砖瓦行业烟气处理设施使用效果分析

姚茂宏

湖南省芷江县环保局，湖南芷江 419100

芷江位于湖南省西部，怀化市中部，舞水中游，湘黔铁路320国道、上瑞高速公路、包茂高速公路贯穿县境，芷江机场座落在县城东南，全县省道、县乡公路四通八达，交通便捷。全县共辖9个镇9个乡，全县总人口38万余人。全县总面积2094.63km2，以山地为主，占总面积的61.7%，非金属矿产储量大，有着丰富的页岩资源。城乡居民的人均居住面积由2010年19.7m2提高到25m2。建筑市场不断扩展，砖瓦需求量不断增加，砖瓦行业企业得到大力发展。

1 砖瓦行业企业简介

为保护耕地和生态环境，芷江县在上世纪末就已全面禁止生产粘土砖瓦，境内砖瓦行业均以页岩为主要原料生产页岩砖。芷江县对工业开展供给侧结构性改革，经过产能和环保违法违规建设项目清理整治，2017年全县境内生产页岩砖的砖瓦行业企业共有9家，均以页岩矿山为依托建在三面环页岩矿山的山地，设计每年总产能达到36000万块折标砖，各砖厂年设计年产范围

在3000～6000万块（折标砖），主要以页岩、煤矸石或煤为原料。每年消耗页岩约70万t，煤或煤矸石约31万t。生产工艺分隧道窑和旋转窑2类，其中隧道窑有6家，旋转窑有3家。工艺流程均为页岩、煤或煤矸石→筛分→破碎→搅拌→陈化→制坯→干燥、焙烧→成品。产污节点主要在隧道窑（旋转窑）的焙烧环节。

2 砖瓦行业企业采用废气处理设施的基本情况

2.1 废气处理设施的方法及原理

芷江县9家砖厂均采用双碱湿法除尘脱硫系统，对窑炉废气进行脱硫除尘。双碱湿法除尘脱硫系统由碱液（NaOH）pH值调节池、供液泵、HQSTL-Ⅱ型脱硫除尘塔组成，其中脱硫除尘塔内由4级碱液（NaOH）喷淋层、2层除雾层组成。其工作原理：碱液（NaOH）pH值调节池内的碱性吸收液经供液泵、供水管道在阀门的控制下以适当压力和流量进入脱硫除尘塔内各级喷淋层。窑炉废气进入HQSTL脱硫塔后在脱硫除尘塔内设置的迷宫装置导向板控制下以特定的流速、角度、方向前进与布水装置（喷头）逆流喷出的碱性吸收液反复旋切、碰撞使液体适度雾化，液体表面积扩大，使有害粒子被雾状碱性液滴吸附，经4级净化后烟气中的二氧化硫、氮氧化物、颗料物等物质被有效脱除，净化后的湿烟气经脱硫除尘塔后部的除雾层液气分离后通过脱硫除尘塔排气口排出。

2.2 脱硫塔对煤质含硫量的要求

各砖厂脱硫除尘设计方案中设计条件明确规定：所用煤质含硫量＜2%。采用氢氧化钠加入法产生碱性吸收液，碱性吸收液体pH值为12～13时，脱硫效率可达到90%以上。

3 影响脱硫塔运行效果的因素分析

3.1 不同类型原料燃料对脱硫效果的影响

芷江县砖瓦行业企业的原料燃料主要是原煤和煤矸石，芷江县环境监测站对砖瓦行业企业使用不同种类原料燃料的窑炉废气经脱硫塔处理后排出的废气进行测试(折算浓度)。结果如表1、表2所示。

表1 原煤原料的窑炉废气测试结果（mg/m3）

表2 本地钒矿原料的石煤或煤矸石的窑炉废气测试结果（mg/m3）

由表2得出如使用煤矸石和本地小型钒矿石煤，砖厂窑炉废气经HQSTL脱硫塔处理后排放的二氧化硫将超标10倍以上，脱硫塔无法处理高浓度二氧化硫，对烟尘处理起到一定作用，但效果不好，可能是原料煤中氮氧化物含量较低造成的。

3.1.1 原料燃料的种类来源

砖瓦行业企业的原料燃料种类有煤、煤渣、煤矸石。各原料燃料与页岩一同破碎、搅拌、制坯后码入窑炉中焙烧，在焙烧过程中产生窑炉废气。煤渣来源于贵州大龙火电厂，只1～2家砖厂使用过且用量少因此不作分析，原煤主要来源地为怀化市辰溪县和贵州省，煤矸石主要来源于怀化市花桥煤矿和芷江县小型钒矿的矸石，其含硫量远大于2%。原料燃料来源一览表如表3所示。

