钛精矿烘干高效干湿联合除尘脱硫环保技术

吴佩蓓(东莞市环保产业促进中心，广东 东莞 523000)

0 引言

在当前我国工业生产尾气排放标准下，干湿联合除尘脱硫工艺技术显现出一定优势，其处理成本颇低且除尘脱硫效果较好，也能够有效满足工业化发展的切实需求。

1 研究背景

在钛精矿生产过程中，烘干环节常常会伴有一定尾气生成。由于生产和烘干原理影响，该尾气中一般会包含了二氧化硫、粉尘矿物质以及其他悬浮颗粒物，因此需要对其进行除尘脱硫处理，否则排放到大气中会造成环境污染。考虑到处理效果及经济成本问题，可采用干湿联合除尘脱硫技术。该项技术最早是被运用在燃煤锅炉的烟气脱硫中，后逐渐延伸到各项工业生产环节，其不仅能够提升脱硫效果，还能够极大地降低费用。整个工艺处理过程较为连贯，结合了干法除尘脱硫与湿法除尘脱硫的优势，与当前的工业生产颇为吻合[1]。

2 技术特点分析

首先是具有复合性特征。干湿联合除尘脱硫有机结合了干式、湿式工艺，具有扬长避短的效果，也有利于促进除尘脱硫效果的进一步提高。其除尘效率一般都能够达到95%以上，而脱硫效率也能保证在80%以上。同时，该项工艺的发展已经较为成熟，在许多工业生产中得到运用。因而其相关设备开发也持续进行，为技术应用提供资料保障。不同装置的运用还需结合实际情况，做到灵活性和合理性相结合，确保除尘脱硫效果实现，也能尽可能降低成本[2]。

其次是具有环保性特点。除尘脱硫本就是为了去除排放尾气中的粉尘物和二氧化硫，避免给大气环境造成不利影响。而干湿联合除尘脱硫工艺更是提高了环保性，能够克服一些工艺缺陷，实现工业脱硫的科学化循环，提升脱硫和除尘的成效，使得尾气中含有的粉尘、二氧化硫降低，有利于提升环保效益。

3 钛精矿烘干工艺中的高效干湿联合除尘脱硫环保技术应用

3.1 相关技术领域及技术原理

在钛精矿的烘干工艺中，引入干湿联合除尘脱硫环保技术，构成了一种可以抑制钛精矿烘干过程中产生二氧化硫、粉尘物质的干湿联合系统。其技术所涉及的领域主要是尾气烟气除尘脱硫处理领域。该项技术主要适用于一些钛精矿资源丰富的地区，在钛精矿生产中得到应用。大部分钛精矿资源都具有一定水分，其含水量能够达到10%，而为了达到销售标准，通常在生产过程中将其含水量降低到0.5%以下，这就需要运用到烘干处理工艺。其具体的烘干流程主要是利用烘干机设备，将燃煤的热风吹入，然后基于烘干机本身的结构和回转作业，促使高温烟气和钛精矿物质本身进行直接接触，温度过高的烟气能够去除钛精矿内部水分。钛精矿在经过烘干机回转作业间接烘干后，其接触烟气的温度值可以达到90 ～110 ℃，且这种高温烟气内还会伴有少量二氧化硫物质以及燃煤灰残留粉尘物质。与此同时，烘干机回转时的钛精矿也会产生一定粉尘物质，在内部成为锅气。且高温条件下钛精矿伴随着水分流失，也会将矿物本身存有的一些元素释放出来，包括少量二氧化硫。因此，实际烘干工艺中产生的尾气可以分为两个独立部分，其中一部分烟气会伴有大量的二氧化硫以及粉尘，不符合尾气直接排放的标准。故而需要结合粉煤燃烧原理以及钛精矿的烘干处理要求，制定相应的粉尘和二氧化硫去除方案。一般来说，对于烟气中含有的粉尘物质，当前多是采用旋风除尘装置或是布袋式除尘装置，可以有效过滤粉尘，保证烟气除尘效果达到要求。最为关键的是脱硫处理，针对烟气含有的二氧化硫，许多都是运用湿法脱硫工艺、干法脱硫工艺以及半干法脱硫工艺。不过这几种工艺基本都是对烟气中的二氧化硫和相关颗粒物质进行单独处理，不兼具除尘效果。且实际建设工艺的投资颇大，运行成本也比较高，无法满足经济性要求。为此，本文研究了一种应用于钛精矿生产烘干环节的干湿联合除尘脱硫技术，切实发挥处理粉尘及二氧化硫的作用[3]。

