陶瓷工业窑炉废气使用半干法烟气脱硫除尘技术探讨

关键词：半干法 窑炉脱硫 烟气 陶瓷

摘要：简述建筑陶瓷工业窑炉烟气特性，介绍目前该行业主要使用的工艺，并提出采用半干法脱硫除尘工艺。对该工艺进行分析，提出难点及解决办法，降低陶瓷行业工业窑炉排放废气浓度，提高行业的清洁生产水平。

Abstract: sketch about building ceramic industry’s furnace exhaust gas’s characteristic , and introduce some major technics deal with the exaust gas , suggest use in wet and dry FGD . In the words , talking about the technology using in this industry will bring some difficults , and try to solve the difficults , to reduce the ceramic industry’s furnace exhaust gas’s effluent concentration，and raise the industry’s cleaner production.

中图分类号： TU834.6 文献标识码： A 文章编号：

一、项目介绍

陶瓷工业窑炉主要采用辊道窑进行生产，排出的废气在目前的行业中大部分均采用湿式脱硫除尘塔系统，这样的结果是SO2的排放浓度虽然达标，但粉尘排放浓度很难到新的陶瓷工业排放标准（《陶瓷工业污染物排放标准》（GB25464-2010)），而且采用湿法烟气脱硫，将产生大量的脱硫废水，而且污水处理系统所需的占地面积进一步扩大；废水量的增加，占地面积的进一步需求，使得产品生产过程中需要的能耗也进一步提供，为了进一步提高企业竞争力，根据陶瓷工业行业新的排放要求及进一步提高清洁生产，节能降耗，我公司在原有半干法脱硫系统的基础上开发了半干法窑炉脱硫除尘系统。

半干法烟气脱硫除尘系统在中国自从八十年代引进后，主要用于锅炉废气治理项目。在国内脱硫市场上，已有商业运行业绩的半干法主要是喷雾半干法、炉内喷钙后烟气增湿活化法、灰外循环增湿半干法、烟道流化床脱硫法等4种(1)。结合陶瓷工业窑炉的烟气特点，我们采用喷雾半干法处理工艺。

二、技术前期分析

我公司在2008年开始采用喷雾干燥的半干法烟气脱硫除尘系统，主要工艺为：采用NaOH溶液喷雾干燥，NaOH溶液浓度通过计量泵及SO2浓度变化进行调整，达到最适合溶液浓度，烟气离开脱硫塔进入除尘器烟温控制在露点温度以上，除尘器采用布袋除尘器，方便烟气发生二次脱硫效应，进一步提高脱硫效率。

务庄玻璃灯饰厂，玻璃厂排放温度较高，达到200多度，相对SO2浓度也较低，对进行喷雾干燥正常运行提供了良好的条件，于2008年1月份投入运行，目前正常使用。

2010年，在玻璃厂多套设备正常运行的情况下，将半干法脱硫除尘系统投入于锅炉烟气处理项目，锅炉烟气具有相对较低的温度，正常烟气排放经过省煤器后排烟温度为150℃左右，含氧量约为8%，含湿量也相对较低，为进一步验证用于陶瓷厂辊道窑烟气处理系统提供条件。

有望灰沙砖厂半干法烟气脱硫除尘系统于2010年中旬投入运行，处理烟气为6吨锅炉烟气，设计风量30000m3/h，SO2排放浓度要求为500m3/m3，粉尘排放要求为100mg/m3，目前运行良好。

务庄灯饰厂有望灰砂砖厂

我公司在陶瓷行业废气治理具有十多年经验，总结出窑炉烟气具有以下特性，由于生产中烧成窑的尾气含有较高温度，为了利用余热，一般将烧成窑废气转入前段工艺--干燥窑中，由此造成废气排烟温度相对较低，而由于陶瓷制喷干粉过程中粉尘从液滴吸收热量的过程中吸尘了烟气中的SO2，在窑炉烘干烧成过程中有一部分释放出来，再在烧成过程中燃料燃烧产生的SO2，窑炉废气中含有较高的SO2浓度，而干燥窑干燥过程中产生的湿气也随着废气排放，形成了陶瓷工业窑炉产生的废气具有低温，高湿，高SO2浓度的特性。下表为部分陶瓷厂干燥窑排放烟囱监测数据（监测设备：崂应3012H型）：

