旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫硫在湘鋼105 m2燒結(jié)機的應用

閆 現(xiàn) 芳

(湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司，湖南 湘潭 411101)

由GB 28662—2012鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染排放標準和GB 9078—1996可知，前者比后者對鋼鐵燒結(jié)煙氣中的大氣污染物的排放做出了更加嚴格的規(guī)定，燒結(jié)機頭煙氣中二氧化硫排放濃度須小于200 mg/Nm3，粉塵排放濃度須小于50 mg/Nm3[1]。為滿足環(huán)保要求，加大控塵控霾治理力度，華菱湘潭鋼鐵公司投資三千多萬元，對105 m2燒結(jié)機進行脫硫改造。前期經(jīng)過與傳統(tǒng)石灰石—石膏濕法脫硫方案的對比與論證，決定采用SDA旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫硫工藝。噴霧干燥法煙氣脫硫是20世紀70年代中后期發(fā)展起來的,是美國JOY公司和丹麥NiroAtomizer公司聯(lián)合研制出的新工藝[2]。2015年5月份，105 m2燒結(jié)機煙氣脫硫工程成功投運，運行后煙囪效果良好，粉塵、二氧化硫排放均低于國家標準。

1 煙氣脫硫工藝選擇

現(xiàn)階段燒結(jié)機煙氣脫硫工藝的主流是石灰石—石膏濕法煙氣脫硫，湘鋼180 m2燒結(jié)機、360 m2燒結(jié)機均采用濕法脫硫工藝。旋轉(zhuǎn)噴霧脫硫作為國內(nèi)比較受關注的一種半干法脫硫技術，近年來一直在發(fā)展[3]。

1.1 石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝

1.1.1工藝原理及流程

石灰石—石膏法的吸收劑是石灰石粉(CaCO3)，脫硫副產(chǎn)物是石膏(CaSO4·2H2O)。石灰石—石膏法主要化學反應方程式如下：

CaCO3+SO2+2H2O+1/2O2→CaSO4·2H2O+CO2↑

1.1.2工藝技術優(yōu)勢

1)脫硫效率高，脫硫率能達到95%以上，對進口煙氣二氧化硫濃度的適應性強，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

2)副產(chǎn)物石膏可用于石膏板、水泥添加劑及環(huán)保磚的制作等，在當?shù)赜袕V泛的市場，有較高的利用價值。

1.1.3工藝技術劣勢

1)脫硫后的煙氣經(jīng)除霧器后通過塔頂煙囪排放，雖然除霧器可捕捉煙氣中的液滴，減少煙氣帶水，但仍難避免有部分石膏顆粒被帶出，在監(jiān)測部門手工取樣時對顆粒物濃度造成干擾，導致顆粒物外排無法達標。若除霧器出現(xiàn)堵塞時，還會出現(xiàn)“石膏雨”事故，影響周邊環(huán)境。

2)凈化能力單一，不能去除親水性差的顆粒物，燒結(jié)煙氣粉塵密度小，親水性差，若機頭除塵器除塵效果不佳，脫硫進口粉塵濃度較高，出口粉塵濃度難以達標。

3)有大量廢水產(chǎn)生，廢水中COD、氨氮等有害物質(zhì)的含量均超出國家標準數(shù)倍，必須增設有效的廢水處理系統(tǒng)方能外排。

4)存在吸收塔腐蝕、噴嘴堵塞等問題，必須定期維護。

1.2 SDA旋轉(zhuǎn)噴霧半干法煙氣脫硫工藝

1.2.1工藝原理

脫硫過程中主要化學反應為：

SO2被霧滴吸收：SO2+Ca(OH)2→CaSO3+H2O

部分CaSO3進一步氧化成CaSO4;

部分SO2完成如下反應：

SO2+1/2O2+Ca(OH)2→CaSO4+H2O

與其他酸性物質(zhì)(如SO3,HF,HCl)的反應：

2HCl+Ca(OH)2→CaCl2+H2O

2HF+Ca(OH)2→CaF2+H2O

1.2.2工藝流程

生石灰加水配置成石灰(Ca(OH)2)漿液，通過霧化器霧化成霧滴(吸收劑)噴入吸收塔內(nèi)，迅速與煙氣發(fā)生化學、物理反應，在脫除SO2及其他酸性介質(zhì)的同時，脫硫產(chǎn)物經(jīng)煙氣干燥，形成干固體粉狀料，由袋式除塵器捕集，凈化氣體通過增壓風機至現(xiàn)有煙囪排放，除塵器收集的粉塵由輸灰系統(tǒng)送到脫硫灰倉內(nèi)儲存。工藝流程圖見圖1。