3.2 系统的基本结构

本研究的高效干湿联合除尘脱硫技术，主要是为了解决现有钛精矿烘干除尘及去除二氧化硫物质的技术不足问题。其具有对烟气与锅气分类处理的特点，总体性能为干湿联合对烟气粉尘与二氧化硫实施抑制，工艺系统的处理成本较低，效果也可以达到要求。具体采用的技术方案为：构建干湿联合去除钛精矿烘干烟气和二氧化硫系统，子系统则是包括锅气洗涤系统、烟气洗涤系统以及渣浆池。其中，锅气洗涤系统的主要构成是核心设备锅气洗涤器(主要作用是去除锅气中的大颗粒粉尘物质)，同时配备了锅气风机(负责送风作业)，锅气复挡除沫器装置(主要是利用惯性离心力原理来进行净制气体，促进气液分离)。锅气洗涤剂会先与复挡除沫器进行连接，除沫器再连接锅气风机，而洗涤器的相关进口位置与系统干燥机的内部实现连通，锅气风机端还会与尾气的烟囱结构进行连接。烟气洗涤系统与锅气洗涤系统结构类似，其相对应的装置包括烟气洗涤器装置主要用于过滤处理烟气，烟气复挡除沫器以及尾气风机装置，此外还包含了旋风除尘机，可有效去除粉尘。原理是促进烟气粉尘在内部做选择运动，再利用离心力捕捉气流中的粉尘颗粒。系统中的几项重要装置主要是按照除尘器—烟气洗涤器—烟气复挡除沫器—尾气风机的顺序来进行连通，且尾气风机直接与尾气烟囱进行连接，而旋风除尘器则是和烟气排出管道进行连接。渣浆池主要是与烟气复挡除沫器装置、旋风除尘器装置以及锅气复挡除沫器装置的出口进行有效连通，这些装置排出的固液混合物质都会进入池内。在完善联合除尘脱硫系统组成结构时，还需注意各装置的合理设置，比如锅气洗涤器装置与烟气洗涤器装置都应当倾斜一定角度，确保其进口要略高于出口，这样才能够有效发挥作用。同时，两项洗涤器装置的淋口还需与烟气进口实现正对，且烟气洗涤器和锅气洗涤器都应为管道复喷形式，其具有管道形状壳体，两端还设置有进气口和出气口。其内部的轴向间隔处也设置了许多喷头结构，喷头的出口方向则是与轴向相同，保证喷头出口与烟气进口可以对应，喷头主要是采用双向空心锥形低压高效的雾化喷头形式。通过实际验证发现，锅气洗涤器装置与烟气洗涤器装置在倾斜处理时，应当与水平方向保持15°～30°的夹角最为合适，本次研究的系统结构中确定其倾斜最佳夹角为23°。在锅气复挡除沫器与烟气复挡除沫器布置上，主要是需对内部间隔位置处设置一定数量的同心圆挡板，注意相邻挡板间距离要把控好，依据由外到内的顺序，间距逐渐缩小，挡板的高度要对应逐渐增加。