表3 原料燃料来源一览表

3.2 碱液喷头的影响

芷江县砖厂不能做到全年不停地生产，当砖厂短期停产又复产时，运行处理设施达不到处理效果，原因是现喷头无法喷出碱液雾，喷头被碱液结晶堵塞所至（芷江县监测站在监测时发现过有类似情况发生）。HQSTL型脱硫除尘塔内有四层逆流碱液喷屋，共有48个喷头，喷头的直径约8mm，喷头喷出的碱雾pH值大于11。在实验室用直径类似的移液管，和pH值相同的氢氧化钠溶液实验，当移液管移取氢氧化钠溶液后放置4h后移液管的顶端就出现结晶堵塞移液管的出口，用常温的水注入玻璃管内氢氧化钠结晶，结晶无法溶解自动流出。若立即清洗消除氢氧化钠残留，就不会发生结晶现象。芷江县砖瓦行业企业年设计生产时间300d，因市场需求、设备的检修、旋转窑移窑、电力供应等发生停产、停电，实际年生产时间8～10个月。停产期间脱硫塔就会暂时停运，喷头就会堵塞，喷头的清洗更换十分麻烦，如不清洗喷头就无法喷出碱雾，无法再运行，无法处理排放的烟气。

3.3 窑炉烟囱出口冒白烟的分析

冬季砖厂在脱硫除尘塔正常运转的情况下，烟囱会出现白色烟柱。煤经过燃烧后所产生的烟含有一定量的二氧化硫、氮氧化物、烟尘等污染物，经采用“湿式脱硫除尘”时，高温酌热的烟气通过水喷淋过滤掉其中颗粒物（烟尘），会产生大量的水蒸气。当外界温度较低时，烟气中的水蒸汽一经排出，立即会凝结成极细小水滴，即“冒白烟”现象。芷江县各砖厂均依山而建处于三面环山的特殊地形位置，冬季气温低烟囱内外温差大、湿度大、气压低大气扩散能力降低，至使“冒白烟”现象显著，其是对着太阳看时，由于光的折射作用，看起来白烟较浓，造成污染加重的错觉。

3.4 沉渣的处置分析

芷江县砖厂废气处理设施处理用水全部进行循环使用，不定期进行补水。沉渣不定期清理后全部用于制砖，回收利用，不外排。

4 结论及建议

4.1 结语

芷江县砖瓦行业企业使用双碱湿法除尘脱硫系统暨HQSTL-Ⅱ型脱硫除尘塔处理窑炉废气，在使用煤矸石作为原料燃料，或短期停产又复产的情况下，处理效果不佳，无法做到达标排放。

4.2 建议

4.2.1 采用HQSTL-Ⅱ型脱硫除尘塔处理窑炉废气

当煤矸石作为原料燃料时，二氧化硫浓度大幅度提高，脱硫塔无法达到原有处置效果，企业无法做到达标排放。因此，企业要禁止使用煤矸石作为原料燃料。如要使用煤矸石需对现有处理设施进行设计升级改造，提升处理设施对含硫量的适用范围。

4.2.2 增加碱液喷头的冲洗装置

由于市场因素和芷江县电力供应情况，砖瓦行业企业常有间歇性停产和突发性停产情况发生，会造成脱硫塔突然停运，碱雾喷头堵塞，恢复生产时脱硫塔无法正常运行。建议增加碱雾喷头在停产状态下的冲洗装置，确保碱雾喷头在停运时冲洗干净，不堵塞，保证正常再运行。碱雾喷头冲洗装置建议由清水池、储电池（瓶）、阀门组成；工作原理：当脱硫塔停运时碱液池的出口阀门关闭，清水池的出口阀门打开，启动储电池（瓶）作为动力，使清水经原碱液供水管道流至碱液喷头喷出清水雾对碱液喷头进行冲洗，冲洗时间约5～10min。

4.2.3 加高烟囱或增加除雾层

对现有烟囱适当加高减少烟囱内外温差提高大气扩散能力或在脱硫除尘塔后部增加除雾层提高除雾效果。

4.2.4 企业提高环保管理

企业要提高环保认识，加强厂区内部管理，提高环保管理水平。对负责操作运行处理设施的工作人员进行定期培训，提高工作人员工作能力，完善并严格执行各项环保规章制度，增强环保主体责任意识。完善环保设施运行管理台帐，确保污染治理设施正常运转，做到稳定达标排放。

4.2.5 环保部门加强环境监管

当地环保部门要采取定期检查、不定期突击检查及明查暗访等多种形式加强环境监管力度。在窑炉废气处理设施未升级改造前，严禁各砖厂使用含硫量高的煤矸石作为原料燃料，同时有步骤的推进企业安装废气污染源自动监控系统，与当地环保部门联网实现24h在线监控，监督企业正常使用废气治理设施做到长期稳定达标排放。