芒市硅冶炼企业脱硫技术对比与分析

乔杨青

（德宏州生态环境局芒市分局，云南德宏 678400）

1 项目背景

芒市现有4家硅冶炼企业，本文选取芒市工业园区内A、B 两家硅冶炼企业作为研究重点。这两家企业都分别拥有两台12 500kVA 硅冶炼炉，企业根据自身生产需求因地制宜积极对硅冶炼生产线烟气治理进行升级改造。

A 厂的烟气脱硫装置是选用气动乳化（石灰-石膏）湿法脱硫工艺。该工艺中电冶炉生产线烟气经除尘后由主抽风机引出，经原烟道至增压风机后进入吸收塔，上行的SO2、SO3等酸性气体与向下喷淋的循环吸收剂浆液逆流接触生成亚硫酸钙，脱硫后的烟气在除雾器内除去烟气中推带的浆雾后由吸收塔顶部出口进入烟囱排出。B 厂选用回流式循环流化床半干法脱硫工艺，该工艺中烟气的酸性成分与粉末状的消石灰发生反应。循环流化床的工作原理是保证烟气与消石灰良好的混合，以及脱硫灰较长的滞留时间，水准确地喷入循环流化床中，进一步优化了反应条件。两家企业通过对烟气治理设施的升级改造，有效减少了SO2的排放，大大提高了当地空气质量，提高了企业生存能力。

2 脱硫装置的工艺与运行情况

2.1 石灰石-石膏湿法脱硫工艺

石灰石-石膏湿法脱硫是湿法脱硫中最常见的一种。脱硫原理：石灰石经破碎磨成石灰石粉加水制成浆液，由循环泵将浆液泵入吸收塔内，与烟气充分接触混合（此前烟气已除尘），浆液中碳酸钙、烟气中的二氧化硫、从塔下部鼓入的空气三者进行氧化反应，生成CaSO4，CaSO4达到一定饱和度后结晶形成CaSO4.2H2O。石膏浆液由吸收塔排出，经浓缩、脱水，使其含水量小于10%，再用输送机送至石膏贮料仓堆放。脱硫后的烟气需经除雾器除去雾滴，再经换热器加热升温后，由烟囱排入大气。由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95%。

2.2 烟气循环流化床半干法脱硫技术（CFB）

烟气循环流化床半干法脱硫技术（CFB）是以循环流化床原理为反应基础的烟气脱硫除尘一体化技术。其主要是通过提高钙硫摩尔比、加强气流均布、延长烟气反应时间、改进工艺水加入和提高吸收剂消化等措施，实现废气超低排放。

新水经过双流体雾化喷嘴在反应塔中雾化，并与烟气充分接触，烟气冷却并增湿，氢氧化钙粉颗粒同H2O、SO2、SO3等反应生成干粉产物最终进入布袋除尘器去除，整个反应分为气相、液相和固相三种状态反应。

CFB 半干法脱硫工艺主要由吸收剂供应系统、吸收塔（脱硫塔）、工艺水系统、返灰系统和除尘系统组成。其中除尘系统采用内滤式长袋反吹风布袋除尘器（现有，利旧），每台炉24个灰斗，计1 100条布袋，两台炉共48个灰斗，共用一个箱体。灰斗内硅微粉通过正压输灰管道输送至硅微粉仓集中收集清理。

3 装置开启后的运行优化工作

相对工艺较为成熟、脱硫效率在75%～95%的工艺。工艺主要由烟气系统、吸收系统、石灰石浆液制备系统、石膏脱水系统、工艺水系统、事故系统和废水处理系统组成。

3.1 石灰石-石膏湿法脱硫工艺主要优化工作

3.1.1 采用密布的自动加料系统

除尘后的烟气通过引风机进入脱硫塔反应区，烟气在脱硫塔内上升，从脱硫塔内喷淋管组喷出的悬浮液滴下降，烟气与石灰石浆液滴逆流接触，脱除烟气中的SO2、SO3酸性气体，脱硫后的净烟气经除雾器去除烟气中夹带的液滴后，从顶部离开脱硫塔，由烟囱排出。