3.3 系统的实际效果

利用相关技术构建的钛精矿烘干除尘脱硫系统，可以让高温热烟气先通过旋风除尘器装置来实现预除尘。这个过程能够将大部分粉尘物质去除，以免其后续进入到烟气洗涤器后堵塞装置管路，造成运行不佳的情况。在预除尘处理完成后，烟气从除尘器内排出经过连通渠道进入到烟气洗涤器内部，开始经过洗涤处理，洗涤净化过程中装置会产生一定水雾，直接与烟气进行接触并实现高效逆流混合，水雾会将烟气中的部分矿物质粉尘捕捉收集起来，烟气的温度也会在水循环下开始下降。当大量的水蒸气开始小于露点温度后，就会让水雾转换为水，吸收尾气中含有的二氧化硫，从而使得烟气完成脱硫，整体实现了除尘、降温以及去除二氧化硫多种作业效果。此外，钛精矿烘干工艺中，在干燥机内部进行矿物质旋转时，会产生一定的粉尘物质，从而形成锅气，再加上高温时矿物质本身也释放一定二氧化硫。因而可利用设置的锅气洗涤系统进行去尘脱硫，其利用风机直接将锅气抽送到对应洗涤器内部净化洗涤，也会实现除尘、降温以及去除二氧化硫的效果。系统利用分类处理钛精矿烘干尾气二氧化硫、粉尘的方式，不仅可以获得较好效果，也在很大程度上降低了处理成本，提高生产经济性[4]。

3.4 具体实施分析

对本研究的技术构成系统做进一步详细说明，其烟气洗涤器与锅气洗涤器进行倾斜布置，且保证喷淋口与烟气进口相对。该项工艺的技术是，干燥机运行时会产生烟气和本身锅气两种废气，烟气中主要含有大量粉尘物质、二氧化硫物质，锅气中的二氧化硫物质较少。这两种废气从成分构成上存在差异，因此系统采用了分类处理形式。为了防止喷淋管被粉尘物质所堵塞，优先选择设置的方案是将旋风除尘器装置布置在烟气洗涤器进口位置前段管路部分，先去除烟气中的大量粉尘。同时，系统中将干燥机内部出来的锅气和烟气分离处理，对应引入到锅气洗涤系统以及烟气洗涤系统当中，而烟气管道会直接与除尘器装置进口位置连接[5]。这时尾气风机也会发挥作用，其烟气被除尘器处理后进入洗涤器洗涤，从而获得去除了二氧化硫、烟气以及温度降低的尾气，随后尾气还会进入到烟气复挡除沫器内部，促进洗涤中的水和气体进行分离，最后排空即可。而干燥机处理钛精矿时矿本身排放的少量二氧化硫会形成对应锅气，但这部分气体较少且压力颇低，因而也需在对应风机作用下实现洗涤处理。锅气复挡除沫器同样进行气液分离并排空，整体的烟气与锅气都能够完成除尘脱硫。由于洗涤器具有一定倾斜角度，可以保证内部洗涤水的顺利流通，与烟气和锅气之间充分接触，能避免出现堵塞或是积液情况。系统中相应的烟气复挡除沫器、旋风除尘器以及锅气复挡除尘器下端出口位置直接连通了渣浆池，内部物质会排放到渣浆池中。通过池本身的澄清得到溢流水，可以重复作为洗涤器中的洗涤水来使用，有效节约洗涤成本，也能够减少废液产生。此外，需注意的是，烟气处理时先后经过旋风除尘器、烟气洗涤器以及对应的复挡除沫器装置。这个过程会导致烟气本身出现较大压降，最后经过除沫器出口排放的压力通常较低，导致内部气体的流通较为不畅，可能会致使装置出现憋压情况，影响到稳定运行，因而需要使用风机来加压，推动内部烟气的有效流通，也提高整个系统对烟气的处理效率。

