吳 越，王鈜艷，謝 謙，陳 芳

（中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038）

某鋅冶煉廠建有2套鋅冶煉煙氣制酸裝置，多年來該廠鋅冶煉沸騰焙燒爐開爐時產生的黑色煙氣和高含硫煙氣都是直接排空，對周圍的環(huán)境造成了嚴重污染[1]。隨著國家環(huán)保要求的日益嚴格，這部分開爐煙氣必須治理達標后才能排放。為了解決開爐煙氣污染問題，該廠采用靈活高效的煙氣處理系統(tǒng)，并且首次嘗試了可移動式的洗滌設備。

1 開爐煙氣特點

該廠每年按計劃分別對2套鋅冶煉煙氣制酸裝置進行大修，每套裝置平均每年開爐1次。2臺沸騰焙燒爐的開爐程序相同：點火升溫—鼓風升溫—投料—轉入生產。在開爐初期使用柴油、木柴等燃料對爐膛進行加熱升溫，此階段鼓風量較小，持續(xù)時間4～5 h，排出的煙氣量很少。加熱一段時間后開始鼓風升溫，進一步提高爐膛溫度，此階段鼓風量為 3 000～5 000 m3/h，持續(xù)時間 4～5 h，產生的煙氣呈黑色，主要含有大量的油污、煙塵等雜質，SO2含量較低，煙氣溫度150～180 ℃。當爐溫達到720 ℃左右后開始投料，此階段的鼓風量快速加大（由 9 000 m3/h 提升至 12 000 m3/h），但持續(xù)時間僅1～2 h，使得煙氣量快速提高，并且煙氣中除含有油污、煙塵外，還含有φ(SO2) 3%～4%的二氧化硫，煙氣溫度200～250 ℃。待投料穩(wěn)定、煙氣中SO2濃度達到制酸系統(tǒng)要求后，開始轉入制酸系統(tǒng)生產，開爐階段結束。

從整個開爐過程來看，開爐煙氣具有以下特點：①開爐各階段的煙氣量變化較大；②開爐前期煙氣含有油煙，投料后還含有高濃度SO2；③開爐煙氣的溫度較高；④開爐操作頻率低，煙氣處理系統(tǒng)使用率低；⑤2套制酸裝置沸騰焙燒爐開爐煙氣需要分別處理。

2 開爐煙氣處理系統(tǒng)

按傳統(tǒng)工藝思路考慮，高油煙和高SO2的煙氣通常采用先凈化再吸收的工藝流程，需要設置2級以上的噴淋塔洗滌，占地面積較大，老廠改造時用地比較困難。并且每套鋅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)都需要設置對應的開爐煙氣處理系統(tǒng)，而該處理系統(tǒng)的使用率很低，這不僅會增加投資，而且增加維護成本。

針對該廠開爐煙氣特點的煙氣處理工藝流程見圖1。

圖1 開爐煙氣處理系統(tǒng)工藝流程

該開爐煙氣處理系統(tǒng)具有以下特點：

1）針對不同工況煙氣采用不同的處理劑，升溫階段的含油黑色煙氣采用弱堿水洗滌，投料階段的含SO2煙氣采用氫氧化鈉溶液洗滌。

2）選用新型的旋流子洗滌器，使煙氣與洗滌液在旋流子洗滌器內形成湍動的接觸區(qū)，實現(xiàn)氣液兩相快速且充分的傳質傳熱，進而實現(xiàn)較好的洗滌效果[2-3]。

3）為了適應開爐煙氣較大的氣量波動，將旋流子洗滌器的葉片設計為可調節(jié)形式，通過調節(jié)葉片的開度來控制氣速和旋轉角度，確保較好的旋流效果[4]。

4）由于洗滌器的體積小、質量輕，設計將洗滌器安裝在牽引設備平板車上，使其成為移動式洗滌裝置，從而靈活地用于該廠2套制酸裝置的開爐煙氣處理。

5）移動式洗滌器與循環(huán)泵、開爐風機和煙囪通過管道連接，對老廠改造用地選擇更靈活方便。

6）該系統(tǒng)配置的循環(huán)液池占地面積為10～15 m2，循環(huán)液池設置封閉蓋板，對地面空間的使用影響較??；開爐風機和煙囪則利用原有風機和煙囪的占地，因此該系統(tǒng)新增占地面積較小。

3 煙氣處理系統(tǒng)設計

3.1 開爐風機的選型

2套鋅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)原開爐風機只用于開爐煙氣的直接排放，因此風機設計壓頭不足，進行開爐煙氣處理改造時需要更換新風機。開爐風機是系統(tǒng)的關鍵設備，其壓頭不僅需要滿足處理系統(tǒng)本身的阻力要求，還需要克服爐膛至開爐風機間的阻力，風量則需要與爐前鼓風量、系統(tǒng)漏風量等匹配，避免因風機能力不足導致沸騰焙燒爐憋壓停爐，或因風機能力過大導致沸騰焙燒爐升溫困難等問題。因此，新風機在設計選型時要與企業(yè)技術人員充分交流，了解各階段的原料量、燃料量、鼓風量、系統(tǒng)阻力、煙氣量、SO2濃度等生產參數(shù)。考慮到老廠存在設備老化、設計改動等情況，必要時需要實地考察運行情況，實際監(jiān)測相關數(shù)據(jù)，確?；A資料切實可靠。根據(jù)調試經驗，新風機應考慮變頻控制，這更有利于與焙燒系統(tǒng)的煙氣量配合，且運行穩(wěn)妥，調節(jié)方便。

3.2 洗滌設備的調節(jié)

