我国工业硅冶炼烟气脱硫技术存在问题研究和预防措施

陈 蓉，徐朝省，李婵瑾，王振勇，徐加雄

（1.保山市科学技术情报研究所，云南 保山 678000；2.龙陵县鹏越科技咨询服务有限责任公司，保山 中国 678300；3.大理州科学技术成果促进转化中心，云南 大理 671000）

0 引言

工业硅（也称金属硅）是指以含二氧化硅为主的硅矿石和碳质还原剂（煤、焦和其他还原剂）等为原料，在矿热炉内经高温熔炼而得到的产品，在矿热炉冶炼工业硅的过程中，烟气中通常会含有SiO2粉尘(硅微粉)、SO2、NOx 等有害气体的高温烟气，若直接将此高温烟气排放到空气中，会造成环境污染，破坏生态系统，危害人类健康和建筑物。伴随国家对工业硅烟气处理相关政策的出台，我国工业硅企业相继配套建设烟气脱硫系统，现阶段工业硅矿热炉烟气处理系统虽然能够实现除尘和脱硫效果，但仍存在工艺设备复杂不利于系统稳定运行的问题，以及无法实现对排放烟气中的NOx 排放的控制而造成大气污染。因此，如何找出影响工业硅冶炼烟气治理的关键问题，是当前工业硅企业面临的难题，也是对环境保护的重要措施。

1 烟气脱硫技术的现状

近年来，随着我国工业的不断发展，在我国许多工厂的生产过程中都配套了烟气脱硫工艺，使工厂所在区域的大气污染得到了不同程度的改善。而不同地区不同工厂中的烟气脱硫技术也有所不同，最常用的是湿法烟气脱硫、干法烟气脱硫以及半干法烟气脱硫。

我国工业硅冶炼烟气脱硫技术起步较晚，工业硅工厂大多于2018 年开始投入烟气脱硫建设，致使我国工业硅冶炼烟气治理过程因选择的工业、装备等条件不同，导致脱硫效率各不相同、烟气净化不理想等问题。现阶段下我国工业硅冶炼烟气主要以湿法脱硫技术为主，湿法脱硫包含石灰石/ 石灰—石膏法、双碱法、钠碱法等[1]，其中石灰石—石膏湿法烟气脱硫技术是当前工业硅冶炼应用范围最广的烟气脱硫技术之一。

2 石灰石—石膏湿法烟气脱硫技术

2.1 矿热炉冶炼烟气收集流程

工业硅生产过程中，所采用的硅石、石油焦、洗精煤、木块(木屑) 等在高温下产生烟气，而原料中的硫在高温下与氧气发生反应生成SO2进入烟气中。其烟气流程走向如图1。

图1 硅冶炼烟气收集流程图

2.2 石灰石—石膏湿法工艺流程

将烟气中的微硅粉收集后经脱硫系统处理达标尾气直接外排，脱硫系统的主要工艺如图2。

图2 石灰石—石膏湿法工艺流程图

2.3 石灰石—石膏湿法基本原理

石灰石—石膏湿法是利用石灰石浆液在吸收塔内吸收烟气中的SO2，通过复杂的物理化学过程，生成以石膏为主的副产物，烟气经脱硫处理后外排。在物理吸收过程中，SO2溶解于吸收剂中，只要气相中被吸收的分压大于液相呈平衡时该气体分压时，吸收过程就会进行；化学吸收过程较为复杂，涉及多个反应[2]。

2.3.1 SO2的吸收

含有SO2的烟气进入液相，吸收SO2的反应：

同时存在SO3的反应：

2.3.2 石灰石的消溶

2.3.3 亚硫酸盐的氧化

2.3.4 石膏结晶

此外发生副反应：

3 工业硅冶炼烟气脱硫技术存在问题研究

3.1 粉尘对脱硫的影响

3.1.1 除尘系统收尘效果差

由于脱硫系统是在原有的正压收尘布袋室尾端改造增加，即原收尘室为正压除尘后尾气无组织排放，现将收尘室周围及顶部密闭后，靠后端增压风机将尾气集中收集到脱硫塔脱硫后排放。因气压、风量流速、温度等问题，经常存在除尘布袋因承受不了高温经常大面积通布袋问题，极易造成粉尘进入脱硫系统影响脱硫效果和副产品石膏质量，以及烟气排放含尘量达不到标准要求。

3.1.2 收尘烟气温度控制难度大

除尘室改全封闭负压后，内部温度升高，易造成布袋损坏频繁，同时由于密闭后操作人员无法进入收尘室内进行处理破损布袋，会造成粉尘外溢进入脱硫系统，最终伴随水蒸气外排，造成大量粉尘随着水雾排放落地，造成周边环境严重污染。

