ENS半干法除氟脱硫技术在烧结烟气净化中的应用
O 引言
烟气脱硫技术多种多样，世界各国从20世纪50 年代开始研究脱硫技术，至今脱硫技术已达200多种。根据脱硫过程所处的不同阶段，可分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫3种。按脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫又可分为湿法、半干法和干法烟气脱硫。烟气脱硫是目前控制大气中SO：排放浓度与总量最有效、应用最广的烟气脱硫技术。烟气脱硫即采用化学、物理及生物等方法将烟气中的SO：予以固定和脱除，目前烟气脱硫技术中最为成熟的为湿法技术，占整个脱硫设施的85％以上，其中以石灰石／石膏湿法占36．7％；另外还有氨一硫酸铵法，M舯法、活性炭法、钠碱法、电子催化氧化法、钠碱循环吸收法等。湿法脱硫技术尽管脱除效率较高达90％以上，脱硫剂利用率高，但其设备费用高，且运行费用昂贵，管理维护困难，产生二次污染心]。因此，开发一种资源化、高效化、经济化的烟气脱硫净化技术是当今环保工作者研究热点。联合国环境规划部署1988年公布的统计资料显示，s02已成为世界第一大污染物，人类每年向大气排放的S0：达1 800万t。我国1995年 S02排放量为2 341万t，超过美国当时的2 100万t； 2004年Sq排放量为2 254万t；2005年s02排放总量为2 549万t，比上年增长13．1％，居世界首位，均超过 “十五”规划总量控制目标(1 800万t／a)。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》提出了“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20％左右，主要污染物排放总量减少lO％的约束性指标。 2006年，全国S02排放量达2 594．4万t，比2005年增长 1．8％。因此S02减排已成为我国环境治理的重点，也是我们应该承担的责任。
与传统的脱硫技术比较，ENS半干法除氟脱硫技术具有脱硫效率高、工艺流程简单、生产运行费用低、不产生二次污染等特点，有着广阔的发展前景。本文对ENS半干法除氟脱硫技术的研究应用进行了介绍。
1 工艺原理
德国ENs半干法采用一定粒径要求的Ca， Mg(OH)：粉料作为吸附剂，通过输送系统和投加器进人烟气管道，由烟气带入反应塔。在反应塔内与雾化系统的水雾接触，使碱性干粉表面湿润，烟气中 F一、sO，等酸性气体同时湿润，附着并与湿润碱性物发生反应，生成钙／镁盐等化合物；反应后的烟气及盐粒在反应塔下部被烟气的余热干燥，进入除尘器，烟尘被除尘器收集，净化后的烟气经风机送到烟囱排放。除尘器的一部分收集尘返回反应塔管道，强化反应和再利用，使其达到饱和利用。
SO：与Ca(OH)：的反应单从化学反应方程式看是简单的酸碱中和反应，但从整个反应动力学上分析，反应速度与烟气中水的含量有很大关系。
气相中so：生成so；一的反应大致经过以下过程：水蒸汽的气体SO：进入液相状态，相互结合与碱反应后，脱出水分子，并生成HsOf，再进一步与碱反应，生成so；一和水分子。
酸性气体与Ca(OH)：的反应活性顺序为：s0，> HF>HCI>S02>C02。
从气液两相平衡及动力学角度分析，碱性反应物表面的含水量与气相的含水量一相对湿度相关，系统中酸碱反应的机率与酸性组分的含量和碱性物质的总表面积相关。
2工艺过程及组成
采用的半干法除氟脱硫工艺，烧结机机头产生的万方数据含有氟化物、sO，及含铁粉尘的烟气经大烟道出烧结室，进入电除尘器进行预除尘，回收烧结烟尘，返回烧结配料室做烧结矿原料。预除尘后的烟气由装有加料装置的管道进人反应塔，Ca(0H)：碱性粉料从贮料仓经增湿机加湿后通过加料装置喷人烟道进入反应塔，反应塔内雾化系统根据概念设计数字模型，调整烟气温度、湿度，使气态硫化物、氟化物与碱性粉料充分反应，形成固态盐一粉尘与除氟脱硫烟气，经管道进入主抽风机前的除尘器，使含氟、S02的固态粉尘与气体分离．烟气达标经主抽风机至烟囱排放。主除尘器的作用是把吸附了氟和硫的粉尘捕集下来，除下来的粉尘主要是硫酸钙、氟化钙等废渣和没有参与吸收反应的氢氧化钙等，其中20％一30％的除尘灰循环使用，用仓式泵加压喷入主除尘器的烟气入口中，继续参与反应和吸收。
2．1物料控制
德国ENS半干法的物料控制，由烟道末端的sO：在线监测仪的回馈信号与其他烟气参数信号共同在半干法数学模型程序下，控制物料的投加量，以达到反应物的充分反应和最合理的用量。
2．2温度控制
德国ENS半干法温度控制是保证烟气反应后出反应塔温度高于露点温度，保证烟气在管道、除尘器、风机及烟囱中不结垢、不腐蚀。
