摘要介紹了噴霧干燥半干法(SDA法)脫硫技術(shù)的基本原理及其在玻璃廠中的利用方案。詳細(xì)分析了SDA法的技術(shù)特點(diǎn)，關(guān)鍵制約因素和潛在問題。
0引言
平板玻璃行業(yè)是我國(guó)重點(diǎn)工業(yè)污染物控制行業(yè)之一，目前，大多數(shù)平板玻璃工業(yè)窯爐采用重油甚至石油焦等燃料，大氣污染物排放問題較為嚴(yán)重。初步估計(jì)，目前行業(yè)年顆粒物排放總量超過1.5萬t ，3 0 2約18萬t。而我國(guó)玻璃行業(yè)經(jīng)過粗狂式發(fā)展，建廠時(shí)基本上都沒有設(shè)置煙氣處理設(shè)施。近年，迫于日益嚴(yán)峻的環(huán)保要求，各玻璃生產(chǎn)線紛紛建設(shè)煙氣除塵、脫硝和脫硫設(shè)施。玻璃行業(yè)煙氣處理系統(tǒng)均來自于燃煤電廠或水泥廠等技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，脫硝和除塵技術(shù)選擇較為穩(wěn)定單一，而脫硫系統(tǒng)則面臨多種選擇。半干法脫硫技術(shù)是一大類成熟且有發(fā)展前景的煙氣脫硫系統(tǒng)。
半干法煙氣脫硫(SDA法)是燃燒后脫硫技術(shù)的一種，是相對(duì)于濕法脫硫和干法脫硫來講較為成熟的脫硫方法。應(yīng)用較為廣泛的主要可分為噴霧干燥法和煙氣循環(huán)流化床法兩大類，以噴霧干燥法最為常見。
SDA法是利用CaO加水制成的Ca ( O H ) 2懸浮液或直接購買成品Ca ( O H ) 2粉與煙氣接觸反應(yīng)，去除煙氣中的呂02等氣態(tài)污染物的方法。SDA法具有技術(shù)成熟、系統(tǒng)可靠、工藝流程簡(jiǎn)單、耗水量少、占地面積小、一次性投資費(fèi)用低、脫硫產(chǎn)物呈干態(tài)、無廢水排放、一般脫硫率可超過8 5 %等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)，SDA法也存在原料成本較高、并且對(duì)其品質(zhì)有較高要求、下游需額外設(shè)置高效除塵器、脫硫廢物較難再利用等問題。
1 噴霧干燥半干法工藝系統(tǒng)
噴霧干燥半干法工藝主要流程為：將吸收劑Ca ( O H ) 2預(yù)先在楽液制備系統(tǒng)制備成楽液送入吸收塔，經(jīng)噴霧為霧粒與煙氣中的SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng);同時(shí)，煙氣將熱量傳遞給吸收劑，使之不斷蒸發(fā)、干燥，在吸收塔內(nèi)脫硫反應(yīng)后形成固態(tài)反應(yīng)物(粉塵態(tài))，一部分在塔下口排出，另一部分隨煙氣進(jìn)入后續(xù)除塵器被捕集，其中一部分顆粒再循環(huán)被送往漿液制備系統(tǒng)，其余部分則作為灰渣除去。煙氣經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)后由煙®排至大氣。典型噴霧干燥法脫硫的主要化學(xué)反應(yīng)式：
SO2 +H2O = H2SO3
C a ( O H ) 2 + H2SO3 = CaSO3 + 2 H2O
2 CaSO3 +O2 = 2 CaSO4
最后形成的固態(tài)產(chǎn)物是亞硫酸鈣、硫酸鈣、飛灰和未經(jīng)反應(yīng)的氧化鈣。
2 噴霧干燥半干法工藝關(guān)鍵設(shè)備
噴霧干燥法工藝系統(tǒng)主要包括以下三大關(guān)鍵設(shè)備：吸收劑漿液制備裝置，SO2吸收系統(tǒng)，副產(chǎn)物收集和再循環(huán)系統(tǒng)。
2 . 1 吸收劑漿液制備裝置
