回转窑尾气脱硫系统技术改造

刘 伟，段良洪，廖谨鹏，郭远贵

（郴州丰越环保科技有限公司，湖南郴州 423000）

郴州丰越环保科技有限公司（以下简称丰越环保）是一家综合回收锌、铟等稀贵有色金属及生产硫酸的企业，一分厂回转窑煅烧车间设有1套钠碱法尾气脱硫系统，用以处理回转窑尾气。回转窑尾气量峰值达80 000 m3/h，ρ(SO2)高达7 g/m3。原脱硫系统采用冷却、洗涤两级除尘+两级喷淋工艺，脱硫副产物为亚硫酸钠和亚硫酸氢钠。由于回转窑尾气流量大、SO2浓度高，吸收剂消耗量大，平均消耗w(NaOH)32%氢氧化钠溶液16 t/d，脱硫运行成本高。同时，脱硫产生的含有亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的废水需要送污水处理系统进行再处理，脱硫副产物得不到有效利用[1]。

2019年该公司对脱硫系统进行整体改造，采用宁波太极环保设备有限公司研发的DS-SO2尾气处理系统进行尾气脱硫。该系统采用廉价石灰石粉为吸收剂，SO2脱除效率达到99%以上，尾气排放污染物远低于GB 25466—2010《铅、锌工业污染物排放标准》中规定的限值要求。脱硫副产物石膏可以出售给水泥厂，大大降低了运行成本。

1 DS-SO2尾气处理系统

1.1 DS-SO2尾气处理工艺流程

此次脱硫系统改造，保留1台洗涤塔与1台喷淋塔，新建1台多相反应器吸收塔与1台除雾塔，除雾塔顶部为脱硫烟囱。同时配套石灰制浆系统与石膏过滤系统，多相反应器吸收塔设计入口ρ(SO2)不高于7 000 mg/m3，出口ρ(SO2)浓度不高于50 mg/m3。

图1 DS-SO2尾气处理工艺流程

回转窑烟气经过原有的洗涤塔和喷淋塔处理后进入DS-多相反应器吸收塔，与吸收剂石灰石粉料浆同时自上而下流入多相反应器，在反应器内不断发生剧烈的气-液-固相反应，尾气中的SO2、氮氧化物、颗粒物等污染物被最大程度地吸收。烟气经过一级循环槽处理后污染物的含量已经较低，再经过管道进入二级循环槽继续反应，最后经过二级循环槽上端的除雾器处理后达标排放。一级循环槽和二级循环槽的脱硫产物经过滤后得到的脱硫石膏出售。

1.2 DS-多相反应器

DS-多相反应器是DS-SO2尾气处理系统的核心设备，由塔顶、塔节和塔底三部分组成。塔顶为气体和料浆的进口部分，塔节是气-液反应的主要区域，塔底为循环槽，是液-固反应的主要区域[2]。DS-多相反应器的结构见图2。

2 尾气处理效果

DS-SO2尾气处理系统建成投运后，各项指标运行良好。尾气排放SO2、氮氧化物和颗粒物的质量浓度远低于GB 25466—2010规定的ρ(SO2)≤400 mg/m3、ρ(NOx) ≤100 mg/m3、颗粒物 (ρ)≤80 mg/m3的要求。

图2 DS-多相反应器结构示意

原钠碱法脱硫系统和DS-SO2尾气处理系统的3组代表性监测数据对比见表1。

表1 外排尾气监测数据对比

从表1可以看出：原有的钠碱法脱硫系统虽然能使回转窑尾气达标排放，但均在GB 25466—2010的排放限值边缘。随着国家对环保要求的不断提高，尾气排放标准将会越来越严格，这无疑给原有的钠碱法脱硫系统带来巨大压力。DS-SO2尾气处理系统则优势明显，排放尾气中SO2浓度、氮氧化物浓度和颗粒物浓度均远低于GB 25466—2010规定的排放限值。尤其是SO2和颗粒物指标更是体现了新系统的优势，SO2脱除率达到99%以上。

3 主要设备及运行指标

尾气处理系统主要设备及规格参数见表2。

表2 尾气处理系统主要设备及规格参数

实际运行中，尾气处理系统多相反应器吸收塔 入 口 烟 气 量60 000 m3/h，ρ(SO2)为7 500 mg/m3、颗粒物 (ρ)为15 mg/m3，脱硫处理后外排烟气ρ(SO2)≤50 mg/m3、ρ(NOx) ≤60 mg/m3、颗 粒 物 (ρ)≤10 mg/m3。副产脱硫石膏w(H2O)≤15%。

4 经济效益分析

与原钠碱法脱硫工艺相比，改造后采用的DSSO2尾气处理系统经济效益显著，具体表现在：

1）吸收剂。原钠碱法脱硫工艺w(NaOH)32%氢氧化钠溶液消耗约16 t/d，按1500元/t计，仅吸收剂就需要2.4万元/d。DS-SO2尾气处理系统采用市场廉价的石灰石粉作为吸收剂，正常运行时石灰石粉的使用量约8 t/d，按160元/t计，吸收剂仅需要1 280元/d。对比原有工艺，1年运行时间按300 d计，可节约吸收剂费用约681.6万元/a。

2）脱硫副产物。原钠碱法脱硫工艺生成的副产物主要为亚硫酸钠和亚硫酸氢钠，此脱硫副产物随废水进入污水站处理后排放，这不仅提高了污水的盐浓度，还会影响到污水中重金属的处理，增加污水站的工作量和药剂成本。改造后的脱硫系统采用石灰石粉作为吸收剂，脱硫最终产物为脱硫石膏。该脱硫石膏质量达到GB/T 9776—2008《建筑石膏》的二级标准，可出售给水泥厂作为混凝剂使用。石膏产生量约30 t/d，按50元/t计，可增加收益约45万元/a，同时污水站能节约成本约0.15 万元/a。

3）设备维护。传统脱硫吸收塔采用碳钢衬鳞片防腐，鳞片使用寿命一般为1～3年，需要定期防腐维护。丰越环保原钠碱法脱硫系统每年需要进行一次大检修和防腐作业，维护费用约3万元。DS-多相反应器塔体采用高分子材料，使用寿命为15～30年，无需防腐[3]，极大地提高了脱硫系统的同步投运率，节省了维护费用3万元/a。

4）其他。与原钠碱法脱硫系统相比，新投运的DS-SO2尾气处理系统用电量减少约600 kWh/d，每年可节约电能1.8×105kWh。电价按0.65元/ kWh计，可节约电费11.7万元/a。

DS-SO2尾气处理系统自动化程度高，大大减少了操作工的劳动量，每班2人即可维护系统正常运行。操作工由每班3人减至每班2人，按每天3班、3 000元/(人·月)计算，可节约人工成本约10.8万元/a。

5 结语

丰越环保一分厂回转窑尾气脱硫系统改造达到预期效果，尾气SO2脱除效率达到99%以上，外排SO2浓度、氮氧化物浓度和颗粒物浓度远低于GB 25466—2010的排放限值。该项目投资约800万元，与原钠碱法脱硫系统相比节约成本752万元/a左右，运行2～4年就能收回投资，长期使用将获得更大的经济效益。