烟气温度的控制主要由喷雾量和反应塔进出口温度、烟气湿度决定。烟气雾化程度决定着反应效果和反应塔体积及结构，在喷雾系统水与压缩空气以较低的速度进入喷头的混合腔充分混合，并逐步加速。在出口处形成压力差，造成气水混合系统的迅速膨胀，水相高度分散，形成细小水珠。实际操作中水的添加量需要调节，但稳定的雾化系统要求不受加水量波动的影响。气水混合物喷出速度在气水量比值变化很大的范围内仍保持不变，从而保证了加水量变化条件下雾化效果的稳定性。
2．3烧结烟尘回收系统
烧结机头烟气由烟道出烧结室后，进入烧结烟尘回收除尘器。烧结烟尘回收除尘器收集的灰尘，经输送系统至加湿机，经加湿机加水湿润，然后经胶带机运至冷返矿胶带机上运往烧结矿配料室完成烧结烟尘回收利用。
2．4新粉投加系统
半干法工艺与烟气中F一、SO，等因子的反应剂采用Ca／Mg(OH)：碱性粉料。投加在烟气管道内，与烟气接触、混合，并随气流带人反应塔。粉料由制粉厂按工艺要求规格及用量制成粉料，由罐式汽车按照运输制度，按时按量将新粉运至现场并输送至干粉储仓。干粉储仓灰斗下设星型卸灰阀，根据工艺需要量，通过变频器调节卸灰阀电机转速，定量卸灰至螺旋输送机，至德国LOEDlGE增湿机进料口。
德国LoEDIGE增湿机是保证烟气低温时仍有较高除氟脱硫效率的至关重要工艺设备，其主要功能是增加Ca／Mg(OH)：粉料的含湿量，使干粉预湿润，粉料与烟气接触时在管道中便开始反应，可保证干粉增湿均匀和不粘结。增湿后的粉料由增湿机出口进入气力输送装置，在压气的作用下，将粉料连续不断送入烟气管道并随气流带入反应塔。
2．5反应塔系统
反应塔是创造反应剂与烟气中F一、sO：等反应最佳条件的场所。它主要通过喷雾调整烟气温度、湿度，进一步润湿反应剂和酸性气体，使烟气中F一、s02 等与反应剂生成固态盐，从烟气中去除。
同时反应塔与喷雾系统的设计保证反应塔无结露，反应后烟气和反应产物很快被烟气余热干燥，保证烟气及反应物不对反应塔、管道、除尘器、风机及烟囱产生腐蚀及结垢。在雾化反应塔中利用高效喷嘴将水以细小水珠形式均匀喷入，水珠通过吸收烟气中的热量而蒸发。根据进出口烟气温度实测结果，控制喷入水量，将烟气温度控制在指定范围。
反应塔底卸灰循环至反应塔出口管道，使未反应完全的反应剂再次利用。
2．6主除尘系统
烟气经反应塔反应后，由反应塔出口管道进入主除尘器。主除尘器可使烟尘与烟气分离。主除尘器选择电除尘器或布袋除尘器。
2．7循环系统
循环使用反应后物料中仍未反应的中和剂Ca， Mg(OH)：，提高钙粉利用率的同时加强反应，提高脱硫效率。
2．8废渣外输系统
主除尘器收集的灰经过刮板输送机送至除尘器下部的灰斗，一部分灰循环使用，另一部分灰经刮板输送至加湿机，由车外输。
3应用实例
ENS半干法除氟脱硫工艺针对烧结工艺的特点，万方数据在工业性试验成功的基础上，设计完成了2台180 m2 烧结机头烟气净化工艺的改造。其工艺流程见图1。
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3．1 净化效果
由现场监测结果得知：机头烟气含尘3 000-，19，m3，含s02472．5 IIlg／m3，含氟化物109．4-ng／m3。对烧结机头烟气排放浓度监测结果见表l。
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通过监测表明烟气中氟化物排放质量浓度 2．98—3．47 mg，m3，SO：排放质量浓度89．6— 94．5 nlg／m3，烟尘排放质量浓度20．8—22．4 mg／m3，均低于《大气污染物综合排放标准》(GBl6297—1996)新污染源大气污染物排放限值标准。计算得到除氟效率>95％，SO：去除率>80％，净化效果等于或好于设计指标。
3．2工艺可靠性分析
半干法烟气除氟脱硫工艺在国外已是成熟的技术，可有效去除烟气中SO：、HCl、HF等酸性气体，达到环保要求。半干法作为一种成熟和高效的去除酸性气体的工艺，具有去除效率高、运行费用低，对设备、管道无腐蚀、不产生排放水蒸汽后冷凝降雨等优点，明显优于湿法净化工艺。因此2台180 m2烧结机烧结烟气净化改造采用半干法烟气除氟脱硫工艺。
工程投产后的验收及实际运行测试结果表明，当雾化系统正常工作时，烧结机头烟气中各种污染物的排放浓度完全能够满足《大气污染物综合排放标准》 (GBl6297—1996)的要求。半干法烟气除氟脱硫工艺成熟可靠，从技术和经济上来看都是可行的，能够达到预定的净化效果，污染物排放浓度能够稳定达到排放标准要求。
3．3存在问题