來自石灰貯倉的粉狀石灰由輸送機(jī)送入熟化槽消化，并制成高濃度漿液，然后送往漿液供給槽稀釋至2 0 %左右濃度的石灰乳，經(jīng)過過濾后由漿液泵送到高位漿液倉儲(chǔ)存待用。
2.2 SO2吸收系統(tǒng)
SO2吸收系統(tǒng)是整個(gè)工藝的核心，主要部件為霧化器。吸收劑漿液經(jīng)霧化器霧化， 一經(jīng)與煙氣接觸，就發(fā)生強(qiáng)烈的反應(yīng)，將大部分水分蒸發(fā)掉，形成含水量較少的固體產(chǎn)物。同時(shí)，煙氣溫度迅速降低。
氣流式霧化器靠壓縮空氣或蒸汽提供霧化能量，旋轉(zhuǎn)離心式由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
2 . 3 副產(chǎn)物收集和再循環(huán)系統(tǒng)
在吸收塔和下游除塵器收集的灰中，尚殘存有相當(dāng)數(shù)量的吸收劑，因此可回收一部分灰渣再循環(huán)，進(jìn)一步提高吸收劑的利用率。同時(shí)還可改善傳質(zhì)傳熱條件，有利于霧化干燥，減少吸收塔內(nèi)壁結(jié)垢現(xiàn)象發(fā)生。多余的灰渣進(jìn)入渣場(chǎng)或綜合利用。
3 影響S〇2脫除的主要因素
S〇2的吸收是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程，影響噴霧干燥過程的因素都會(huì)同時(shí)影響SO2的吸收效果。
( 1 ) 霧滴粒徑
霧滴粒徑對(duì)SO2的吸收有關(guān)鍵影響，不能太小也不能過大，因此，存在一個(gè)合理的霧化程度和粒徑，以保證在獲得滿意的脫硫反應(yīng)之前液滴不至于過早干涸。研究表明，石灰漿液粒徑一般控制在5 0 ?100 可獲得理想的反應(yīng)效率。
( 2 ) 接觸時(shí)間
煙氣和脫硫劑接觸時(shí)間對(duì)脫硫效果有很大影響，充分接觸有利于脫硫，但片面追求接觸時(shí)間于投資成本不利。煙氣在塔內(nèi)的停留時(shí)間主要取決于石灰漿液滴的蒸發(fā)干燥時(shí)間，一般為1 0?12s。
( 3 ) 鈣硫比
為保證充分反應(yīng)，鈣硫比一般都大于1，鈣硫比越大，脫硫率越高，但同時(shí)也說明脫硫劑利用率不高。對(duì)于半干法而言，多數(shù)確定的鈣硫比范圍為1.2?2.0。
( 4 ) 吸收劑性能
吸收劑的種類和品質(zhì)對(duì)脫硫過程有較大影響，一般選擇生石灰或氫氧化鈣作為脫硫劑。其中，若從費(fèi)用考慮生石灰較便宜，但反應(yīng)活性則與之相反。此外，石灰產(chǎn)地、研磨細(xì)度和消化特性越好，則鈣硫比越高，脫硫率越高。
( 5 ) 吸收塔進(jìn)、出口煙氣溫度
吸收塔入口煙氣溫度提局，將問時(shí)提局脫硫率，但溫度過高將使水分過早蒸發(fā)，會(huì)降低反應(yīng)速率。一般入口溫度控制在120?160°C。
出口煙氣溫度是衡量吸收塔內(nèi)煙氣工況和脫硫率的重要運(yùn)行參數(shù)之一，一般控制出口煙氣溫度與煙氣絕熱飽和溫度之差(即近絕熱飽和溫度差，AAST) 為10?20 °C ，進(jìn)而出口煙氣溫度一般控制在60?80°C。
( 6 ) 二次反應(yīng)
在吸收塔下游的除塵器中，煙氣中殘留的C a ( 0 H ) 2可繼續(xù)與煙氣中的污染物在袋除濾布或電除陽極板等處的過濾層上發(fā)生反應(yīng)，此過程可提高整體脫硫率10%?20% 。
( 7 ) 副產(chǎn)物再循環(huán)
在脫硫反應(yīng)產(chǎn)物中還有未反應(yīng)的C a (OH) 2，為5 % ?3 0 % ，為提高利用率，可將副產(chǎn)物再次送回漿液系統(tǒng)重新噴入吸收塔。相當(dāng)于提高了鈣硫比，可大大提高脫硫率。經(jīng)驗(yàn)表明，一般可將再循環(huán)倍率控制在3左右，最大控制可在5以下，可將系統(tǒng)整體脫硫效率提高1 0%?1 5 %。