1.2.3工藝技術優(yōu)勢

1)因為工藝流程中設置了布袋除塵器，對脫硫進口粉塵濃度的適應性強，煙塵排放濃度低且穩(wěn)定，煙囪目視效果佳。

2)系統(tǒng)簡單，運行維護方便。

3)無廢水產(chǎn)生，無需增設廢水處理系統(tǒng)。

4)脫硫煙氣出口溫度高于酸露點，對設備無腐蝕，設備無需防腐處理。

1.2.4工藝技術劣勢

1)脫硫率略低于濕法脫硫(90%以上)，進口煙氣二氧化硫濃度不宜過高，一般不宜大于2 000 mg/Nm3。

2)副產(chǎn)物為CaSO3和CaSO4的混合物，利用價值不高，需落實副產(chǎn)物利用途徑。

1.3 方案對比選擇

105 m2燒結(jié)機機頭除塵器采用多管除塵器，除塵效率低，出口粉塵濃度在200 mg/Nm3左右，若采用石灰石—石膏濕法脫硫，脫硫出口粉塵濃度難以達標，石灰石—石膏濕法脫硫工藝不適用。

105 m2燒結(jié)機煙氣進口二氧化硫濃度在1 000 mg/Nm3～1 500 mg/Nm3之間，最大值2 000 mg/Nm3，SDA旋轉(zhuǎn)噴霧脫硫工藝適用。

105 m2燒結(jié)機煙氣量720 000 m3/h，二氧化硫濃度按1 200 mg/Nm3計算，副產(chǎn)物年產(chǎn)12 136 t。與周邊的華興水泥廠聯(lián)系，取同類型燒結(jié)機SDA脫硫副產(chǎn)物試驗，可按1%的比例用于礦渣微粉中，對礦渣微粉的性能未產(chǎn)生影響。副產(chǎn)物的利用途徑落實后，決定選擇SDA旋轉(zhuǎn)噴霧脫硫工藝。

2 項目設計

2.1 主要設計參數(shù)

主要設計參數(shù)見表1。

2.2 系統(tǒng)組成及設備選擇

SDA脫硫工藝主要由以下系統(tǒng)組成：煙氣系統(tǒng)、脫硫塔系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、吸收劑制備和供應系統(tǒng)、脫硫灰儲存、輸送和外排系統(tǒng)。

2.2.1煙氣系統(tǒng)

煙氣系統(tǒng)由煙道、增壓風機、脫硫裝置入口煙道擋板、出口煙道擋板、旁路擋板、連通煙道切換擋板及補償器等構成。

從燒結(jié)主抽風機出口混凝土煙道頂面引出原煙氣，經(jīng)煙道從上部進入旋轉(zhuǎn)噴霧吸收塔，經(jīng)煙氣分配器在塔體內(nèi)部形成旋流，與從塔頂霧化器噴出的石灰漿液霧滴充分接觸并發(fā)生反應，吸收SO2后的含干燥固體顆粒的煙氣從脫硫塔灰斗排出，進入袋式除塵器除塵后，由脫硫增壓風機曳引，從原煙氣接出口后部回到燒結(jié)主抽風機出口混凝土煙道內(nèi)，進入現(xiàn)有煙囪排入大氣。

脫硫島與燒結(jié)煙氣相對獨立，自成體系。脫硫系統(tǒng)引起的煙氣壓力損失由新增增壓風機補償。在原煙道、脫硫系統(tǒng)的入口煙道、增壓風機的出口煙道上均設有關斷擋板。在燒結(jié)機開啟初期煙氣溫度較低時，短時間內(nèi)打開原煙道擋板(旁路擋板)，關閉脫硫進口擋板、出口擋板；當脫硫系統(tǒng)正常運行后，打開進口擋板、出口擋板，并立即關閉旁路擋板。

表1 主要設計參數(shù)

增壓風機選擇F型雙吸雙支承離心風機，風機流量72×104m3/h，壓頭4 000 Pa，電機功率1 120 kW。

2.2.2吸收塔系統(tǒng)

