旋转喷雾半干法脱硫在湘钢105 m2烧结机的应用

2018-03-15闫现芳

山西建筑 2018年5期

闫现芳

(湖南华菱湘潭钢铁有限公司，湖南湘潭 411101)

由GB 28662—2012钢铁烧结、球团工业大气污染排放标准和GB 9078—1996可知，前者比后者对钢铁烧结烟气中的大气污染物的排放做出了更加严格的规定，烧结机头烟气中二氧化硫排放浓度须小于200 mg/Nm3，粉尘排放浓度须小于50 mg/Nm3[1]。为满足环保要求，加大控尘控霾治理力度，华菱湘潭钢铁公司投资三千多万元，对105 m2烧结机进行脱硫改造。前期经过与传统石灰石—石膏湿法脱硫方案的对比与论证，决定采用SDA旋转喷雾半干法脱硫工艺。喷雾干燥法烟气脱硫是20世纪70年代中后期发展起来的,是美国JOY公司和丹麦NiroAtomizer公司联合研制出的新工艺[2]。2015年5月份，105 m2烧结机烟气脱硫工程成功投运，运行后烟囱效果良好，粉尘、二氧化硫排放均低于国家标准。

1 烟气脱硫工艺选择

现阶段烧结机烟气脱硫工艺的主流是石灰石—石膏湿法烟气脱硫，湘钢180 m2烧结机、360 m2烧结机均采用湿法脱硫工艺。旋转喷雾脱硫作为国内比较受关注的一种半干法脱硫技术，近年来一直在发展[3]。

1.1 石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺

1.1.1工艺原理及流程

石灰石—石膏法的吸收剂是石灰石粉(CaCO3)，脱硫副产物是石膏(CaSO4·2H2O)。石灰石—石膏法主要化学反应方程式如下：

CaCO3+SO2+2H2O+1/2O2→CaSO4·2H2O+CO2↑

1.1.2工艺技术优势

1)脱硫效率高，脱硫率能达到95%以上，对进口烟气二氧化硫浓度的适应性强，系统稳定可靠。

2)副产物石膏可用于石膏板、水泥添加剂及环保砖的制作等，在当地有广泛的市场，有较高的利用价值。

1.1.3工艺技术劣势

1)脱硫后的烟气经除雾器后通过塔顶烟囱排放，虽然除雾器可捕捉烟气中的液滴，减少烟气带水，但仍难避免有部分石膏颗粒被带出，在监测部门手工取样时对颗粒物浓度造成干扰，导致颗粒物外排无法达标。若除雾器出现堵塞时，还会出现“石膏雨”事故，影响周边环境。

2)净化能力单一，不能去除亲水性差的颗粒物，烧结烟气粉尘密度小，亲水性差，若机头除尘器除尘效果不佳，脱硫进口粉尘浓度较高，出口粉尘浓度难以达标。

3)有大量废水产生，废水中COD、氨氮等有害物质的含量均超出国家标准数倍，必须增设有效的废水处理系统方能外排。

4)存在吸收塔腐蚀、喷嘴堵塞等问题，必须定期维护。

1.2 SDA旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺

1.2.1工艺原理

脱硫过程中主要化学反应为：

SO2被雾滴吸收：SO2+Ca(OH)2→CaSO3+H2O

部分CaSO3进一步氧化成CaSO4;

部分SO2完成如下反应：

SO2+1/2O2+Ca(OH)2→CaSO4+H2O

与其他酸性物质(如SO3,HF,HCl)的反应：

2HCl+Ca(OH)2→CaCl2+H2O

2HF+Ca(OH)2→CaF2+H2O

1.2.2工艺流程

生石灰加水配置成石灰(Ca(OH)2)浆液，通过雾化器雾化成雾滴(吸收剂)喷入吸收塔内，迅速与烟气发生化学、物理反应，在脱除SO2及其他酸性介质的同时，脱硫产物经烟气干燥，形成干固体粉状料，由袋式除尘器捕集，净化气体通过增压风机至现有烟囱排放，除尘器收集的粉尘由输灰系统送到脱硫灰仓内储存。工艺流程图见图1。

1.2.3工艺技术优势

1)因为工艺流程中设置了布袋除尘器，对脱硫进口粉尘浓度的适应性强，烟尘排放浓度低且稳定，烟囱目视效果佳。

2)系统简单，运行维护方便。

3)无废水产生，无需增设废水处理系统。

4)脱硫烟气出口温度高于酸露点，对设备无腐蚀，设备无需防腐处理。

1.2.4工艺技术劣势

1)脱硫率略低于湿法脱硫(90%以上)，进口烟气二氧化硫浓度不宜过高，一般不宜大于2 000 mg/Nm3。

2)副产物为CaSO3和CaSO4的混合物，利用价值不高，需落实副产物利用途径。

1.3 方案对比选择

105 m2烧结机机头除尘器采用多管除尘器，除尘效率低，出口粉尘浓度在200 mg/Nm3左右，若采用石灰石—石膏湿法脱硫，脱硫出口粉尘浓度难以达标，石灰石—石膏湿法脱硫工艺不适用。