3.1.2 设置循环吸收系统

由脱硫塔、除雾器、循环浆液泵、喷淋层、搅拌器及氧化风机等设施、设备组成。原烟气从脱硫塔下部的均气室进入脱硫塔，在脱硫塔吸收区，烟气与循环液充分接触，原烟气中的SO2被脱除，脱硫后净烟气经除雾后离开脱硫塔。吸收了SO2的浆液落入塔的下部，由下浆管引入循环池。脱硫塔循环池内设有搅拌器，防止循环浆液出现沉降。循环浆液在循环池内由脱硫循环塔进行循环脱硫。

3.1.3 设置脱水装置与事故浆液系统

石膏处理系统由石膏排出泵、石膏水力旋流器、真空带式脱水机、真空泵、石膏库等组成。从脱硫塔排出的石膏浆固体物含量为15%～20%，进入石膏二次脱水装置，经脱水处理后的石膏固体物表面含水率不超过10%，真空皮带脱水机中大部分的稀液自流至回收水池作为系统补水循环使用。事故浆液系统一般会按照8h 清空事故池计，采用单级单吸式卧式耐腐耐磨全合金离心泵。

3.1.4 工艺水系统与烟气系统

工艺水系统为脱硫工艺系统提供工艺用水，其主要用于石灰石浆液制备、吸收塔补充水、除雾器冲洗水、所有浆液输送泵和管道的冲洗水。烟气系统由烟道、膨胀节、塔顶烟囱组成。烟气经主抽风机出口进入脱硫塔，在塔内脱硫净化，经过塔顶除雾器除去水雾后，再经塔顶烟囱排入大气。

3.2 烟气循环流化床半干法脱硫技术（CFB）主要优化工作

CFB 半干法脱硫工艺优化工作主要在吸收剂供应系统、吸收塔（脱硫塔）、工艺水系统、返灰系统和除尘系统方面。

3.2.1 吸收剂供应系统

吸收剂供应系统的设备主要有消石灰仓、粉体输送等。项目吸收剂是消石灰（粒径325目、含水率≤1%、Ca（OH）2纯度≥90%），其就近区域采购，密封槽罐车运输进厂到消石灰仓旁，通过管道气力输送进入消石灰仓。项目区不设置原料堆场。消石灰仓容积可保证7d 的用量。脱硫系统采用PLC 集中监控方式，根据SO2入口及出口浓度变化自动控制消石灰仓旋转供料器的变频器，进而控制消石灰的进料量。

3.2.2 吸收塔（脱硫塔）

吸收塔采用钢结构流化床文丘里空塔，包括吸收塔壳体、喷嘴、文丘里、检修门等。吸收塔是整个脱硫反应的核心。含酸性气体的烟气进入吸收塔进行脱酸处理，同时降温（根据烟气出吸收塔的温度自动调节冷却水的补给量）。为建立良好的流化床，预防堵灰，吸收塔内部气流上升处均不设内撑。吸收塔的形式采用多嘴文丘里方式。吸收塔出口扩大段设有温度、压力检测。用温度控制吸收塔的加水量。用吸收塔的进出口压力降控制脱硫灰循环量。当压力降增大时可以降低钙硫比，提高脱硫率。吸收塔的底部设插板阀和星形下料器进行塔底排灰。

3.2.3 工艺水系统

在循环流化床脱硫工艺中，工艺水主要用于吸收塔的烟气冷却。工艺水进入水箱，供吸收塔降温用。脱硫塔内烟气降温的目的是为脱硫反应创造一个良好的化学反应条件，降温水通过两台工艺水泵（一用一备）以一定的压力通过一根双流体回流式喷嘴注入吸收塔内。回流式喷嘴根据吸收塔出口温度，直接调节回流水管上的回流水调节阀的开度，以调节回流水量，从而调节吸收塔的喷水量。该部分的设备主要有：工艺水箱、工艺水泵、回流水调节阀、回流式喷嘴。吸收塔的喷水量通过出口烟气温度自动调节。

