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    燒結(jié)煙氣氧化鎂法脫硫應(yīng)用研究

    2016-12-16 05:49:43鄧增軍
    資源節(jié)約與環(huán)保 2016年1期
    關(guān)鍵詞:襯里氧化鎂吸收塔

    李 勇 鄧增軍 周 末

    (中冶長天國際工程有限責(zé)任公司湖南長沙410007)

    燒結(jié)煙氣氧化鎂法脫硫應(yīng)用研究

    李 勇 鄧增軍 周 末

    (中冶長天國際工程有限責(zé)任公司湖南長沙410007)

    為了解決石灰石-石膏法煙氣脫硫的結(jié)垢問題,鎂法煙氣脫硫技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,本文通過簡述江西某鋼廠鎂法煙氣脫硫工程的設(shè)計、運(yùn)行情況,為燒結(jié)行業(yè)煙氣脫硫技術(shù)提供一種備選方案。

    氧化鎂;煙氣脫硫;燒結(jié);吸收塔

    1 概述

    江西某鋼廠有兩臺燒結(jié)機(jī),其中一臺為130m2燒結(jié)機(jī),另一臺為245m2燒結(jié)機(jī),兩臺燒結(jié)機(jī)共用一套氧化鎂法煙氣脫硫系統(tǒng),氧化鎂回收采用多效蒸發(fā)結(jié)晶回收系統(tǒng)。脫硫系統(tǒng)于2013年底正式投入運(yùn)行。

    2 工藝原理

    氧化鎂法脫硫主要有三個反應(yīng)過程:脫硫液制備、污染物吸收、終產(chǎn)物氧化。

    脫硫液制備:

    MgO+H2O→Mg(OH)2

    污染物吸收:

    SO2+H2O→H2SO3

    H2SO3+Mg(OH)2→MgSO3+H2O

    H2SO3+MgSO3+H2O→Mg(HSO3)2

    Mg(HSO3)2+Mg(OH)2→2MgSO3+2H2O

    終產(chǎn)物氧化:

    2MgSO3+O2→2MgSO4

    Mg(HSO3)2+O2→MgSO4+H2SO4

    3 工藝流程圖

    氧化鎂法脫硫工藝流程路線簡單,燒結(jié)煙氣依次經(jīng)過增壓風(fēng)機(jī)、濃縮降溫塔、吸收塔后排放,氧化鎂制備成氫氧化鎂漿液后依次在吸收塔、濃縮降溫塔中與煙氣中的SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng),最終被氧化成硫酸鎂漿液進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)回收七水硫酸鎂,工藝流程見圖1。

    圖1 氧化鎂法煙氣脫硫工藝流程圖

    4 設(shè)計性能指標(biāo)

    脫硫系統(tǒng)設(shè)計性能指標(biāo)見表1。

    表1 煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計性能指標(biāo)

    5 系統(tǒng)構(gòu)成

    氧化鎂法煙氣脫硫系統(tǒng)主要由脫硫液制備系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)、硫酸鎂蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)構(gòu)成。

    5.1 脫硫液制備系統(tǒng)

    脫硫劑制備系統(tǒng)主要由氫氧化鎂制備、儲存箱及氫氧化鎂輸送泵等其它附屬設(shè)備組成,該系統(tǒng)主要用于制備、儲存氫氧化鎂漿液,按脫硫系統(tǒng)最大漿液消耗量的200%設(shè)計,氫氧化鎂制備箱、氫氧化鎂輸送泵均按一用一備設(shè)置,氫氧化鎂儲存箱可儲存8h脫硫液用量。

    5.2 吸收系統(tǒng)

    吸收系統(tǒng)主要由濃縮降溫塔、濃縮降溫塔循環(huán)泵、吸收塔(含漿液池、噴淋層、除霧器)、吸收塔循環(huán)泵、攪拌器、氧化風(fēng)機(jī)、硫酸鎂漿液排出泵等設(shè)備組成。

