煤矸石烧结砖生产中隧道窑烟气污染治理技术

2019-10-23滕俊雨

山东化工 2019年19期

滕俊雨

(枣庄市生态环境局峄城分局，山东枣庄 277300)

目前，我国每逢进入冬季，受风速、降雨、湿度、温度等气候因素的影响，大气污染物扩散缓慢，导致雾霾天气频发，大气环境质量下降，群众要求治霾的呼声越来越强烈。当前，政府部门对大气污染的治理工作越来越重视，相关执法力度也在不断的加强。煤矸石烧结砖作为高能耗、高排放行业，是我国重点工业污染控制行业之一，其烧结砖过程中的烟气排放也开始受到社会各界的广泛关注[1-3]。《砖瓦工业大气污染物排放标准》(GB29260-2013)发布实施以来，环保部门要求所有砖瓦生产企业严格执行《标准》，并安装与环保部门联网的在线监测监控设备，并加大了超标排放的处罚力度，环保要求越来越严。近年来，煤矸石烧结砖行业减排控制技术取得了较大进步，但距超低排放标准还有很大差距[4]。本文基于对煤矸石烧结砖过程中的烟气排放特征及治理技术的探讨，通过对多家煤矸石砖瓦企业治理污染工作过程的调查研究及技术应用，提出了煤矸石烧结砖过程中烟气污染物(颗粒物、二氧化硫、氮氧化物)的成功治理技术。

1 砖瓦行业执行的污染物排放标准

《砖瓦工业大气污染物排放标准》(GB29260-2013)要求自2016年7月1日起，现有企业执行大气污染物排放限值标准内容如表1所示。

表1 现有企业执行大气污染物排放限值

标准规定基准过量空气系数为1.7，实测的大气污染物排放浓度应换算为基准过量空气系数排放浓度。生产设施应采取合理的通风措施，不得故意稀释排放。

在本标准规范性引用文件《固定污染物排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》(GB/T16157)中规定：过量空气系数α=21/(21-XO2),其中XO2为排放气体中氧的体积百分数。由此公式推导出：过量空气系数α=1.7时，氧的体积百分数为8.65%。砖瓦工业规定的烟气过量空气系数与陶瓷行业(18%)、水泥行业(10%)、燃煤锅炉(9%)相比较低，基于砖瓦工业隧道窑焙烧工艺实际含氧量基本在18%左右的特点，含氧量8.65%的要求较低。实测值要经过换算后得出排放浓度值，换算公式如式1所示：

(式1)

式中：

c—大气污染物基准氧含量排放浓度，mg/m3；

c' —实测的大气污染物排放浓度，mg/m3；

O'2—实测的氧含量，%；

O2—基准氧含量，%。

从公式可以得出，实测的氧含量越高，换算的值越大。从煤矸石砖瓦生产企业排污调查情况来看，很难实现大气污染物达标排放，必须对现有治污设施进行升级改造，同时采用可行的治污技术。

2 煤矸石烧结砖生产工艺及主要污染物排放

煤矸石烧结砖是以煤矸石为结合剂的烧结砖工艺所生产的建筑材料。隧道窑焙烧技术生产煤矸石烧结砖工艺具体流程[5]：将煤矸石装入料斗经皮带机送至原料加工厂房，经锤式粉碎机粉碎、滚筒筛或振动筛筛选加工成合格物料，然后送入一级搅拌加水后送入陈化仓进行陈化。把经过陈化的物料用皮带机送入二级搅拌及真空制砖机制成砖坯，然后用液压自动码坯机将砖坯码到窑车上送入烘干窑内进行烘干，将烘干的砖坯用摆渡车送到隧道窑口后顶入窑内烧结而成为成品砖，烘干坯体后的烟气经烘干窑通过风机送至治污设施处理，再经烟筒排放。

以枣庄地区一家年产6000万块煤矸石砖隧道窑焙烧工艺企业为例，年生产300天，每天生产量20万块标砖，其干燥及焙烧工序烟气产污情况如下：

焙烧窑内的余热烟气全部都送入干燥窑，干燥后的混合湿烟气主要含有烟尘颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等主要污染物，排出烟筒废气的氧含量约18%，治污前浓度约为：烟尘颗粒物100 mg/Nm3左右、二氧化硫1000 mg/Nm3左右，氮氧化物70 mg/Nm3，为确保二氧化硫这一主要指标达标排放，减少治污设施运行费用，目前多数砖瓦企业不敢使用含硫高的煤矸石，均采用含硫量约为0.2%～0.4%左右的低硫煤矸石。此外，氮氧化物主要来自焙烧窑中氮的氧化，由于焙烧温度不高，实际监测表明氮氧化物的浓度不高，在脱硫过程中顺便把氮氧化物进行了吸收处理，氮氧化物能够达标排放。在山东鲁南地区煤矸石砖隧道窑焙未检测出氟化物。

同时，焙烧的余热通过风机进入干燥窑烘干坯体，干燥窑内的温度降到50℃左右，为加速排潮，企业一般都加大风机风量，导致空气过剩，因隧道窑用焙烧的余热通过风机进入干燥窑烘干坯体的工艺特点，在经过干燥窑后的混合湿气体氧含量约在18%左右。