在上述的系统装置中，喷头优先选择了双向空心锥形低压高效雾化形式。这种喷头能够促进系统运行时更好地喷出洗涤水物质，也能让烟气、锅气与洗涤水之间的接触面积增大，提高洗涤效果。而洗涤器和水平方向之间保持一定夹角，这种结构的设置能够促进壳体内水流顺利流通，同时对于洗涤水与烟气、锅气之间的接触来说，可有效增加接触时间和接触面积，促进其洗涤水吸收效率的提高，也能够适当延长设备使用的时间。选择使用的烟气和锅气除沫器都为复挡除沫器，这种除沫器的下部筒体为锥形结构，筒体内部还设置了环形状间隔的挡板，主要布置于锥形结构上方位置，下方切向设置除沫器进口，挡板本身的截面也为四分之三圆弧状，圆弧挡板的缺口与复挡除沫器进口相对，除沫器上方位置主要设置出气口，下方锥形圆筒结构下端设计了出液口，在系统实际运行时，不管是锅气复挡除沫器还是烟气复挡除沫器，相应气体在进入内部时都是通过下部壳体来切向流进，气体进入后还会沿着挡板侧壁以及壳体内壁做螺旋运动，在此过程中实现气体与部分液态水分离，受到离心力作用影响，采取同心圆布置形式的挡板和器壁也会受到尾气与液沫旋转的作用，从而实现“清洗”，也能够避免出现复挡除沫器被堵塞的情况，提升除沫效果。与此同时，挡板在将内部气体气液分离时，会使得尾气出现一定压力损失，气体的流速会开始下降。一般情况下，越是与中心位置距离较近处的气体压力损失会越大，流速也会越慢，就会导致出现锥形结构内壁气体掉落时间不一致的情况，促使气体之间在壳体内实现分割。液体和一些液沫也会在内壁上分开掉落，以免泡沫物质再次产生，促进液沫和液体间实现有效分离。本系统还设计了挡板布置间隔从外到内逐渐减小，使大多气体进入到复挡除沫器时，压力被大大减小，提高最终除沫的水平。其上端排气出口会将处理好的尾气排出，而挡板从外到内的高度参数逐渐增加。为了增大通道面积，也能够降低通道堵塞的可能性，使得除沫器整体除沫效果提高。

4 该项技术在钛精矿烘干过程中的应用效益及发展前景

钛精矿烘干的高效干湿联合除尘脱硫技术，主要是根据烟尘以及二氧化硫物质的主要化学成分、具体运动特征来进行系统设计。具体来说还包含了凝聚雾化技术、过滤吸收技术、雾化洗涤技术、除雾分离技术以及冲击湍流技术等，有效实现了粗颗粒粉尘在预除尘环节去除。而二氧化硫以及较细的颗粒粉尘则是经过雾化喷头来进行洗涤并混合处理。其酸性废水还可以用在钛浮选生产过程中，能够降低选矿时调整pH值的耗酸量，既能够节约成本，也能够保证烟气环保排放。某企业在钛精矿烘干工序上进行了该项技术应用的改造，其建成后的系统能够有效保障钛精矿生产线达到环保效果，综合效益较高。其实际除尘效率能达到99.5%以上，而脱硫的效率也能够保证大于80%。若是每年的钛精矿烘干量按照50 万吨来计算，那么其高效干湿联合除尘脱硫系统可以节省约7 万元成本，且维护成本也较低。实际总功率值一年可达到343 kW，相比于传统处理系统能耗偏低，大约降低80%左右。

该技术是在传统除尘技术基础上优化获得，特点是促进干湿结合且能够分级处理粉尘与二氧化硫。实现除雾、除尘以及脱硫处理的高效一体化，有效减少工业粉尘、二氧化硫以及其他悬浮颗粒排放到环境中，防止大气环境被污染、避免员工和周围居民健康受到影响，也能够适当降低矿物损失。与当前打造绿色生产矿山以及环保车间的理念相符合，具有着绿色生产的示范性价值，其未来发展的前景广阔。

5 结语

综上所述，对钛精矿生产时烘干尾气进行除尘脱硫处理，能够保证尾气排放达到环保标准，也能够提升钛精矿的生产效益。为此，可采用高效干湿联合除尘脱硫环保技术。该技术主要是在原有系统基础上进行优化，采用分离方式，利用相应的洗涤器、除尘器、风机以及复挡除沫器来去除粉尘和二氧化硫，与传统工艺相比，极大地提高了除尘及脱硫效率。