寶鋼氣噴旋沖燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)

1、寶鋼氣噴旋沖燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù) 來源：沈曉林;石洪志;劉道清 文章發(fā)表時間：2010-03-23 1 前言 20世紀初在制定至2020年鋼鐵科技發(fā)展指南時，專家一致指出：“燒結(jié)礦物組成的復(fù)雜性和生產(chǎn)工藝的差異性，燒結(jié)煙氣脫硫不能簡單套用電廠煙氣脫硫技術(shù)；國外的燒結(jié)脫硫技術(shù)造價與運行費用昂貴，不適合中國國情”。由此，燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)被列為指南中重要研究課題。寶鋼股份有9套大型燒結(jié)機，開發(fā)一套經(jīng)濟可靠、技術(shù)先進的燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)，對于寶鋼乃至全國鋼鐵企業(yè)的燒結(jié)煙氣治理具有重要意義。 2005年11月，寶鋼研究院在國內(nèi)開展了燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)的研究。在充分調(diào)研、分析用于燒結(jié)的脫硫技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合燒結(jié)煙氣

2、的特性，綜合考慮脫硫劑、脫硫產(chǎn)物的應(yīng)用及企業(yè)實際條件，選定以石灰石-石膏法為基礎(chǔ)技術(shù)路線，展開深入研究和開發(fā)。通過系統(tǒng)的工業(yè)試驗形成了氣噴旋沖燒結(jié)煙氣脫硫成套工藝和裝備技術(shù)。經(jīng)公司評審決定對開發(fā)的氣噴旋沖燒結(jié)脫硫成套技術(shù)實行產(chǎn)業(yè)化，按照統(tǒng)一部署，研究院課題組不僅負責完成了工程技術(shù)主導(dǎo)與總成，并開發(fā)了一系列的工程化關(guān)鍵技術(shù)，保證了工程化的成功。2008年采用寶鋼研究院的燒結(jié)脫硫成套技術(shù)建設(shè)的三套大型燒結(jié)機全煙氣脫硫工程相繼投產(chǎn)，均達到了預(yù)定的技術(shù)經(jīng)濟指標，對寶鋼控制污染物排放發(fā)揮了重要作用。 2 工藝與核心裝備技術(shù)特點 圖1是寶鋼氣噴旋沖燒結(jié)煙氣脫硫工藝流程。 2.1 寶鋼氣噴旋沖燒結(jié)煙氣脫硫工

3、藝技術(shù) 專門針對燒結(jié)生產(chǎn)特點和燒結(jié)煙氣特性而開發(fā)，追求并實現(xiàn)了脫硫劑的價廉易得、以廢治廢；工藝簡捷，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠；污染物去除效率高；符合循環(huán)經(jīng)濟要求；投資成本和運行費用的經(jīng)濟性好。 2.2 冷卻預(yù)處理裝置 在吸收塔前開發(fā)設(shè)置一冷卻預(yù)處理裝置，有效地克服了煙溫波動帶來的降溫難度，保證吸收塔的熱安全性，為脫硫反應(yīng)創(chuàng)造了最佳的反應(yīng)溫度條件；解決了傳統(tǒng)工藝GGH易堵、降溫效果差等問題；將重金屬、堿金屬和一部分煙塵除去，防止了吸收塔內(nèi)的堵塞、結(jié)垢，并保證石膏品位；脫除了燒結(jié)煙氣中的大部分HF、HCl，從而減輕了吸收塔等后續(xù)系統(tǒng)的防腐壓力。 2.3 氣噴旋沖吸收塔 以空氣動力學原理將脫硫裝置研發(fā)設(shè)計

4、為氣噴旋沖吸收塔。使?jié){液為連續(xù)相，氣體從塔體中部進入,經(jīng)氣噴旋沖裝置噴出成為高度細分的離散相進入液相。氣液兩相強烈旋沖、擾動、高效傳質(zhì)，對煙氣量和SO2濃度大幅波動的適應(yīng)能力強；脫硫、除塵效率高；吸收反應(yīng)一次完成,漿液不需反復(fù)循環(huán)，能耗低；石膏結(jié)晶好，粒徑大，有利于資源化利用。 2.4 組合式除霧器 吸收塔上部為空塔結(jié)構(gòu)，通過煙氣突然擴張并與開發(fā)的外置式除霧器形成組合式除霧器，除霧效率高。 3 工業(yè)試驗 3.1 試驗裝置 工業(yè)試驗裝置處理煙氣量為9萬m3/h，整個系統(tǒng)由SO2吸收系統(tǒng)、漿液制備系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、石膏處理系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、DCS控制系統(tǒng)等六個分系統(tǒng)組成。煙氣引自燒結(jié)生產(chǎn)系統(tǒng)，經(jīng)增壓