105 m2烧结机烟气进口二氧化硫浓度在1 000 mg/Nm3～1 500 mg/Nm3之间，最大值2 000 mg/Nm3，SDA旋转喷雾脱硫工艺适用。

105 m2烧结机烟气量720 000 m3/h，二氧化硫浓度按1 200 mg/Nm3计算，副产物年产12 136 t。与周边的华兴水泥厂联系，取同类型烧结机SDA脱硫副产物试验，可按1%的比例用于矿渣微粉中，对矿渣微粉的性能未产生影响。副产物的利用途径落实后，决定选择SDA旋转喷雾脱硫工艺。

2 项目设计

2.1 主要设计参数

主要设计参数见表1。

2.2 系统组成及设备选择

SDA脱硫工艺主要由以下系统组成：烟气系统、脱硫塔系统、除尘系统、工艺水系统、吸收剂制备和供应系统、脱硫灰储存、输送和外排系统。

2.2.1烟气系统

烟气系统由烟道、增压风机、脱硫装置入口烟道挡板、出口烟道挡板、旁路挡板、连通烟道切换挡板及补偿器等构成。

从烧结主抽风机出口混凝土烟道顶面引出原烟气，经烟道从上部进入旋转喷雾吸收塔，经烟气分配器在塔体内部形成旋流，与从塔顶雾化器喷出的石灰浆液雾滴充分接触并发生反应，吸收SO2后的含干燥固体颗粒的烟气从脱硫塔灰斗排出，进入袋式除尘器除尘后，由脱硫增压风机曳引，从原烟气接出口后部回到烧结主抽风机出口混凝土烟道内，进入现有烟囱排入大气。

脱硫岛与烧结烟气相对独立，自成体系。脱硫系统引起的烟气压力损失由新增增压风机补偿。在原烟道、脱硫系统的入口烟道、增压风机的出口烟道上均设有关断挡板。在烧结机开启初期烟气温度较低时，短时间内打开原烟道挡板(旁路挡板)，关闭脱硫进口挡板、出口挡板；当脱硫系统正常运行后，打开进口挡板、出口挡板，并立即关闭旁路挡板。

表1 主要设计参数

增压风机选择F型双吸双支承离心风机，风机流量72×104m3/h，压头4 000 Pa，电机功率1 120 kW。

2.2.2吸收塔系统

烟气在吸收塔内完成脱硫。吸收塔的核心设备及部件是烟气分布器和旋转雾化器。

烟气分配器采用屋脊烟气分布器，烟气由脱硫塔顶部旋流进入塔内，在脱硫塔内均匀分布，停留时间约12 s，以保证完成吸收反应所需的时间。塔体直径13.2 m，塔体高度约40 m，塔内烟气流速小于2 m/s。

旋转雾化器，由丹麦NIRO公司制造，根据烟气量和进出口二氧化硫浓度，选择F350的雾化器，喷浆量为32 t/h。喷入塔内的石灰浆液是极细的雾滴，完成反应后的脱硫产物也是极细的颗粒，因烟气温度较高，反应完成的同时脱硫产物即迅速干燥，保证整套脱硫装置在干态下运行。

脱硫塔内产生的飞灰和反应产物固体，约有5%～10%的粗颗粒(石灰粉带入的泥沙或不溶性石灰)沉入塔底定期外排。

2.2.3除尘系统

除尘采用长袋低压脉冲除尘器，中进中出，双排8室。除尘器过滤速度不大于0.9 m/min，设备阻力不大于1 500 Pa，过滤面积13 333 m2，滤袋规格选择φ160×8 000，材质选用亚克力+PTFE浸渍处理。除尘器清灰采用压缩空气脉冲清灰方式，清灰根据时间或差压进行自动控制，离线清灰及检修。

2.2.4工艺水系统

工艺水系统包括工艺水箱，冲洗水泵、冷却水泵、管路、阀门检测仪表等，主要用于石灰消化、石灰浆液制备、循环灰浆液制备、雾化器冷却等。此外，还用于浆液系统的冲洗。

2.2.5吸收剂制备及供应系统

包括石灰浆液制备系统和循环灰浆液制备系统。

1)石灰浆液制备系统。

石灰制浆系统由石灰粉仓、计量螺旋给料机、消化罐、振动筛、石灰浆液罐、石灰浆液泵、浆液管道和阀门等组成。脱硫剂为外购生石灰粉(要求粒径不大于1 mm，CaO纯度不小于85%，活性度大于350)，用密封罐车气力输送至石灰粉仓内存放。

2)循环灰浆液制备系统。

由于脱硫灰中含有未反应的脱硫剂，为提高吸收剂的循环利用率，降低石灰耗量，降低Ca/S，提高脱硫效率，设置循环灰浆液制备及供给系统。循环灰制浆系统由计量螺旋给料机、循环灰浆液罐、循环灰浆液泵、循环浆液管道和阀门等组成。