    5.2.1 濃縮降溫塔

    濃縮降溫塔在氧化鎂脫硫系統(tǒng)中主要有兩個作用,一方面硫酸鎂漿液可以在濃縮降溫塔中與燒結(jié)熱煙氣接觸反應(yīng),硫酸鎂漿液中的水分被熱煙氣蒸發(fā),硫酸鎂漿液濃度可以大大提高,從而可以節(jié)約后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)的能耗;另一方面燒結(jié)熱煙氣在濃縮降溫塔中由于吸收了硫酸鎂漿液中水分,熱煙氣得到了冷卻,有利于后續(xù)吸收塔中吸收反應(yīng)。濃縮降溫塔設(shè)計直徑為12m,反應(yīng)段設(shè)計煙氣停留時間3s。

    5.2.2 吸收塔

    燒結(jié)煙氣的污染物大部分在吸收塔中被去除,吸收塔采用空塔噴淋技術(shù),并在漿液池配置有4臺側(cè)進(jìn)式攪拌器,能有效防止?jié){液沉積堵塞管道。吸收塔設(shè)置有3臺漿液循環(huán)泵(流量:3400 m3/h,揚(yáng)程:24m/26m/28m),并配套設(shè)置了3層漿液噴淋層,每層噴淋層都選用耐磨損、耐腐蝕的碳化硅噴嘴,且噴嘴的布置保證漿液覆蓋率達(dá)到200%以上,保證系統(tǒng)能安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。為了防止吸收塔出口煙氣攜帶微小的脫硫液滴,吸收塔頂部還布置有兩層高效的屋脊式除霧器,屋脊式除霧器能保證吸收塔出口粉塵達(dá)標(biāo)排放。吸收塔設(shè)計直徑為13.4m,反應(yīng)段設(shè)計煙氣停留時間為4s。

    5.3硫酸鎂蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)

    硫酸鎂蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)主要用于七水硫酸鎂回收,其回收原理為:用蒸汽加熱硫酸鎂漿液并蒸發(fā)部分水分,然后在迅速冷卻到一定的溫度析出七水硫酸鎂晶體,并用離心機(jī)分離出晶體,最后用干燥機(jī)烘干就達(dá)到了回收七水硫酸鎂晶體的目的。硫酸鎂蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)主要包括:1座多效循環(huán)蒸發(fā)器;1臺渦旋分離稠厚器;2臺離心機(jī)(一用一備);1臺振動流化床干燥機(jī);1臺半自動成品包裝機(jī)。

    6 運(yùn)行情況

    煙氣脫硫系統(tǒng)于2013年12月底正式投入運(yùn)行,系統(tǒng)能在設(shè)計工況下穩(wěn)定運(yùn)行,各項(xiàng)性能指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計要求,脫硫效率可達(dá)95%以上,煙囪出口粉塵濃度可滿足排放要求。

    7 存在的問題

    脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行幾個月后發(fā)現(xiàn)整個系統(tǒng)阻力逐漸增加,增壓風(fēng)機(jī)已不能滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行要求,停機(jī)檢修發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在一些濕法脫硫常見的問題。

    7.1 漿液沉積

    停機(jī)檢修發(fā)現(xiàn)濃縮塔漿液池底部漿液沉積現(xiàn)象較嚴(yán)重,吸收塔漿液池底部只有局部區(qū)域有少量沉積物。濃縮塔沉積物主要成份為亞硫酸鎂、硫酸鎂、粉塵、重金屬等,其中亞硫酸鎂含量達(dá)60%以上。

    7.2 蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)故障

    蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)故障率偏高,系統(tǒng)多次出現(xiàn)管道堵塞現(xiàn)象,一旦出現(xiàn)管道堵塞現(xiàn)象,結(jié)晶系統(tǒng)必須停運(yùn)檢修。在實(shí)際運(yùn)行過程中,結(jié)晶系統(tǒng)還出現(xiàn)過無晶體析出或只有少量晶體析出的現(xiàn)象,嚴(yán)重影響氧化鎂的回收效率,氧化鎂的回收效率不足50%。