表格一：广州锦盈建材有限公司花都厂：

表格二：广东家美陶瓷清远基地二分厂：

由表中相关数据，陶瓷工业窑炉的低温特性导致了半干法处理过程中只能吸收较少的水分，而高浓度的SO2导烟气露点较低，而且在一定吸收效率下，需要更大分量的碱来进行吸收，这与之前的条件产生矛盾，而半干法运行则需要较高温度，脱硫效率相对较低，需要较低的SO2浓度。

1、窑炉烟气露点分析

这样露点温度成为了比较关键的一个问题，而酸性气体的露点温度与酸的浓度具有很大关系，烟气中的SO2，HCl，H2O和SO3被认为是可能影响烟气露点温度的几个因素。SO2的影响问题已有研究人员对在不同水蒸气分压力下的SO2浓度与露点温度的关系进行试验研究，在一个相当大的浓度范围不超过1K，所以其对烟气露点温度的影响较小。同样人们对HCl与露点温度的关系也进行研究，结果表明其对烟气露点温度提高的作用也小于SO2的影响，也可忽略不计。所以事实上真正影响烟气露点温度的是烟气中的H2O和SO3的含量。（2），关于烟气露点的计算已有很多专家学者进行研究，形成一系列的计算方法，这里只列出一些具有代表性的估算公式（2）：

（1）前苏联1973年标准

1973年前苏联出版的《锅炉机组热力计算标准方法》中给出了烟气酸露点计算公式：

（5）

式中：t烟气酸露点温度，℃；t1烟气水露点温度，℃；β与炉膛出口过量空气系数有关的常数；S收到基折算含硫量（%）；α飞灰占燃料灰分的份额；A收到基折算含灰量（%）；

（2）冯俊凯计算公式

清华大学冯俊凯教授提出的烟气露点计算公式为：

（3）日本电力研究所估算公式

根据烟气中的SO3和燃料水分含量计算露点温度。

t=20lgV+a （7）

式中：V烟气中的SO3体积分数（%）；a水分常数。

2、烟气喷雾蒸干计算

核算出烟气的露点温度后，以此为基点，计算烟气在此温度条件下所能蒸干的水量，以下是有关喷雾冷却蒸干计算内容：（3）

喷雾冷却是降水喷成雾状与热烟气直接接触，利用烟气的热量蒸发水分二降低烟气温度。其常用形式有喷雾烟道及喷雾塔，前者用于高温烟气的出炉烟道。

这种方法热交换效率高，用水量少，烟气量增加不多。值得注意的是，由于烟气中水分增加，增加了烟气结露的可能性。

喷雾冷却的操作形式分为干式运行和湿式运行两种：前者喷入水完全蒸发，没有泥浆及其引起的腐蚀；要求雾化效果好，水压一般为0.35-0.5MPa，维护严格；通常用于干式除尘之前，其出口温度应高于150℃。后者喷入水不完全蒸发，产出部分泥浆。

喷雾冷却喷水量计算：

a．干式运行

式中：W喷水量，kg/h；

Q 烟气的散热量，kJ/h；

r 在100℃下水的汽化潜热，r=2257Kj/kg；

CW水的比热，CW =4.19kJ/（kg℃）

Cv水蒸汽的比热，Cv =2.14kJ/（kg℃）

t1烟气冷却后的温度，℃

根据需要，我们选取喷雾冷却的干式运行，喷雾冷却干式运行方便为后期使用布袋除尘器提供良好的运行条件。

由此，计算出所需的喷水量，根据厂方烟气的SO2的浓度，核算出所需要的碱液用量，从而获得喷淋碱液的使用浓度范围。

由此可见，半干法烟气脱硫除尘系统的关键部分主要是前期的喷雾干燥系统，喷雾干燥系统能否良好运行，关乎着整个系统的稳定运行，在此条件下，我们根据相关工况条件，选择双流体喷头，提高碱液的雾化效果，同时与喷头供应商积极合作开发出更高效率的雾化喷头。