煙氣在吸收塔內(nèi)完成脫硫。吸收塔的核心設備及部件是煙氣分布器和旋轉(zhuǎn)霧化器。

煙氣分配器采用屋脊煙氣分布器，煙氣由脫硫塔頂部旋流進入塔內(nèi)，在脫硫塔內(nèi)均勻分布，停留時間約12 s，以保證完成吸收反應所需的時間。塔體直徑13.2 m，塔體高度約40 m，塔內(nèi)煙氣流速小于2 m/s。

旋轉(zhuǎn)霧化器，由丹麥NIRO公司制造，根據(jù)煙氣量和進出口二氧化硫濃度，選擇F350的霧化器，噴漿量為32 t/h。噴入塔內(nèi)的石灰漿液是極細的霧滴，完成反應后的脫硫產(chǎn)物也是極細的顆粒，因煙氣溫度較高，反應完成的同時脫硫產(chǎn)物即迅速干燥，保證整套脫硫裝置在干態(tài)下運行。

脫硫塔內(nèi)產(chǎn)生的飛灰和反應產(chǎn)物固體，約有5%～10%的粗顆粒(石灰粉帶入的泥沙或不溶性石灰)沉入塔底定期外排。

2.2.3除塵系統(tǒng)

除塵采用長袋低壓脈沖除塵器，中進中出，雙排8室。除塵器過濾速度不大于0.9 m/min，設備阻力不大于1 500 Pa，過濾面積13 333 m2，濾袋規(guī)格選擇φ160×8 000，材質(zhì)選用亞克力+PTFE浸漬處理。除塵器清灰采用壓縮空氣脈沖清灰方式，清灰根據(jù)時間或差壓進行自動控制，離線清灰及檢修。

2.2.4工藝水系統(tǒng)

工藝水系統(tǒng)包括工藝水箱，沖洗水泵、冷卻水泵、管路、閥門檢測儀表等，主要用于石灰消化、石灰漿液制備、循環(huán)灰漿液制備、霧化器冷卻等。此外，還用于漿液系統(tǒng)的沖洗。

2.2.5吸收劑制備及供應系統(tǒng)

包括石灰漿液制備系統(tǒng)和循環(huán)灰漿液制備系統(tǒng)。

1)石灰漿液制備系統(tǒng)。

石灰制漿系統(tǒng)由石灰粉倉、計量螺旋給料機、消化罐、振動篩、石灰漿液罐、石灰漿液泵、漿液管道和閥門等組成。脫硫劑為外購生石灰粉(要求粒徑不大于1 mm，CaO純度不小于85%，活性度大于350)，用密封罐車氣力輸送至石灰粉倉內(nèi)存放。

2)循環(huán)灰漿液制備系統(tǒng)。

由于脫硫灰中含有未反應的脫硫劑，為提高吸收劑的循環(huán)利用率，降低石灰耗量，降低Ca/S，提高脫硫效率，設置循環(huán)灰漿液制備及供給系統(tǒng)。循環(huán)灰制漿系統(tǒng)由計量螺旋給料機、循環(huán)灰漿液罐、循環(huán)灰漿液泵、循環(huán)漿液管道和閥門等組成。

3 運行情況

項目于2014年12月開工建設,2015年5月份竣工，投運以來運行穩(wěn)定高效，至今已半年多，同步運行率大于99%。市環(huán)保局多次手工監(jiān)測，SO2排放濃度不大于150 mg/Nm3，粉塵排放濃度不大于30 mg/Nm3，各項指標均優(yōu)于國家標準。

4 結(jié)語

SDA旋轉(zhuǎn)噴霧半干法煙氣脫硫工藝的顯著特點是超低粉塵排放、較高脫硫效率、煙囪視覺良好，無廢水排放。若副產(chǎn)品回收利用途徑進一步拓廣，SDA煙氣脫硫工藝在燒結(jié)煙氣脫硫技術選擇中將具有更大優(yōu)勢。

[1] GB 28662—2012,鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標準[S].

[2] 孫厚良.噴霧干燥在環(huán)保領域中的應用[J].林產(chǎn)化工通訊,2005,39(6):29-33.

[3] 王喜忠，于才淵，周才君.噴霧干燥[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003.