    7.3 煙囪雨

    該脫硫系統(tǒng)煙囪雨現(xiàn)象控制相對較好,只是在負(fù)荷高及其他自然條件較差的情況下有少量煙囪雨,主要有如下幾個原因:(1)吸收塔出口除霧器采用屋脊式除霧器,除霧效果較好;(2)排煙筒煙氣流速低于14m/s,煙氣中的水分大部分在煙囪內(nèi)凝結(jié)后回流至塔內(nèi);(3)排煙筒設(shè)計有旋流裝置,煙氣在煙囪中旋流,煙氣中夾帶的水分在離心力的作用下從煙氣中分離出來,排煙筒出口煙氣夾帶的水分大大減少。

    7.4 腐蝕

    由于燒結(jié)煙氣中含有SO2、SO3、HCl、HF等酸性氣體,絕大部分的酸性氣體能被脫硫液吸收后生成了稀酸,在煙氣脫硫系統(tǒng)中形成低pH值的強(qiáng)腐蝕環(huán)境,會對煙氣脫硫設(shè)備造成較強(qiáng)酸腐蝕。濃縮塔、吸收塔、箱罐等大型非標(biāo)設(shè)備一般采用玻璃鱗片防腐,鱗片防腐價格便宜,防腐效果好,但對施工要求較高。由于施工質(zhì)量原因,該脫硫塔塔壁發(fā)生過腐蝕穿孔現(xiàn)象。

    7.5 磨損

    氧化鎂法煙氣脫硫利用氫氧化鎂漿液作為脫硫劑,漿液濃度一般為25%~30%,因此對管道及設(shè)備的磨損也較大。該鋼廠管道大部分采用鋼骨架PE管及襯膠鋼管,鋼骨架PE管耐磨耐腐均較好,襯膠鋼管耐腐蝕較好,但耐磨性相對較差,管道彎頭部位出現(xiàn)過磨穿的現(xiàn)象。

    8 改進(jìn)措施

    8.1 防止?jié){液沉積的措施

    濃縮塔中漿液濃度較高,只設(shè)置有氧化空氣管網(wǎng),漿液靠氧化空氣鼓泡攪動,沒有配套設(shè)置氣浮攪動泵或機(jī)械攪拌器。漿液攪拌強(qiáng)度很低,這是導(dǎo)致濃縮塔漿液池底部沉積的最直接原因。針對這個問題,停機(jī)檢修時增加了4臺機(jī)械側(cè)進(jìn)式攪拌器,后續(xù)運(yùn)行基本解決了漿液沉積問題。

    8.2 改善蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)的措施

    蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)故障率偏高,主要原因是多效循環(huán)蒸發(fā)器缺乏精確控制蒸發(fā)量的手段,很難精確控制蒸發(fā)器出口硫酸鎂漿液濃度,當(dāng)蒸發(fā)的水分過多時,不僅造成了能源的浪費(fèi),同時也會導(dǎo)致晶體在蒸發(fā)器內(nèi)析出,析出的晶體粘附在蒸發(fā)器管道壁上造成管道堵塞,影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。針對多效循環(huán)蒸發(fā)器目前存在的缺點(diǎn),適當(dāng)增加一些控制儀表,如密度計、溫度計、流量計、調(diào)節(jié)閥等,增加多效循環(huán)蒸發(fā)器控制手段,強(qiáng)化多效循環(huán)蒸發(fā)器的可控性,有利于蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

    8.3 預(yù)防煙囪雨的措施

    目前控制煙囪雨的方法較多,如降低排煙筒內(nèi)煙氣流速、排煙筒設(shè)置旋流裝置、吸收塔采用除霧效果更好的屋脊式除霧器、屋脊式除霧器前加設(shè)預(yù)除霧裝置等措施,這些方法均可有效減少煙囪雨,但都不能從根本上解決煙囪雨的問題,目前一種新型的預(yù)防煙囪雨技術(shù)已悄然興起,火力發(fā)電行業(yè)已有多套應(yīng)用濕式電除霧器成功杜絕煙囪雨的案例,因此,濕式電除霧器在不久的將來必將成為預(yù)防煙囪雨的重要手段。