5、風機升壓后，進入冷卻器降溫、預(yù)處理，隨后進入氣噴旋沖吸收塔完成脫硫除塵過程。從吸收塔出來的凈煙氣，經(jīng)除霧后并入原煙氣排出管道，混合升溫后由煙囪排出。 3.2 脫硫效率主要影響因素試驗 通過正交試驗，發(fā)現(xiàn)影響系統(tǒng)脫硫效率的主要因素有：漿液pH值、入塔煙氣溫度、氣噴管的插入深度、脫硫劑粒度、漿液中吸收劑濃度、吸收塔液位、入口煙氣量等。 3.3 燒結(jié)煙氣脫硫石膏品質(zhì)分析 通過分析，發(fā)現(xiàn)氣噴旋沖法燒結(jié)脫硫石膏結(jié)晶程度高、粒徑大、純度高。與電廠煙氣噴淋法脫硫石膏相比，在綜合利用上受標準限制小，利用的空間更大。表1將氣噴旋沖法燒結(jié)脫硫石膏法與噴淋法進行了對比。 表1 氣噴旋沖法燒結(jié)脫硫石膏與噴淋法電廠脫硫

6、石膏性質(zhì)對比 分析項目 國內(nèi)設(shè)計要求 寶鋼燒結(jié) 寶鋼電廠 脫硫石膏 脫硫石膏 自由水含量，% 10 6.5 10.3 CaSO4.2H2O含量，% 90 92.5 90.4 pH值 68 6.9 7.6 平均顆粒尺寸 32 99 99 (32m以上)，% Cl，ppm 100 50 160 F，ppm 100 90 480 CaSOH2O，/% 0.35 0.065 0.074 CaCO3+MgCO3 ，% 3 0.9 2.2 4 工程化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)開發(fā) 圍繞工程化建設(shè)主要研發(fā)內(nèi)容與創(chuàng)新成果有： （1） 試驗研究影響脫硫效率的各項因素，找出了確保脫硫系統(tǒng)長期、連續(xù)、穩(wěn)定運行的主要因素和控制要

7、領(lǐng)，制定了大型脫硫工程的聯(lián)動調(diào)試方案、規(guī)程，系統(tǒng)啟動、各種狀態(tài)停機等規(guī)程及技術(shù)要求、標準等。 （2） 通過多種氣噴旋沖裝置、多種冷卻預(yù)處理方式試驗研究和CFD數(shù)值模擬，建立了工藝系統(tǒng)相應(yīng)的熱力學、動力學系列計算模型，優(yōu)化燒結(jié)煙氣脫硫的工藝參數(shù)及關(guān)鍵設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)配置和最佳設(shè)計參數(shù)。 （3） 連續(xù)試驗運行，尋找和發(fā)現(xiàn)燒結(jié)煙氣脫硫過程中可能出現(xiàn)的各種問題，如堵塞、結(jié)垢等的規(guī)律及解決方案。制定了大工程系統(tǒng)運行控制策略和功能需求、儀表配置等控制方案。 （4） 針對工程放大后塔底漿液擾動的不確定性和液面平穩(wěn)的技術(shù)需求，開展側(cè)進式漿液攪拌及氧化空氣分布最佳配置試驗。建立相關(guān)數(shù)值模型，找出各種控制參數(shù)規(guī)律，研

8、究開發(fā)出工程放大漿液擾動和強制氧化的成套技術(shù)，制定了不同處理煙氣量下的工程配置最佳方案。 （5） 在試驗裝置的各代表性位置進行了共48種100多個掛片試驗，為工程化選材提供了依據(jù)，并開發(fā)出幾種專用防腐膠泥等適合燒結(jié)煙氣脫硫的新型防腐材料，制定了系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)的工程防腐方案。 （6） 開發(fā)了脫硫系統(tǒng)核心裝置的制造、加工、安裝等系列成套技術(shù)，并進行工程指導(dǎo)。 （7） 開展系統(tǒng)運行中可能出現(xiàn)的突發(fā)情況下應(yīng)急處理預(yù)案的試驗研究，形成了大生產(chǎn)運行中的相關(guān)應(yīng)急預(yù)案技術(shù)規(guī)程。 （8） 開展了燒結(jié)脫硫石膏的利用研究，如配入鋼渣微粉、礦渣微粉中直接替代水泥等，其利用量和利用效果明顯。 （9） 研究分析燒結(jié)脫硫廢水

9、特性，開發(fā)處理、回用技術(shù)，提出了不同現(xiàn)場條件下的廢水處理利用技術(shù)和方案。 5 工程應(yīng)用 寶鋼燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)首批三套工程應(yīng)用項目情況如下： 5.1 脫硫工程設(shè)計性能指標 .與主體設(shè)備的同步運行率90 %； .SO2脫除率90 %； .SO2排放濃度100 mg/Nm3； .粉塵排放濃度50 mg/Nm3； .Ca/S 摩爾比1.03； .除霧器出口處煙氣攜帶水滴含量75 mg/Nm3； .石膏品質(zhì)石膏（CaSO4.2H2O）含量90 %； .石膏含水率10 %；石膏pH值68。 5.2 脫硫工程基本情況 三個脫硫工程的基本情況見表2。 表2 三個脫硫工程基本情況 梅鋼3號180m2燒結(jié) 不銹鋼