3.2 烟气温度对脱硫的影响

在烟气脱硫时，不仅对粉尘收集效果有特别要求，且脱硫工艺对烟气温度也有一定要求。收尘烟气温度高，极易产生大量粉尘进入脱硫系统，同时进入脱硫系统温度偏高，温度高的烟气在脱硫塔内极易造成除雾器损坏，从而影响烟气中的SO2脱除。

3.3 防腐措施对脱硫的影响

目前，部分企业在脱硫系统运行过程中，已发现因设计原因达不到实际使用需求，脱硫系统设备、管道等设施因防侵蚀材料和施工防腐质量达不到要求，造成严重侵蚀，甚至出现泄漏现象，从而影响脱硫系统的正常运行。

3.4 氧化循环池搅拌机故障频繁

在脱硫系统中，氧化循环池是整个系统重要环节，氧化循环池一旦发生事故，整个脱硫系统将无法运行；因不同厂家生产和涉及不同，氧化循环池的搅拌机事故率很高，特别是搅拌机叶片断裂事故，将直接影响整个工业硅冶炼和脱硫系统运行。

3.5 NOx 无法脱除

目前，我国工业硅冶炼采用的烟气脱硫工艺主要脱除烟气中SO2，对烟气中的NOx 尚不能脱除。若矿热炉内冶炼过程中，冶炼温度控制不好，极易造成NOx 产生，甚至会超过排放标准要求，从而造成环境污染。

3.6 整体脱硫装备运行能力差

因我国工业硅冶炼所用矿热炉仍存在容量小、分散等特点，同时大部分企业为民营企业，虽伴随国家环保政策压力，相继投入脱硫系统，但投资大的问题，部分企业不注重设备优选、治理能力问题等，致使部分企业在脱硫运行能力与矿热炉产生的烟气量不匹配等问题。

4 烟气脱硫工艺异常情况预防措施

4.1 优选收尘布袋的质量

在整个收尘布袋室内，布袋质量不仅直接影响了烟气中的粉尘收集效果，而且直接决定了布袋的使用寿命，也是整个工业硅生产工艺烟气治理最关键的环节。若在运行过程出现破损现象，将直接导致粉尘进入脱硫系统，从而引起脱硫后烟气粉尘含量高，故在选择布袋时，应选择耐高温、抗断裂、抗撕破等质量较好的布袋，以提高布袋的使用寿命。

4.2 严格控制烟气温度

矿热炉冶炼高温烟气经烟管→除尘系统→脱硫系统→外排的整个过程，每个环节均对温度有一定的要求，温度过高，将直接损坏管道、设备设施等，从而影响整个生产工艺。故在工业硅冶炼时，要控制好料面温度，避免温度过高与空气中的氮气反应生产NOx，从而导致外排烟气NOx 含量超标；同时为保证脱硫不易损坏且保证收尘效果，正常情况下进入布袋时温度控制在180℃-220℃之间；同时为了不损坏脱硫塔内的除雾器，应控制经收尘后温度进入脱硫塔温度≤90℃。

4.3 加强脱硫系统设备设施维护管理

脱硫系统在我国工业硅冶炼中的应用处于起步阶段，操作人员水平参差不齐，对脱硫设备设施维护管理还有待提高，同时设备设施能否正常运行将直接影响生产和脱硫。故在脱硫运行期间，需对重点设备、管道、阀门、仪器仪表、防腐设施等做好日常维护，并对关键点做好定期排查处理，确保整体工艺运行正常。

4.4 做好防腐材料选择和替换

虽然我国大部分工业硅工厂已投入使用脱硫系统，但运行一段时间会出现因防腐质量差而引起侵蚀现象。故在检修期间，检查防腐材料是否出现侵蚀现象或已出现侵蚀需进行检修时，应结合生产实际和脱硫情况选择适宜的防腐材料；同时对于新建脱硫系统工厂，应重点考虑耐酸碱、防腐性能好的材料，以保障其使用寿命[3]。

5 结语

综上所述，在我国工业硅生产过程中，伴随原材料质量下滑，烟气中产生的SO2越来越多，而当前大多数工业硅工厂都已具备一定的脱硫技术和措施，能够有效地脱除SO2。不过，现有的烟气脱硫技术还有很多不足之处，需要我们结合实际情况进一步做出科学研究和分析，使工业硅烟气脱硫技术更进一步，为生态环境保护提供重要技术支持。