴，達標排放，處理工藝詳見圖1。

圖1 煙氣脫硫除塵工藝流程圖

脫硫后的循環水從塔底的排水管溝進入化漿池中，在此處通過螺旋給料機投入氧化鈣干粉，進行氧化鈣化漿及脫硫劑再生。經化漿池的循環水進入循環池中，在循環池前部安裝曝氣風機和曝氣管，使得脫硫后形成的亞硫酸鈉與氫氧化鈣充分反應，生產氫氧化鈉脫硫劑和硫酸鈣沉淀。經循環池沉淀后的再生循環脫硫液通過脫硫泵泵入脫硫塔內，循環利用。生成的硫酸鈣及氧化鈣中雜質等沉淀物通過隔膜泵泵入箱式壓濾機脫水，脫出水回流到循環水池中，脫水后污泥外運綜合利用。

5 改造后產生的環境和經濟效益

該廠通過改造后，每年生產周期以300 d，每日24 h 考慮，脫硫除塵系統投入運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。

脫硫除塵系統電氣總裝機容量為151 kW，最大運行功率120 kW，日電耗約2 448 kWh，電價按0.8元/kWh 計算，電費每天約1 958 元。商品氧化鈣價格按400 元/t，氫氧化鈉價格按5 000 元/t，藥劑費每天約2 380 元。