(1)半干法除氟脱硫净化系统主除尘器回收的粉尘由于富集了氟化物和sO：，不能返回烧结作配料，主要成分为碱性氟化钙，需解决综合利用的问题。由于其产生量较大(约3．2万“a)，如一时找不到可靠的利用途径需要临时堆存，必须加强堆放场地防尘、防渗氆施建设，防止产生二次扬尘和对地下水环境的污染。
(2)工程投产后生产调试监测结果表明，采用半干法工艺净化处理后，出口烟气中SO：浓度受雾化系统影响较大，当雾化系统正常工作时，S02去除率为 70．59％。86．42％。雾化系统非正常工作包括两种情况，一种为雾化系统不工作即烟气温度低致使雾化系统不能喷雾，此时S02去除率仅为10．06％～ 17．24％；另一种情况为压缩空气压力<4．8 kg，cm2 时，雾化系统不能正常工作，此时SO：去除率为 35．52％一49．02％。由此可见，雾化系统正常工作是半干法烟气净化系统的关键，必须保证其正常工作，才能避免SO：的非正常排放。
3．4与原工艺比较
3．4．1原湿法工艺
原2台180 m2烧结机机头烟气采用湿法除氟净化工艺。烟气经抽风机引进114 m2电除尘器后，进入空心洗涤塔，洗涤去除氟和二氧化硫及烟尘等有害成分，净化后的烟气经由120 m烟囱排放。洗涤烟气后的酸性废液经中和器用轻烧自云石乳液进行中和，然后进入澄清器，澄清液流入澄清液受槽，用循环泵汲至洗涤塔循环使用，沉淀污泥进入泥浆受槽由泥浆泵送至选矿厂尾矿库集中处理。其工艺流程及产物环节见图2。
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该工艺存在的主要问题：
(1)烧结泥浆水排人尾矿库对尾矿水质造成了不利的影响，影响选矿生产。
(2)烟气净化系统净化效果不好，造成澄清器，净环泵站溢流大。
(3)每年用于净化系统的运行费用和检修费用万方数据较高，泥浆水排人尾矿库量大，浪费水资源严重。
(4)净化系统设备存在腐蚀问题，而且结垢堵塞严重，影响净化系统的作业率。
3．4．2污染物排放比较
改造工程投入生产后，无废水排放，废渣可用于冶金渣制砖生产线进行综合利用，污染物的排放全部有所消减，项目建成前后的污染物排放情况及污染物变化情况见表2。
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由表2可知，项目建成后各污染物的排放量全部有所消减。其中烟尘消减1 155．86 t，a，sO：消减 1 826．20 t，a，氟化物消减169．94 t，a；废水排放量消减 2 298 384 t，a，废水中氟化物消减52．27 t／a，SS消减 734．04“a；固体废弃物排放量减少7 119．09“8。本项目采用除氟脱硫效果好、技术先进的半干法除氟脱硫技术工艺。半干法作为一种高效的去除酸性气体的工艺，具有去除效率高、运行费用低、对设备、管道无腐蚀，不产生酸雨等优点。
3．4．3能源消耗比较
本项目年消耗压缩空气量95 135 040 0，约 1 200 m3，h；年消耗氮气4 320 000 m3，约545 m3，h，氮气从转炉密封用氮气管道及溅渣氮气管道接出。按新的节能降耗指标计算方法，采用的半干法除氟脱硫工艺与湿法净化工艺能源及材料对比情况见表3。
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根据表3可知，本项目投产后，年用电量减少 23 820 437 kwh；年用水减少2 851 200 m3；碱性粉料减少8 160 t／a。
3．4．4运行费用比较
原系统(湿法)设备腐蚀严重，维护工作量大，费用高，每年用于净化系统的运行费用和检修费用达2 200 万元，而且每小时有300 m3泥浆水排人尾矿库，浪费水资源严重，也对净化系统设备造成腐蚀问题，而且结垢堵塞严重，影响净化系统的作业率。改造后的烟气净化系统运行稳定，各项排放都达到排放标准的要求。烟气净化系统全年运行和检修费用1 300万元。
与原有湿法净化相比，半干法烟气除氟脱硫工艺处于干相，不存在饱和、过饱和液相腐蚀问题，维护费用低，该技术运行稳定可靠，运行和检修费用低，年降低运行费用和检修费用达900万元。
4结论
半干法烟气除氟脱硫工艺在国外已是成熟的技术，可有效去除烟气中SO：、Hcl、HF等酸性气体，达到环保要求。半干法作为一种成熟和高效的去除酸性气体的工艺，具有去除效率高。运行费用低、对设备、管道无腐蚀、不产生排放水蒸汽后冷凝降雨等优点，明显优于湿法净化工艺，在工程实践应用中表现出优越性与可行性，将是未来烟气脱硫研究的重点。半干法烟气除氟脱硫工艺在烧结烟气脱硫上的应用具有技术先进性、环保实用性、经济性等优点，具有广阔的应用前景。
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