3 煤矸石烧结砖烟气治理技术

目前，煤矸石烧结砖烟气治理技术一般以布袋除尘+湿法脱硫工艺，在实践运行过程中，此工艺很难达到《砖瓦工业大气污染物排放标准》(GB29260-2013)排放标准，已基本淘汰。而采用湿式静电除尘治污工艺后可实现烟气稳定达标排放。

在对传统工艺分析基础上，结合实际应用，本文提出新的烟气三级治污流程如下：

焙烧窑内烟气→焙烧窑车上放置石灰石初步去除少量SO2→干燥窑→风机→湿式双碱脱硫→湿式静电除尘器→达标排放。

3.1 焙烧窑加入石灰石初步去除二氧化硫

3.1.1 工作原理

从焙烧窑的加煤孔适量加入含钙石灰石颗粒与窑内的二氧化硫反应生成硫酸钙，去除烟气中的少量二氧化硫。另一部分含钙石灰石经高温生成氧化钙，氧化钙再与窑内的二氧化硫反应也生成硫酸钙，再去除烟气中的少量二氧化硫。

3.1.2 结构特点

在焙烧窑加煤孔均匀加入细颗粒石灰石(CaCO3)，石灰石在近1000℃高温的作用下，与硫氧化物作用生成CaSO4和CaO，在此反应过程中，部分SO2被去除，每天生成的硫酸钙经清理进入制砖坯环节。

3.2 湿式碱法脱硫

3.2.1 工作原理

以氢氧化钠和氢氧化钙作为脱硫剂，从烘干窑出来的烟气与脱硫塔内的氢氧化钠和氢氧化钙的混合液充分反应生成硫酸钠和硫酸钙，去除烟气中的二氧化硫[6]。实践中由于使用氢氧化钙作为脱硫剂生成的硫酸钙沉淀量较大，清理难度大，现企业已不再使用，多使用氢氧化钠作为脱硫剂。

3.2.2 结构特点

设备为高22 m，直径6.5 m的脱硫塔，脱硫塔内的每组喷淋层由母管及其联接的支管喷嘴组成，喷淋组件及喷嘴的布置设计均匀覆盖吸收塔上流区的横截面，喷淋系统与脱硫除尘液的循环泵相连，脱硫碱液的使用量以视烟气量和进入脱硫塔烟气中SO2的浓度自动调整循环泵运行数量，从而科学加入脱硫碱液的量，从而降低脱硫的运行费用，实践中氢氧化钠碱液的含量约30%～40%左右。

塔内自下向上内置1+3+2+2结构，即：一层旋流板，三层高效涡流雾化喷淋层，两层除雾器，两层除雾冲洗层，脱硫后的烟气通过除雾器以减少携带的水滴，经过两层除雾器处理后的水滴携带量不大于75 mg/m3，另外在除雾器的上方设置喷淋装置，定期冲洗除雾器。烘干窑烟气经风机导入脱硫塔底部，经过烟气旋流板均匀上升，烟气在塔内上升流速一般为2.3 m/s，烟气在塔内停留时间为9 s，通过喷淋层的时间为2.6 s，喷淋层安装117个高效涡流喷头，在经过三层涡流雾化喷淋层的同时，使烟气中的SO2与向下喷雾的碱液氢氧化钠进行反应，生成硫酸钠和水，从而去除烟气中的SO2。脱硫除尘后的液体通过管道自流入沉淀池再循环使用。

表2 湿式碱法脱硫前后二氧化硫浓度值

脱硫主要设备：脱硫水泵、变频器，脱硫水泵经变频后的工作负荷及脱硫塔内喷头的数量和脱硫碱液的浓度决定了脱硫效率。

3.3 湿式静电除尘

3.3.1 工作原理

湿式静电除尘器的工作原理是利用高压电晕放电使粉尘或水雾荷电，沉淀极采用蜂窝式管束结构，每个沉淀极管对应1根阴极电晕线，设备运行时利用高压静电装置对电晕线施加负高压，使电晕线和沉淀管之间形成不均匀的高压静电场。在电场力的作用下，整个沉淀极管内部都形成电晕区，高浓度的负离子(电子)从电晕电极向沉淀极管做定向运动而形成电晕电流。当含有水雾、粉尘的烟气进入沉淀极管时，由于离子的碰撞和扩散，水雾和粉尘荷电，在电力场的作用下迅速抵达沉淀极管的内壁并释放出电荷，在沉淀极管壁形成液膜，粉尘随液膜在重力的作用下流至集尘板，然后再用冲刷液冲洗电极，将收尘板上捕获的粉尘冲刷到灰斗中排放到沉淀池中。需要注意的是，若集尘极上的粉尘不能及时冲刷下来，会产生运行电压下降、电晕封闭和局部腐蚀等问题。冲刷液中含有的大量悬浮颗粒物以及酸性物质，冲洗水经沉淀后再循环使用。

湿式静电除尘器除尘除雾过程分为四个阶段：气体的电离、尘雾的荷电、荷电尘雾的沉集、集尘的清理。

3.3.2 结构特点

湿式电除尘器主要由高压静电发生装置、电除雾器、进出口烟道、除尘器壳体、导流板、整流格栅、阳极收尘板阴极线、绝缘箱、冲洗水系统、电源及控制系统组成。其壳体尺寸为11.3 m×6.1 m×16 m，内置4组阳极管模块，共计448支阳极管所构成。湿式电除尘器外部构件采用普通碳素钢，内表面加涂层以防腐蚀。