烧结烟气干式超净工艺在2×180m2烧结机上的应用

2020-09-30周海远福建龙净脱硫脱硝工程有限公司

节能与环保 2020年9期

文_周海远福建龙净脱硫脱硝工程有限公司

1 项目概况

钢铁行业是除火电行业外另一个主要污染物排放源，其废气排放量大、污染物种类多、浓度高。随着电力行业超低排放技术的推广应用，我国大气污染防治重点从电力行业向钢铁行业转变。2019 年4 月发布的《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，将烧结（球团）烟气中颗粒物、SO2、NOX的超低排放限值分别规定为10、35、50 mg/Nm3，要求到2020 年底前，重点区域钢铁企业力争60%左右产能完成改造。

扬州秦邮特种材料有限公司现有两条180m2烧结矿生产线，为了满足最新环保要求，烧结烟气净化设施需要进行升级改造。其中，脱硫除尘方案采用福建龙净的烧结烟气干式超净工艺，共2 套脱硫除尘装置，排放指标按SO2排放小于30mg/Nm3，粉尘排放小于10mg/Nm3进行设计。

2 技术方案

2.1 工艺流程及反应机理

烟气从烧结机机头主抽风机出口烟道引出，首先进入循环流化床吸收塔进行脱硫反应，随后经布袋除尘器除尘后，进入烧结机脱硝装置，完成脱硝后经烟囱排出。总体工艺流程为：烧结机→机头电除尘器→主抽风机→循环流化床吸收塔→布袋除尘器→（GGH 系统→脱硝系统）→烟囱排放。

装置主要由烟道系统、吸收塔系统、布袋除尘器系统、吸收剂制备及供应系统、物料再循环系统、脱硫灰排放系统、工艺水系统、压缩空气系统、蒸汽系统流化风系统及电气、仪控系统等组成。

从化学反应工程的角度看，SO2与Ca(OH)2的颗粒在循环流化床中的反应过程是一个外扩散控制的反应过程。SO2与Ca(OH)2反应的速度主要取决于SO2在Ca(OH)2颗粒表面的扩散阻力，或说是 Ca(OH)2表面气膜厚度。当滑落速度增加时，由于摩擦程度的增加，Ca(OH)2颗粒表面的气膜厚度减小，SO2进入 Ca(OH)2的传质阻力减小，传质速率加快，从而加快 SO2与 Ca(OH)2颗粒的反应。

塔内生成的脱硫灰的主要成分为 CaSO3·1/2H2O、 CaSO4·1/2H2O、 CaCO3、 CaF2、 CaCl2及未反应的 Ca(OH)2和杂质等。这些脱硫灰目前的主要用途为干粉砂浆、废矿井填埋、高速公路路基、吸声材料、水泥掺合料等。在脱硫塔中，消石灰Ca(OH)2与烟气中的SO2和几乎全部的SO3，HCl，HF 等完成化学反应，主要化学反应方程式如下：

2.2 总体布置

本项目采用“一机一塔”的布置方式，脱硫除尘岛布置在烧结机周边的空地上，吸收塔、布袋除尘器等设备中心线布置在一条直线上。主要辅助设施如工艺水系统、流化风机、高压水泵、引风机等布置在地面层，按工艺要求集中布置，既做到工作分区明确，又做到合理、紧凑、维修方便，最大限度地节省用地，其他小设备可考虑布置在脱硫布袋除尘器底部平台上。

2.3 设计参数

装置设计烟气参数如表1。

表1

2.4 关键设备设计

2.4.1 吸收塔

吸收塔是整个脱硫反应的核心。吸收塔为文丘里空塔结构，整个塔体由普通碳钢制成。为建立良好的流化床，预防堵灰，吸收塔内部气流上升处均不设内撑，故称为空塔。本项目吸收塔采用单孔文丘里喷嘴形式。