10、1號224m2燒結(jié) 寶鋼3號495m2燒結(jié) 全煙氣脫硫工程 機全煙氣脫硫工程 機全煙氣脫硫工程 煙氣量，Nm3/h 45萬90萬 50萬100萬 100萬180萬 設(shè)計煙氣量70萬 設(shè)計煙氣量87.5萬 設(shè)計煙氣量130萬 煙氣中SO2濃度 10003000 3001200 3501160 mg/Nm3 （平均1800） （平均500） （平均400） 煙氣基礎(chǔ)溫度， 90150 130170 85150 脫硫劑 250目石灰石粉 250目石灰石粉 廢棄石灰石泥餅 投產(chǎn)時間 2008年3月9日 2008年10月31日 2008年10月31日 5.3 工程運行效果 梅鋼3號機脫硫工程于2008年

11、4月20日系統(tǒng)滿負荷運行后，系統(tǒng)正常、穩(wěn)定、連續(xù)運行已1年8個月。寶鋼分公司3號燒結(jié)脫硫工程和不銹鋼1號燒結(jié)脫硫工程也同樣穩(wěn)定運行了一年，各項技術(shù)經(jīng)濟指標達到預(yù)設(shè)目標。系統(tǒng)與主體工程同步運轉(zhuǎn)率95%以上。 5.4 污染物去除效果 系統(tǒng)煙氣量、煙氣溫度、SO2濃度在較大波動下，比較經(jīng)濟的脫硫效率為90%，可在95以上穩(wěn)定運行；除塵效率85%以上，SO3、HF、HCl僅占總酸性物的1%以下，脫除效率分別為SO3去除率50%、HCl去除率80%、HF去除率90%。煙囪出口處低溫下排出的“白霧”，其冷凝液滴pH值為6.06.5。 35t/h廢水送廠內(nèi)廢水處理系統(tǒng)處理后回用。副產(chǎn)品石膏，CaSO4.2H

12、2O含量大于90%，結(jié)晶程度高、雜質(zhì)含量低、品質(zhì)優(yōu)于常規(guī)電廠濕法脫硫石膏和天然石膏，可作為建材制品的原料。 5.5 效益分析 （1） 在處理同等煙氣量的情況下，寶鋼燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)的一次投資和運行費用僅是普通濕法和循環(huán)硫化床半干法技術(shù)的80%左右。 （2） 梅鋼3燒結(jié)煙氣脫硫工程成為南京地區(qū)和江蘇省的環(huán)保示范項目，不銹鋼和寶鋼分公司的脫硫項目投產(chǎn)后，完成了上海市給寶鋼下達的SO2 減排任務(wù)，為企業(yè)的持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了環(huán)境條件。 （3） 根據(jù)燒結(jié)煙氣實際硫含量，三套脫硫設(shè)施每年總削減SO2約為1500020000t，僅此一項公司每年減少排污費2000萬元左右。少量廢水和副產(chǎn)品石膏均能綜合利用，是一項

13、節(jié)能減排、符合循環(huán)經(jīng)濟要求的脫硫工程技術(shù)。 （4） 自主開發(fā)創(chuàng)新，較好地解決了行業(yè)的一項環(huán)保技術(shù)難題，為企業(yè)樹立了良好的社會形象。 6 有關(guān)思考 （1） 由于燒結(jié)礦物組成的復(fù)雜性和生產(chǎn)工藝的差異性，燒結(jié)煙氣脫硫遠比電廠煙氣脫硫難度大。不能將電廠煙氣脫硫技術(shù)簡單地套用在燒結(jié)煙氣的處理上。 （2） 燒結(jié)煙氣脫硫是一項具有明顯特征的，比較復(fù)雜的化工工藝過程和裝備技術(shù)，是物理學、化學、物理化學、反應(yīng)動力學、傳熱、傳質(zhì)等多種學科理論的綜合體，用于燒結(jié)煙氣脫硫的工藝裝備技術(shù)，必須與燒結(jié)工藝結(jié)合起來綜合考慮,要有針對性的開發(fā)。 （3） 燒結(jié)脫硫必須滿足和服務(wù)于燒結(jié)生產(chǎn)，更不能影響燒結(jié)生產(chǎn)；燒結(jié)脫硫工藝裝備技術(shù)的大生產(chǎn)應(yīng)用，系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠是前提。同時，操作要簡單、檢修要方便； （4） 技術(shù)