冲天炉烟气的布袋除尘及脱硫处理

冲天炉以废铁废钢为原料，熔化铁水加工铸造铸件的设备。在熔化铁水工序中，冲天炉使用焦炭作为燃料，焦炭的含量为：固定碳82～87%，含S0.41%，灰份8～12%。冲天炉运行过程中产生了烟气，其主要成分是SO2，需经过治理达标后方能排放。
冲天炉废气与锅炉烟气类似，污染物均为烟尘和二氧化硫，处理工艺按锅炉烟气的处理工艺进行选择。由于烟尘浓度较高，先经过冲天炉除尘器系统进行一级除尘后再进行脱硫处理。
冲天炉除尘器工作原理：冲天炉出来的高温含尘气体首先进入扰流式冷却器，是高温含尘气体得到第一次冷却，温度可下降到150～160℃，同时一部分粗颗粒在气体扩张、流速减慢和旋风的作用下沉降下来；然后含尘气体进入多管水冷却器，烟气得到进一步冷却，温度下降到100℃以下，含尘气体再进入袋式除尘器彻底除尘；经净化后的气体经风机抽至排气筒排除。袋式除尘器宜选用气箱脉冲袋式除尘器，它集分室反吹和脉冲喷吹等除尘设备的特点，增强了使用适应性，可广泛应用于冶金、铸造、水泥和制药、化工等行业的环保除尘。其烟尘排放浓度≤50mg/Nm3，除尘效率可达99%以上。
经一级除尘的飞起脱硫工艺采用双碱法烟气脱硫工艺，其脱硫反应速度快，脱硫效率高。双碱法烟气脱硫工艺是石灰石(石灰)/石膏洗涤法的变形，克服了克服石灰石/石灰法容易结垢的缺点，提高了SO2去除率。所以本方案选用“双碱法”工艺。双碱法是湿法中比较重要的工艺，具有脱硫除尘效率高，投资少，占地小，运行费用低等特点，非常适合中国国情。脱硫是利用二氧化硫的特性，即酸性、溶解性、氧化性、还原性。
而二氧化硫溶于水后与碱反应的速度很快不需多加考虑。一般情况下，当冲天炉产生的烟气排入脱硫器，喷入一定量碱液时，碱液的雾化质量越好、脱硫效率越高。本脱硫除尘器独特的设计能使高速运动的气流对碱液作激烈的搅拌，产生涡流内循环，重复雾化，使碱液完全雾化，液滴粒径基本在0.2mm以下，达到最佳雾化质量，液雾与SO2充分搅拌在一起，达到最佳的接触方式与接触面积，从而达到理想的脱硫效果。
用碱性液洗涤含SO2的气体时，首先SO2与水相互反应生成亚硫酸，部分亚硫酸水解生成H-、HSO3-及少量的SO32-离子。同时水中的碱则离解成Na+和OH-离子。生成OH-离子时因下列反应而使H+离子减少：
SO2H2SO3H++HSO3-
OH-+H+H2O
H+减少的结果是使HSO3-和SO32-离子量增加，从而使溶液中未离解的亚硫酸和物理溶解的SO2含量减少，因此继续从气体中吸收SO2。
起初碱过剩时，SO2与碱反应生成正盐亚硫酸钠(Na2SO3)。
2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O
待至碱耗尽而继续从烟气中吸收SO2时，则生成酸式盐亚硫酸氢钠(NaHSO3)。
Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3
亚硫酸氢钠与碱反应又再生出正盐亚硫酸钠。
NaHSO3+NaOH→Na2SO3+H2O
在运行过程中，不可避免地会发生副反应，即少量亚硫酸钠被氧化为硫酸钠(Na2SO4)。
2Na2SO3+O2→2Na2SO4
喷淋后流入沉淀池时加入Ca(OH)2，再生成NaOH和石膏等沉淀物
Na2SO3+Ca(OH)2→CaSO3↓+2NaOH
Na2SO4+Ca(OH)2→CaSO4↓+2NaOH
亚硫酸钠的氧化率与烟气中的氧含量、烟尘杂质种类及循环液浓度、PH值高低等有关。
系统在正常运行时，脱硫操作是在吸收—再生中循环进行，由此可见，循环液是由Na2SO4---Na2SO3---NaHSO3组成的溶液体系，溶液中的Na2SO3与NaHSO3的浓度和比例是影响吸收率的关健因素。其中有脱硫能力的成份是Na2SO3。在不断吸收SO2生成NaHSO3过程中，表现为循环液PH值逐渐下降，循环液面上的二氧化硫分压PSO2逐渐升高，脱硫能力逐渐降低。为了恢复循环液的吸收能力，必须再生Na2SO3。为此，按需要的碱量投入PH调节槽，调节循环液的PH值，即可再生出Na2SO3。
当循环液中的Na2SO3全部变为NaHSO3，继续吸收SO2时，不可能再起化学反应，此时仅因SO2对该溶液的溶解度关系而溶解于溶液中并达到饱和，循环液PH值急剧下降，循环液面上的二氧化硫分压PSO2急剧升高，吸收过程无法进行。因此，循环液的PH值必须控制。Na2SO3、NaHSO3和Na2SO4在水中的溶解度随温度变化而变化，除NaHSO3随温度升高而增加外，其余两种都是在40℃时溶解度最大，然后随着温度的升高而减少。
通常，循环液的温度可升至60～65℃。当循环液浓度较高时，NaHSO3在循环液的温度下处于不饱和状态，而当投入Ca(OH)2再生NaOH时，由于CaSO3溶解度较少，达到饱和并结晶析出，从而使水平中的SO32-浓度下降，达到循环水再吸收SO2的效果。但是因为分压问题，还是需要定时换水，保持循环水喷淋脱硫除尘的效果。
吸收了SO2、SO3和NO2的碱液在塔外混合池中用第二碱石灰或石灰石再生NaOH，生成的CaSO3和部分CaSO4在池内沉淀，上清液返回吸收系统循环使用。
最后，冲天炉的废气经处理后可对外排放，达到《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)标准，烟尘排放浓度≤30mg/m3，林格曼黑度1级，二氧化硫排放浓度≤900mg/m3，氮氧化物排放浓度≤400mg/m3。