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回转窑尾气脱硫技术探讨

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摘要：介绍了回转窑尾气的组成和几种常用的回转窑尾气脱硫技术及脱硫技术工程化的重要系统组成。

Abstract： This paper introduces the composition of the tail gas of rotary kiln and several commonly used tail gas desulfurization technologies of rotary kiln and the important system composition of desulfurization technology engineering.

关键词：回转窑尾气;脱硫技术;石灰石膏法

Key words： tail gas from rotary kiln;desulfurization technology;lime-gypsum method

中图分类号：TF704.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2020）15-0165-02

1 ?概述

2019年我國电解铝总产量为3504万吨，约占世界总产量的50%，但随着电解铝及附属产业的发展，也带来了资源匮乏、生态环境污染等问题。铝用炭素阳极作为电解铝生产不可或缺的原料，近年也得到了快速发展，用回转窑煅烧石油焦是铝用炭素阳极的主要生产方法，约占60%以上。2019年我国石油焦产量达2766.75万吨，石油焦中含硫量约为3%（高硫焦中硫含量>3%，低硫焦中硫含量<3%），按平均1吨石油焦中含有30kg硫计，其中约有10%-30%的硫元素会形成二氧化硫随着煅烧的尾气排除，每年通过回转窑煅烧石油焦产生的二氧化硫量非常大。随着我国对生态环境领域的越来越重视，二氧化硫排放作为我国企业大气污染物排放的重要指标之一，进行严格控制，北京市地标中工业窑炉二氧化硫的排放限值≤20mg/m3，堪称史上最严。根据现行标准，我国铝用炭素厂石油焦煅烧炉中二氧化硫的排放限值为100mg/m3，与其它产业相比，排放政策相对宽松，预计在不久的将来对铝工业污染物排放标准将有一次大的提升。本文结合炭素厂尾气情况，对尾气中脱硫技术进行探讨。

2 ?回转窑尾气组成

回转窑中主要煅烧物料为石油焦，尾气中的污染物主要由SO2、NOx、CO2和粉尘颗粒物组成，正常情况况下回转窑尾气参数如表1。污染物的含量与石油焦的品质有很大的关系，由于低硫石油焦价格较高，而高硫石油焦价格比低硫焦价格每吨低约1000元，若全部使用低硫石油焦，生产成本太高。加之低硫石油焦市场供应较少，不能满足生产需求;为了降本增效，提高煅后焦产量，增加企业效益，很多企业都在满足产品质量的情况下，选用高硫焦进行生产，而为了环保达到标准，很多企业重新配置了脱硫系统，以适应国家环保政策。

3 ?几种常用脱硫工艺

世界上，尾气脱硫工艺约有200多种，广泛应用于工业企业的有10多种。在现有的脱硫技术中，由于化学反应过程中，液相较气相和固相反应强度大，因此湿法脱硫的效果明显比干法、半干法更好，也在工业上得到更广泛的应用。在工程实践中，脱硫工艺的选择应根据目标处理量的大小、污染物的种类及成分情况、原辅材料的供应及运输情况、副产物利用潜力、资金投入及运行、维修成本等综合技术经济比较后确定。下面介绍几种炭素厂回转窑尾气常用脱硫工艺。

3.1 石灰石膏法 ?石灰石膏脱硫法始于20世纪70年代，经过70年代、80年代和90年代三代的工艺技术和设备的探索创新，现已在国内外得到了广泛应用。其采用石灰石或石灰作脱硫剂原料，和二氧化硫在脱硫塔中发生气液反应，通过一系列的物理、化学反应过程，达到脱硫的目的，生成的石膏可以进行二次利用。

3.2 双碱法 ?双碱法脱硫顾名思义在脱硫过程中用了两种碱性物质，即采用碳酸钠、氢氧化钠溶液的特殊属性，先将气态污染物转化成不稳定的亚硫酸盐，亚硫酸盐和氢氧化钙进行化学反应生成稳定的CaSO4，以去除尾气中的二氧化硫。而在此过程中氢氧化钠仅仅在反应中起到催化剂的作用，本质上还是二氧化硫和氢氧化钙进行反应。

3.3 氨法 ?氨法脱硫工艺原理与石灰石膏法相类似，从发明至今已有50年的历史。因吸收剂氨水和液氨的来源和运输条件限制，氨法在工业上的应用少于石灰石膏法。其利用氨气与尾气中的二氧化硫发生化学反应，先生成次稳定的亚硫酸盐，亚硫酸盐在一定条件下发生氧化反应生成硫酸盐，以达到去除二氧化硫的目的，反应所产生的硫酸铵能够进行二次回收利用。