其次，为防止喷头堵塞，放弃使用一般半干法的使用工艺中的石灰水，而选择NaOH溶液，保证系统的良好运行。

3、除尘滤料分析

相比锅炉，辊道窑炉具有很高的含氧量，这对于采用半干法烟气中布袋除尘器的滤料选择具有很大的局限性。从经济角度考虑，根据相关资料对滤料的分析，对一些常用滤料做出比较：

涤纶： 学名聚酯（Polyester PE），过滤性能：可在干燥条件下经受135℃的操作温度；连续在135℃以上工作会变硬、褪色、发脆，短时高温亦会使其强度变弱。抗水解性差，不适于高碱，高湿气的工况条件下（5%以上水汽，100℃以上高温）使用；

普抗：学名聚苯硫醚 Polyphenylene sulfide PPS，过滤性能：可在190℃的温度下连续使用，瞬时200℃（每年累计400小时以下）；在160℃的热压釜中能保持90%以上的强度。耐化学性非常好，抗硫抗酸效果很好，缺点是抗氧化性较差，要求O2含量达12%建议温度降低到140℃，总之氧含量越高，所使用的温度就越低，因每增加10℃，化学反应成双倍增加；

玻璃纤维：耐高温，尺寸稳定性好拉伸断裂强度高，玻璃纤维在耐化学侵蚀方面，除了氢氟酸、高温强碱外，对其他介质度很稳定，缺点是耐折型较差，同时水汽对玻璃纤维滤料有一定的影响……。

以下是来自比达福环境技术（无锡）有限公司对于常规滤料的一些比较：

通过对几种滤料的分析，结合烟气的工况条件，几乎每种常规滤料基本上很难达到使用要求，滤料的选择困扰了我们很长一段时间，为了更好的适应这种工况，我们选择了几家较具实力的滤料生产厂方，经过一系列的讨论，论证后，在滤料的制作过程中，采用混纺工艺，采用不同的基布与织布，制作出具有较高使用寿命及效率，较低经济成本的复合针刺毡滤料。

三、工艺总结

主要工艺围绕烟气的温度及SO2浓度调整喷水量及调整NaOH溶液的浓度。烟气首先进入脱硫塔底部，与塔内喷淋液混合，碱液通过双流体喷头雾化，被烟气蒸干的同时吸收烟气中的SO2，吸收液形成颗粒物，随烟气进入布袋除尘器，在滤料的表层形成过滤层的同时，进一步脱除SO2，经处理的烟气达标排放，以下为工艺流程简图：

工艺流程图

四、使用情况分析及总结

陶瓷工业窑炉出口温度范围为180-120℃，而烟气的露点温度经过核算约为90-100℃左右，为半干法的使用带来一定的难度，而陶瓷工业作为高能耗产业，对几万甚至几十万的烟气进行加热升温更是不可能完成的任务。吸收温度波动只有20-50℃左右，这为半干法烟气处理工艺提出了一定的挑战性。

工艺优势：该工艺由于都是处于半干法运行状况，避免了湿法脱硫塔的防腐，延长了设备的使用寿命，降低了防腐所需的高额支出。半干法脱硫除尘不产生脱硫废水，避免了一系列的污水处理系统，节约了占地面积和资金投入。脱硫塔及布袋除尘器产生的废渣可回收利用于生产。

工艺缺点：由于目前很多陶瓷生产企业为了进一步利用余热，排烟温度有所降低，由于该工艺需要一定的高温，这使其在使用范围有一定的局限性。

从整个陶瓷行业来说，该工艺具有一定的先进性，能够很好的达到目前越来越严格的大气污染排放标准，而且由于半干法的特性，使得陶瓷工业脱硫除尘行业节约了水量，减少了污水处理所需的占地面积，对整个行业的清洁生产具有重要意义。当然，整体的工艺还需在实际运行过程中进行进一步的改进。

参考文献：

1.葛介龙 张佩芳 周钓忠李文勇 张永 几种半干法脱硫工艺机理的探讨 环境工程 2005 49-52

2.李钧 阎维平 高宝桐 李春电站锅炉烟气酸露点温度的计算.锅炉技术 2009 14-17

3.孙一坚 简明通风设计手册 北京 中国建筑工业出版社2003