    8.4 防腐防磨

    濕法煙氣脫硫凡是與漿液接觸的部位均需做防腐防磨處理,根據(jù)設(shè)備所在位置的不同,應(yīng)采用不同的防腐防磨技術(shù),其主要的防腐防磨部位有如下幾個:

    8.4.1 濃縮塔入口區(qū)域

    濃縮塔入口區(qū)域?yàn)楦蓾窠缑鎱^(qū),工藝條件復(fù)制,入口煙氣粉塵濃度高,該區(qū)域防腐防磨要求最高,是濕法脫硫核心防腐防磨區(qū)域。該區(qū)域的防腐防磨材料一般采用耐腐蝕耐磨損較好的合金鋼,目前采用較多的為1.4529鎳鉬合金鋼、C276哈氏合金鋼。1.4529鎳鉬合金鋼成本遠(yuǎn)低于C276哈氏合金鋼,完全能滿足該區(qū)域的防腐耐磨要求,因此,1.4529鎳鉬合金鋼逐漸取代了C276哈氏合金鋼在脫硫領(lǐng)域的應(yīng)用。

    8.4.2 濃縮塔、吸收塔、漿液箱等大型非標(biāo)件內(nèi)部

    濃縮塔、吸收塔、漿液箱等大型非標(biāo)件內(nèi)部一般只與漿液或濕煙氣接觸,與漿液或濕煙氣接觸的部位漿液或煙氣流速均較少,磨損強(qiáng)度隨之減少,因此可采用耐磨性能相對較差的橡膠襯里、玻璃鱗片襯里、FRP襯里等進(jìn)行防腐防磨,該區(qū)域的腐蝕主要為氯離子等酸性離子腐蝕,而橡膠襯里、玻璃鱗片襯里、FRP襯里耐酸性離子腐蝕性能好。玻璃鱗片襯里由于具備防腐性能優(yōu)良、施工方便、成本低廉、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn),在脫硫脫硝領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

    8.4.3 管道及管件

    管道的防腐防磨應(yīng)用較多的是橡膠襯里管,襯膠鋼管防腐性能好,但受工藝條件限制,橡膠襯里在溫度變化較大時容易與鋼管脫落,因此襯膠鋼管有被其他襯里管道替代的趨勢,較好的替代產(chǎn)品為鋼骨架PE管,鋼骨架PE管為整體成型,不存在襯里脫落的現(xiàn)象,且防腐耐磨性能優(yōu)越,該鋼廠所選用鋼骨架PE管使用至今效果良好,無因腐蝕磨損穿孔現(xiàn)象。

    9結(jié)語

    氧化鎂法煙氣脫硫系統(tǒng)是一種資源回收型的新型脫硫技術(shù),具有脫硫效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、副產(chǎn)物利用價值高等優(yōu)點(diǎn),完全能適應(yīng)燒結(jié)煙氣的運(yùn)行條件,針對目前工程中出現(xiàn)的一些問題加以改進(jìn)后,燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)基本可保證持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,脫硫效率可達(dá)95%以上。實(shí)際運(yùn)行中濃縮塔漿液池未再出現(xiàn)漿液沉積現(xiàn)象,除霧器部位也只有少量污垢,處于合理范圍內(nèi),設(shè)備腐蝕及磨損也得到了有效控制,氧化鎂回收效率也有一定的提高,但回收效率依然不高,如能進(jìn)一步提高氧化鎂的回收效率,氧化鎂法煙氣脫硫技術(shù)將成為頗具市場競爭力的燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)之一。

    [1]中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會.火電廠煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范.石灰石/石灰-石膏法HJ/T179-2005.2005,06,24.

    李勇(1982—),男,湖南,本科,工程師。從事工業(yè)窯爐煙氣凈化工作。

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