某烧结砖厂隧道窑脱硫除尘系统改造

李国锐

（山西省阳泉市环境科学研究所， 山西 阳泉 045000）

某烧结砖厂地处北方地区，属于大气重点控制区。该厂始建于2003 年，设计产能为年生产6 000万块烧结砖，烧成窑炉为2 条130 m 的隧道窑，配套建设有1 座湿法脱硫除尘器（钠钙双碱湿式脱硫工艺），由于脱硫除尘器设计缺陷等问题，致使设施烟气处理效果不佳。随着当前环保形势的日趋严峻各地治污要求也越来越严，故该厂现有的脱硫除尘系统已不能满足现有环境保护要求。本文就该厂窑炉配套脱硫除尘系统改造进行了简要的分析。

1 隧道窑相关技术参数

该厂烧结焙烧工艺采用的2 条130 m 拱形窑的顶隧道窑，窑体安装有燃烧、排烟、余热利用、冷却、车底冷却压力平衡、温度压力测试和窑车等系统。通过出口拉引机将载有砖的窑车送到卸砖段，用人工将砖卸下并运到成品堆场，经检验合格后出厂。

所用焙烧窑主要技术参数：隧道窑尺寸：137 m×3.3 m×2.65 m；窑炉烧成周期：41.91 h；窑炉烧成温度：1 050 ℃；窑炉烧成成品率：97.5%；坯体入窑水分：＜5%；冷却通风温度：室温；排烟温度：150 ℃；窑内容车数：16 辆；窑车规格尺寸：4 350 mm×4 660 mm×840 mm；每车码坯层数：12 层；窑车进车方式：液压顶车；冷却方式：集中风冷(机械供风)；排烟方式：分散排烟（机械排烟）；合格率：＞95%。

2 原脱硫除尘系统存在的问题

目前，据实地勘察该烧结厂隧道窑两条隧道焙烧窑，隧道窑配套建设有一座湿法脱硫除尘器（钠钙双碱湿式脱硫工艺），含尘废气经风机（风量约70 000 m3/h）引至湿法脱硫除尘器，通过喷淋增湿并离心分离原理实现脱硫除尘。脱硫除尘系统存在着设施设备运行不合理的诸多问题：隧道窑产生烟气量和脱硫除尘器设计处理烟气量不匹配，导致窑炉外排烟气处理不完全；脱硫塔设计的烟气与脱硫剂接触时间短，脱硫塔吸收效率较低；窑体烟道设计存有缺陷，脱硫塔、配套风机及管路腐蚀严重，管路出现了破损点；加灰、加碱系统不能根据脱硫效果及时调整加减量；人工加灰、加碱进行搅拌，工作效率低不能保证脱硫除尘系统全时正常运行；脱硫系统出碴系统不合理，出渣不及时。

根据以上出现的问题，该厂需重新对烧结隧道窑尾气的脱硫除尘系统进行重新设计，并对配套风机进行更换。

3 隧道窑脱硫除尘初步改造方案

3.1 改造后控制参数

结合该厂以往生产经验，日消耗煤矸石200 t，生产页岩砖17～20 万块。根据计算，参照《第一次全国污染源普查工业污染源产排污系数手册》（第七分册）中3131 黏土砖瓦及建筑砌块制造业产污系数，该厂年产6 000 万块页岩实心标砖，项目隧道窑标况下烟气产生量为113 432.4 m3/h，出口烟气温度55 ℃，则工况下烟气量为136 272 m3/h。故隧道窑脱硫除尘改造后总风量为14～18 万m3/h。

根据《砖瓦工业大气污染物排放标准》表2 中规定烟尘浓度（体积质量）小于30 mg/m3，SO2浓度（体积质量）小于300 mg/m3，过剩空气系数为1.7。砖厂现有生产工艺方式，烟气含氧量为多为18%～19%，若做好堵漏密闭措施，烟气含氧量应能降低到18%以下，空气过剩系数为7，污染物折算浓度=污染物实测浓度×实际过剩空气系数÷1.7，则要求实测烟尘浓度（体积质量）小于8 mg/m3，实测SO2浓度（质量浓度）小于75 mg/m3。