3.2.4 返灰系统和除尘系统

石灰仓设置布袋除尘器对其生产粉尘进行净化处理，收集粉尘经返回系统进入石灰仓，废气经15m 排气筒外排。返灰系统包括石灰粉体输送机及配套管道、阀门。在循环流化床脱硫工艺中，返灰系统可提高消石灰利用率，使流化床稳定运行。除尘系统采用内滤式长袋反吹风布袋除尘器（现有，利旧），每台炉24个灰斗，计1 100条布袋，两台炉共48个灰斗，共用一个箱体。灰斗内硅微粉通过正压输灰管道输送至硅微粉仓集中收集清理。

4 不同工艺脱硫装置运行对比分析

自两个脱硫系统投入运行以来，最终烟气排放中二氧化硫和粉尘的主要参数均满足设计要求和环保排放标准。然而，由于设备的技术路线不同，这两种技术在实际操作中仍有很大差异。

4.1 湿法脱硫装置的脱硫成本远低于半干法脱硫装置

装置优化运行后，两种脱硫装置的运行成本低于行业平均水平。按脱硫（水、电、蒸汽、空气等）的年运行成本核算，气动乳化（石灰-石膏）湿法脱硫的年运行费用约为1 400万元，半干法脱硫的年运行费用为2 400万元。两种工艺相比，虽然湿法脱硫装置的初期建设费用高于半干法脱硫装置，但是年运行成本远低于半干法脱硫装置。

4.2 湿法脱硫耗水量大，废水排放可能成为新问题

气动乳化（石灰-石膏）湿法脱硫工艺中脱盐水日用量为62t/h，高含盐废水排放量约为10t/h，一方面耗水量较大，不利于水资源日益短缺背景下企业节水指标的控制。另一方面，在高盐度污水日益严格的环境保护要求下，外部污水的盐度控制将逐渐纳入环境保护控制范围。高盐废水的连续处理将是运行中的一个新问题。然而，循环流化床半干法工艺没有废水排放。

4.3 在施工初期，半干法脱硫不能保证环保达标

根据两种不同脱硫技术的运行比较，虽然气动乳化（石灰-石膏）湿法脱硫工艺存在建设成本高、废水排放量大等缺点，但可以保证同步启动时排放的二氧化硫合格，而半干法脱硫只能在装置达到一定负荷并保证一定烟气量时才能启动，正常运行前2h 可能会造成二氧化硫和烟尘超标。

4.4 气动乳化（石灰-石膏）湿法脱硫工艺较稳定

半干法脱硫工艺稳定运行一般在80 %左右，若需要进一步提高，则需降低烟气趋近温差，增加钙硫比和喷水量，但会对下游设备，如除尘器、引风机等带来不利影响。烟气含硫量波动时，因为有大循环灰量，难以灵敏调整控制，脱硫效率难以保证。气动乳化（石灰-石膏）湿法脱硫工艺一般可在95%以上稳定运行，对环保要求的适应性强。烟气含硫量变化时，易于调整控制，脱硫效率较稳定。

4.5 气动乳化（石灰-石膏）湿法脱硫工艺的吸收剂制备便捷便宜

半干法脱硫工艺需大批量外购符合要求的标准的石灰粉，脱硫效果的保证及装置的运行可靠性完全依赖于石灰的高纯度及高活性。气动乳化（石灰-石膏）湿法脱硫工艺可外购石灰石粉或块料，石灰石块料价格便宜，可大幅度降低投资及耗电量。

5 结论和建议

5.1 结论

综上所述，气动乳化（石灰-石膏）湿法脱硫工艺与半干法脱硫工艺相比，技术更加成熟，运行经验更加丰富，虽然系统占地面积较大，但是脱硫剂供应有保证、脱硫副产品利用好、系统供应商较多、经营费用小、初始投资高、总成本运行费用较低。

5.2 建议

气动乳化（石灰-石膏）湿法脱硫工艺是目前应用最多、最为成熟的技术，吸收剂价廉易得、副产物便于利用，并有较大幅度降低工程造价的可能性。对硅冶炼行业，从技术的成熟性、可靠性以及环保的高要求考虑，应采用气动乳化（石灰-石膏）湿法脱硫工艺。半干法脱硫工艺效率较高，建设投资较省，占地面积较小，在能满足高品位石灰供应并妥善处理脱硫灰的条件下，具有较好的发展前景，主要适用于中小型硅冶炼行业的脱硫改造。