4 半干法煙氣脫硫技術(shù)的潛在問題
( 1 ) 末端飛灰處理
在玻璃廠窯爐煙氣，尤其是余熱鍋爐后煙氣處理項(xiàng)目中，為了同時(shí)保證脫硝效率，需要在脫硝系統(tǒng)前設(shè)置除塵器以減少脫硝系統(tǒng)損耗、堵塞及催化劑“中毒”等現(xiàn)象。但余熱鍋爐爐后設(shè)置半干法脫硫時(shí)，又不得不增加了煙氣中的含塵量，所以需要在末端再設(shè)置一個(gè)高效除塵器。在日益嚴(yán)格的環(huán)保政策和要求下，尤其在當(dāng)?shù)丨h(huán)保執(zhí)行超低排放要求時(shí)，末端煙氣需要嚴(yán)格控制排放口含塵濃度，這將增加一次性初投資和除塵器運(yùn)行消耗成本。
( 2 ) 運(yùn)行成本
雖然半干法脫硫耗水率較濕法很低，但由于需要較高的鈣硫比和較高的品質(zhì)，增加了吸收劑和采購運(yùn)行成本。同時(shí)，由于多設(shè)一個(gè)末端高效除塵器，將增加煙氣阻力1 500~2 0 0 0 Pa，一般需要多設(shè)一臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)，增加了運(yùn)行電耗。
( 3 ) 廢棄物處理
與濕法脫硫可以制成石膏副產(chǎn)品不同，半干法脫硫終產(chǎn)物主要為玻璃窯爐飛灰、石灰粉和反應(yīng)產(chǎn)生的鈣基化合物以及未反應(yīng)的吸收劑等。半干法脫硫灰燒失量大，品質(zhì)低于國(guó)家三級(jí)灰標(biāo)準(zhǔn)，不利于綜合利用;SO3含量大，限制了使用途徑;灰活性低，含有大量硫化物，不利于再利用。
綜合以上特點(diǎn)，半干法脫硫灰再利用途徑有：拋棄法，用作路基、防滲層，硫酸、水泥廠配料，裝飾產(chǎn)品無機(jī)填料等。但半干法脫硫灰綜合利用在現(xiàn)實(shí)中不盡理想，需要進(jìn)一步減少工業(yè)固體廢棄物的二次污染。
( 4 ) 損耗
噴霧干燥半干法核心部件霧化器材質(zhì)要求較高， 一般采用不銹鋼材質(zhì)，變速裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般為純進(jìn)口部件。它運(yùn)行時(shí)往往高速運(yùn)轉(zhuǎn)，一般為7 5 0 0 ~ 2 5 0 0 0 r/min。由于煙氣飛灰有再循環(huán)，而飛灰比石灰漿液磨損更厲害，于是霧化器易磨損、受腐蝕，需要經(jīng)常維修更換。所以，有的系統(tǒng)需要在吸收塔前再多設(shè)一個(gè)預(yù)除塵器來減少飛灰對(duì)下游設(shè)備的磨損。霧化器的品質(zhì)及運(yùn)行管理中調(diào)控優(yōu)化好壞，將直接決定整個(gè)脫硫系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和在線率。
5 結(jié)語
噴霧半干法脫硫工藝最早由丹麥70年代開發(fā)，80年代國(guó)內(nèi)開始試運(yùn)行，經(jīng)過近20年不斷發(fā)展和改進(jìn)，已逐漸成為最為成熟和廣泛運(yùn)用的半干法脫硫技術(shù)。
由于其工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單成熟、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、脫硫效率較高且占地不大，尤其適合現(xiàn)有窯爐設(shè)備改造。實(shí)際項(xiàng)目中需做到合理設(shè)計(jì)、科學(xué)管理、積極開發(fā)運(yùn)用自動(dòng)監(jiān)控和重視廢棄物資源化，進(jìn)一步加強(qiáng)末端收塵技術(shù)的開發(fā)運(yùn)用。