3.2 除尘工艺设备选择

隧道窑排潮烟气经过焙烧窑和烘干窑后烟尘浓度（质量浓度）小于100 mg/m3，初始烟气烟尘浓度按100 mg/m3计算，实测烟尘浓度小于8 mg/m3计算，除尘器除尘效率应大于92%。旋风除尘器除尘效率80%作用，湿式除尘器除尘效率95%以上，干式布袋和电除尘器除尘效率99%以上，因此可选择湿式除尘方式。

3.3 脱硫工艺计算选择

日消耗煤矸石200 t，矸石含硫率1.5%，日产生SO2量为4.8 t。排潮烟气原始SO2浓度（质量浓度）约为900～1 100 mg/m3，脱硫后实测烟气浓度小于75 mg/m3，按初始SO2浓度计算则脱硫效率应不小于93.2%。

据此选择湿式钠钙双碱法脱硫工艺，液气比按大于2.5 设计，钙硫比按1.05 设计，脱硫循环水量为500 m3/h。

脱硫塔结构选择，考虑采用脱硫和除尘在一个反应器内实现，除尘效率要大于95%，脱硫效率要大于94%，因此脱硫塔采用旋流板塔结构，脱硫塔内径5 m，设置三层旋流板，三层喷淋，两层除雾器。

脱硫效率按94%计算，每天需脱除SO2量为4.5 t，每天需200 目纯度85%商品氧化钙5.2 t，每小时投加氧化钙217 kg。钠碱每天需补充60 kg。氧化钙残渣0.78 t/d，脱硫副产物每天9.07 t/d，每天需外排沉淀物10 t。

4 脱硫除尘工艺流程

湿式双碱法工艺原理是采用氢氧化钠作为启动碱，氧化钙作为再生碱，充分利用强氧化钠脱硫效率高、反应速度快、不宜结垢的有点，同时利用氧化钙作为再生碱价格低的优势。

塔内脱硫反应：

塔外再生反应：

氧化反应：

隧道窑排潮烟气脱硫除尘工艺流程如下：

烟气经引风机送入脱硫塔，在脱硫塔内经过三级旋流板和三层喷淋，烟气中的二氧化硫与脱硫液充分混合接触后脱除烟气中的SO2，经脱硫后的烟气经过两级除雾器，去除脱硫后烟气中的液滴和部分雾滴，达标排放，处理工艺详见图1。

图1 烟气脱硫除尘工艺流程图

脱硫后的循环水从塔底的排水管沟进入化浆池中，在此处通过螺旋给料机投入氧化钙干粉，进行氧化钙化浆及脱硫剂再生。经化浆池的循环水进入循环池中，在循环池前部安装曝气风机和曝气管，使得脱硫后形成的亚硫酸钠与氢氧化钙充分反应，生产氢氧化钠脱硫剂和硫酸钙沉淀。经循环池沉淀后的再生循环脱硫液通过脱硫泵泵入脱硫塔内，循环利用。生成的硫酸钙及氧化钙中杂质等沉淀物通过隔膜泵泵入箱式压滤机脱水，脱出水回流到循环水池中，脱水后污泥外运综合利用。

5 改造后产生的环境和经济效益

该厂通过改造后，每年生产周期以300 d，每日24 h 考虑，脱硫除尘系统投入运行后年减少烟尘排放量347.4 t，减少二氧化硫排放量1 340 t。

脱硫除尘系统电气总装机容量为151 kW，最大运行功率120 kW，日电耗约2 448 kWh，电价按0.8元/kWh 计算，电费每天约1 958 元。商品氧化钙价格按400 元/t，氢氧化钠价格按5 000 元/t，药剂费每天约2 380 元。