几种常用工艺对比见表2。

4 ?常用脱硫法的工程化系统组成

综上所述，石灰石膏法普遍应用于工业生产中。现以石灰石膏法为例，对其工程化应用中的部分系统进行说明。其工艺流程简图见图1。

4.1 尾气系统 ?一般情况下，每台回转窑会安装一台引风机，通过引风机把尾气从回转窑引出，如有多台回转窑，则要把引风机进行并联连接，以便自由切换每台回转窑尾气增加系统的灵活性，此时尾气温度较高，为了充分利用能源，一般先进行余热利用。

4.2 一级除尘系统 ?除尘器系统有干式机械除尘器、湿式除尘器、袋式除尘器、电除尘器等几种，在工程化过程中根据脱硫项目的实际情况，选择除尘方式。从引风机汇总过来的尾气中粉尘颗粒物含量较大，需配置一级除尘器系统，除去尾气中的大颗粒物，把尾气含尘量降至35mg/m3，以提高整个系统的稳定性及脱硫效率。

4.3 浆液制备系统 ?脱硫吸收剂主要用石灰石或生石灰进行制浆，也可直接外购制备好的浆液。因考虑运输及运行成本等原因，多采用自行制浆的方式，制浆系统主要包括粉仓、给料机、阀、搅拌器、泵及浆液存储间等，粉仓应不小于20m2，一般要能容纳设计值下5天的吸收剂容量，浆液存储间应满足日常用浆液及脱硫系统设备排空积要求。

4.4 SO2吸收系统 ?SO2吸收系统作为整个脱硫系统的核心，多以吸收塔的方式建设，吸收塔浆液池与塔体为一体结构。为保证脱硫效率，吸收塔的直径不宜太小，一般为5m左右，运行液位一般为5到10m，吸收塔多采用喷淋式，常设三层，再加一层湍流层和多级除雾器、在线监测设备及相关辅助设备。

尾气从吸收塔下侧进入与吸收浆液逆流接触，由于吸收塔内充分的气-液接触，在气-液界面上发生了传质过程，石灰浆液从搅拌的吸收塔浆液池中通过循环泵送至喷嘴系统，石灰浆液在重力作用下流经吸收塔吸收SO2，石灰浆液收集在吸收塔浆池内返回喷嘴循环利用。

通过连续向反应池中鼓入氧气，浆液所吸收的SO2几乎100%被氧化，生成二水硫酸钙（CaSO2·2H2O），即石膏。通过控制液相二水硫酸钙（CaSO2·2H2O）的过饱和度，既可以防止其结垢，又可以生成高质量的石膏。

4.5 石膏脱水系统 ?石膏浆液排出泵将吸收塔中经反应后石膏浆液输送到石膏浆液分离设备，对石膏浆液进行浓缩分离后，提高浆液的浓稠度，再用石膏脱水机脱水，制成含水率不大于15%的成品石膏，送至石膏库中贮存，以备用或外销。在此过程中，滤出液经过简单处理后返回吸收塔作为补充水进行二次利用，实现工艺废水的循环利用。

4.6 二级除尘系统 ?为了确保经脱硫后的尾气中粉尘颗粒物满足排放限值要求，烟气出口粉尘浓度要小于10mg/m3，一般是在吸收塔中加设湿式电除尘系统进行再次除尘，常采用气体下进上出形式，气体由脱硫塔顶接除尘器底部，通过湿式电除尘后，达标尾气经出口烟道由脱硫塔塔顶排放。

5 ?结语

尾气脱硫技术作为控制二氧化硫气体排放的有效方法，广泛应用于工业企业中，也为控制环境中二氧化硫排放量，减少酸雨的形成做了重要贡献。目前，随着国家院企合作、在企业建立院士、专家工作站等大批科研政策的实施，大批脱硫领域院士、专家带着最前沿的技术在企业一线生根，企业的脱硫技术创新能力获得了长足的发展，也逐渐摸索出一套套适合企业自身实际的脱硫工艺，实现了企业综合效益的最大化。同時，针对目前我国严竣的生态环境形势，国家行政机关实行了环保一票否决制，有环保污点的企业不仅无法获得国家的政策支持，而且还可能受到严厉的制裁，有效推动了我国生态环境管理，彻底打破了生态环境管理雷声大，雨点小的局面，逐步实现了全民一起关注生态环境，爱护生态环境，践行绿色低碳生活生产方式。

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作者简介：普正春（1986-），女，傈僳族，云南昆明人，工程师，研究方向为环保工程。

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