旋流子洗滌器利用氣體旋轉與洗滌液逆向接觸形成湍流層，維持高效的氣液接觸狀態(tài)，保證較高的洗滌效率。試驗發(fā)現(xiàn)：將液氣比控制在0.7～1.2、氣速控制在4～5 m/s時，旋流子的湍流效果較好，洗滌效率較高，系統(tǒng)阻力保持在2.0～2.2 kPa。洗滌器含有12根旋流子，旋流葉片的開度可在0～90°調節(jié)，實際運行中主要通過調節(jié)旋流葉片的開度來適應煙氣流量的變化，改善洗滌效果。一方面，在不同開爐階段之間調節(jié)時，通過開啟和關閉葉片來適應煙氣量較大的階梯性變化，調節(jié)反應器內的氣速，在點火升溫和鼓風升溫階段開啟2～3根旋流子，在投料階段則開啟10～12根旋流子；另一方面，在各個開爐階段內調節(jié)時，通過微調旋流葉片的角度來控制氣液接觸狀態(tài)，運行中控制的葉片開度為15°～20°。各階段的液氣比則通過控制循環(huán)泵給液閥門的開度進行調節(jié)。上述操作雖然實現(xiàn)了預期湍流效果，但過程的自動化水平較低，主要通過手動操作實現(xiàn)，給崗位人員增加了工作難度，因此簡化調節(jié)過程、提高自動化水平是進一步優(yōu)化的方向。

3.3 尾氣的液沫夾帶

較高的設備在廠內移動既不安全也不方便，為了增加設備的靈活性和可移動性，就使得洗滌器的高度受到限制，導致在設備本體上配置除霧裝置比較困難。當旋流子洗滌器內的氣液湍流過大時，洗滌器出口的煙氣中液沫夾帶較多，就需要在出口管道上設置除霧裝置除去液沫，以降低煙氣帶水的情況。該廠使用的洗滌器高度約為4.7 m（含拖車），低于廠內管廊和電纜的鋪設高度，可以靈活地轉運。若企業(yè)廠內限高的高度更高些，也可以考慮將管束式除霧器集成在洗滌器上，從而完善設備功能、簡化煙道系統(tǒng)。

3.4 對舊煙囪的影響

對舊系統(tǒng)進行改造就面臨舊煙囪的處理問題，該廠2套鋅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)分別設有碳鋼材質煙囪和紅磚砌筑煙囪，設計考慮對舊煙囪進行利用。開爐煙氣經洗滌處理后尾氣為60～70 ℃、水含量較高的濕煙氣，并且投料階段的尾氣中還含有少量SO2[ρ(SO2)＜ 400 mg/m3]，屬于弱腐蝕性介質。投料階段的尾氣對碳鋼煙囪有腐蝕影響，但其持續(xù)時間較短，每年1～2 h，腐蝕程度有限，但需要對煙囪壁厚進行監(jiān)測以確保安全。針對紅磚煙囪，原設計資料顯示其由內襯層、隔熱層和紅磚層構成，內襯層由強度等級M10燒結黏土磚及強度等級M5的混合砂漿砌筑而成，可滿足弱腐蝕性煙氣環(huán)境（燃煤含硫質量分數(shù)在0.75%～1.5%）[5]，并且燒結磚的5 h煮沸吸水率小于19%，因此在約60 ℃的濕煙氣環(huán)境中燒結磚的吸水率很小，對磚體的影響較小。因此，在處理開爐煙氣這種低頻率操作條件下，可以考慮利用紅磚煙囪，但仍需定期檢查以保證安全。

4 運行效果及存在問題

開爐煙氣處理系統(tǒng)投用后整體運行情況較好，與焙燒系統(tǒng)配合較好。該洗滌器固定在平板車上，總高度約4.7 m，低于廠內管廊及電纜，通過牽引車實現(xiàn)了在廠內2套焙燒系統(tǒng)間的靈活移動，移動過程安全且便利。升溫階段的黑煙經過系統(tǒng)的洗滌凈化后，表觀上無黑色煙氣，煙氣呈現(xiàn)白色蒸汽狀。投料階段的煙氣經過系統(tǒng)的洗滌后ρ(SO2)平均降至142 mg/m3，系統(tǒng)平均脫硫效率約99.8%。

然而，由于三道大題在難度設置和試卷構成中具有各自特點，同時學生在作答過程中會應用不同的解題策略等，從學生實際作答數(shù)據(jù)結果來看，在學生的得分構成中，三道大題得分比重與三道大題的分值比重有所不同.

開爐煙氣處理系統(tǒng)主要運行參數(shù)見表1。

表1 開爐煙氣處理系統(tǒng)主要運行參數(shù)

開爐煙氣處理系統(tǒng)運行中也存在一些問題：

1）煙氣量快速增加時，洗滌后的尾氣出現(xiàn)較多的液滴夾帶。原因可能是煙氣量快速增加導致旋流子葉片調節(jié)不及時，氣速過快帶出液滴，并且系統(tǒng)未設置除霧裝置，無法對夾帶的液滴進行有效攔截。由于較高的設備在廠內移動既不安全也不方便，從而限制了洗滌器的高度，因此后續(xù)應考慮在尾氣管道上增加除霧裝置。

2）自動化程度較低，操作要求高。洗滌系統(tǒng)運行中需要根據(jù)沸騰焙燒爐鼓風情況及時調節(jié)旋流葉片，同時需要調節(jié)循環(huán)泵給液管道閥門；尤其是進入投料階段后，還需要切換至堿液洗滌。短時間內操作內容過多，而崗位定員僅有1人，無疑增加了操作的難度，后續(xù)應重點完善系統(tǒng)的自動化控制。

5 結語