由于脱硫系统始终在70℃（高于烟气露点）以上运行，加上吸收塔内部强烈的碰撞与湍动，SO3基本全部除去。因此，吸收塔内部不需要防腐内衬。

当脱硫系统不运行时，烧结烟气走旁路，吸收塔与布袋除尘器进行内循环运行。为了建立稳定良好的流化床，需要脱硫灰不断的循环，吸收塔出口粉尘浓度可达600 ～1000g/m3。

吸收塔出口段设有温度、压力检测。用温度控制吸收塔的加水量，用吸收塔的进出口压力降计算出来的床层压降来控制脱硫灰循环量。当压力降增大时可以降低Ca/S，提高脱硫率。

烟气从吸收塔底部进入吸收塔，烟气方向向上。为了防止吸收塔进口烟气沉降造成的进口烟道积灰，吸收塔底部及转弯处均设有气流分布装置及压缩空气吹扫系统。由于文丘里段的管速最高达50m/s 以上，经文丘里段加速，流化床内的物料被完全托起，只有非常少量的大颗粒沉降回吸收塔进口烟道，通过进口烟道输灰机排放。

2.4.2 布袋除尘器

布袋除尘器系统采用脱硫专用低压回转脉冲布袋除尘器，保证脱硫除尘器出口粉尘浓度≤袋除尘器系统采用；脱硫布袋除尘器分为4 个室，8 个单元。主要由灰斗、烟气室、净气室、进口烟箱、出口烟箱、低压脉冲清灰装置、电控装置、阀门及其它等部分组成。每台脱硫布袋除尘器系统配有3 台清灰风机，1用2 备。

由于从吸收塔出来的烟气含尘浓度较高，含湿量较大，针对脱硫后粉尘物理及化学特性的变化，本工程布袋除尘器采用低流速设计。烟气从吸收塔出口侧垂直向下进入布袋除尘器，一方面减小烟气的运行阻力，另一方面充分利用重力作用，入口大部分粉尘直接落入灰斗，有效减轻布袋的过滤负荷。同时，利用布袋各个室压力的自均衡性，使烟气均匀分配到各除尘室，从滤袋外测进入内部延长滤袋的使用寿命。

2.5 技术特点

①设备使用寿命长、维护量小；②烟气与物料接触时间长、接触充分，脱硫效率高；③工艺及控制简单、可靠；④采用高压回流式喷嘴直接向脱硫塔内喷水，对负荷变化响应快，保证脱硫后除尘器可靠运行；⑤单塔处理能力大，已有大型化的应用业绩；⑥采用流线型的底部进气结构，保证了脱硫塔入口气流分布均匀；⑦脱硫塔内操作气速相对稳定，负荷适应性好，进一步保证气固两相流场的稳定；⑧无须防腐；⑨良好的入口烟气二氧化硫浓度变化适应性；⑩脱硫副产物流动性好，易于处理；脱硫剂利用率高、脱硫副产物排放少；运行维护费用低，占地面积小；无废水等二次污染物产生。

3 项目实施及试运行情况

2#装置于2019 年7月6 日7：00 开始进入168 小时连续试运行，在连续试运行期间，原烟气SO2浓度为2000 ～3000mg/Nm3，净烟气SO2平均浓度为7.4mg/Nm3，平均脱硫率高达99%以上，净烟气烟尘平均浓度为1.0mg/Nm3。

1#装置于2019 年7月31日8：00 开始进入168 小时连续试运行，连续试运行期间，原烟气SO2浓度为2000 ～3000mg/Nm3，净烟气SO2平均浓度为6.9g/Nm3，平均脱硫率高达99%以上，净烟气烟尘平均浓度为1.3mg/Nm3。

试运行期间，部分时间段发生入口烟气量快速波动的情况，烟气再循环系统实时调整再循环风挡的开度，能够有效的缓冲烟气量波动的影响。当入口SO2浓度发生变化时，吸收剂供应系统能够快速响应，实时调整吸收剂的供应量，实现SO2排放浓度的智能控制。无论烟气工况如何变化，装置的始终保持在较为稳定的运行状态，SO2、烟尘排放浓度均优于超低排放指标，水耗、电耗、吸收剂耗量等各项技术参数也均低于设计要求。