半干法烧结烟气脱硫工艺技术分析

半干法烧结烟气脱硫工艺技术分析

2010-02-20 10:24:57 阅读9 评论0 字号:

铁矿粉烧结生产过程中,原燃料中的硫在偏氧 化性气氛环境中以气态氧化物形式释放到烧结烟气 中排入大气,是钢铁行业SO x 的主要排放源,约占钢 铁生产过程中总排放量的75%。据不xx统计,我国 钢铁行业投产运行的烧结机每年排放的SO x 总量约 60 万t,而且随着烧结机产能的不断扩大,从烟囱排 放到大气中的SO x 将会更多。同时在烧结生产过程 中,还会生成NO x 和二恶英等有害物。 烧结烟气中SO x 的排放导致并加剧了酸雨的形 成,对空气质量和环境保护造成了极大的破坏。我国 “十一五”规划发展纲要中明确提出:要建设资源节 约型和环境友好型企业,要加强大气污染防治,努力 推进钢铁行业SO x 综合治理,实施排放总量控制。因 此对烧结生产过程SO x 等有害物实施有效减排是烧 结行业生存的基础,也是烧结工作者的职责和使命。 受原料资源和工艺技术等因素的限制,目前,铁 矿石烧结生产过程中SO x 的减排最为现实和相对经 济的方式还是进行烧结烟气(废气)脱硫。在烧结烟 气脱硫工艺的研究、开发进程中,先后完成了湿法、 半干法和干法等多种脱硫工艺的研发、设计工作,在 我国政府“科学发展观”思想的指导下,国内烧结脱 硫工作更呈现了“百花齐放、百家xx”的局面,许 多研究设计单位和以宝钢、太钢、武钢、马钢、三钢等 为代表的钢铁企业一道,从工艺可行性、设备稳定 性、运行经济性、治理前瞻性和二次产物处理等多方 面进行了大量的论证、对比和研发工作,本着清洁生 产和对社会负责的原则,进行了适合我国国情的脱 硫工艺的引进、研发和设计工作。

    1 烧结烟气脱硫工艺

    烧结烟气工艺种类很多,目前,欧洲的钢铁 企业和环保公司以半干法脱硫为主,代表性的工艺 有西门子奥钢联的MEROS 法(高性能烧结废气净 化)、奥地利能源与环境工程公司的Turbosorp 法 (循环流化床技术)、法国阿尔斯通公司的NID 法 (脱硫除尘一体化技术)。我国福建龙净脱硫脱硝公 司自主开发的半干法循环流化床脱硫工艺,已成功 应用于福建三明烧结厂180 m2 烧结机上。

    由于烧结烟气具有烟气量大、烟气湿度高、SO x 浓度低、烟气成分波动大、烟气含尘浓度高且粉尘颗 粒细、烟气含腐蚀性气体(HF,HCl,NO x ,SO x )、烟气含二恶英类物质及重金属等特点,各种脱硫工艺还 在继续改进和完善之中。

    1.1 西门子奥钢联的MEROS 法(高性能烧结废气 净化)

    西门子奥钢联研发、设计的烧结烟气净化脱硫 系统,是基于带有选择性废气循环利用的MEROS (高性能烧结废气净化)脱硫系统,选择性废气循环 系统可以使脱硫烟气减少近40%,从而大大降低脱 硫系统的工作负荷,减少占地面积,大幅降低综合投 资和运行成本。废气循环利用是基于一部分烧结热 废气(包括烧结抽风系统和热矿冷却系统的两类废 气)被再次引入烧结过程的原理。热废气再次通过 烧结料层时,其中的二恶英和氮氧化物能够通过热 分解被部分破坏,硫氧化物和粉尘能够被部分吸附 并滞留于烧结料层中,废气中的一氧化碳在烧结过 程中再次参加还原,有降低能耗的可能。

    MEROS 是一种用脉动喷气式过滤器从化 合物中通过半干法脱硫的先进技术,可以采用小苏 打(NaHCO3)、CaO 或Ca(OH)2 作为脱硫剂。小苏 打有较高的脱硫效率(>90%),消耗量也相对较低, 但其成本高于CaO 或Ca(OH)2,如果使用CaO 作 脱硫剂,需要在系统增加石灰消化器,通过向消化器 内喷入一定量的水使CaO 消化为Ca(OH)2,系统 对消化器性能要求比较高,要求消化后的Ca(OH)2 符合MEROS 工艺的要求。中国马鞍山钢铁公司正 在进行MEROS 脱硫工艺的设计建设。

    西门子奥钢联公司MEROS+SCR 脱硫脱硝工 艺流程见图1,西门子奥钢联MEROS 系统烟气净化 效果见表1。

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    1.2 奥地利能源与环境工程公司的Turbosorp 法 (循环流化床技术)

    奥地利能源与环境工程公司(AEE 公司)采用 Turbosorp 法(循环流化床技术)加布袋除尘器脱硫 技术,脱除SO2、烟尘和重金属等污染物,可预留脱 硝接口。该工艺主要由烟气系统、湍流器脱硫塔、脱 硫灰再循环系统、吸收剂制备及输送系统、脱硫后布 袋除尘器系统、工艺水系统、终产物收集系统、压缩 空气辅助系统、电气仪表控制系统等组成。Turbosorp 脱硫脱硝系统工艺流程见图2。

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    该脱硫工艺采用熟石灰作为脱硫剂,同时可 添加少量活性炭以提高脱硫效率。熟石灰是采用 专门的石灰消化器由生石灰消化而得。 石灰消化系统采用卧式双轴搅拌干式 消化器。

    烧结烟气通过引风机由脱硫塔底部 进入文丘里管,流速增大,并形成循环流 化床体,在脱硫塔底部高温烟气与脱硫 剂、循环脱硫灰充分预混合,进行初步脱 硫反应,主要完成脱硫剂与SO2、SO3 的反 应以及重金属吸附,烟气在脱硫塔内与 脱硫剂反应脱除SO2,从顶部排入布袋除 尘器脱除灰尘,灰尘固体颗粒通过除尘 器下的脱硫灰再循环系统,返回吸收塔 继续参加反应,往复循环。烟气经脱硫塔底部进入,由于气固两相流的作用进行湍流接触,上 升过程中不断形成絮状物向下返回,在激烈湍动中 又不断解体重新被气流提升,形成类似循环流化床 锅炉所特有的内循环颗粒流,使气固间滑落速度高 达单颗粒滑落速度的数十倍。脱硫塔顶部结构进一 步强化絮状物的返回,提高塔内颗粒的床层密度,使 床内Ca/S(离子个数比)值高达50 以上。循环流化 床内气固两相流机制,极大地强化了气固间的传质 与传热,为实现高脱硫率提供根本保证。多余的少量 脱硫灰渣通过气力输送至脱硫灰库内,再通过罐车 或二级输送设备外排。

    该技术和除尘工艺具有以下技术特点:无污 水外排;单塔处理能力大;无须防腐措施;脱硫装置对 负荷变化的适应性强。1999 年,奥地利AEE 公司为德 国某厂设计建造了烧结废气回收处理净化装置,主要 由喷淋吸收塔、活性褐煤喷射器和石灰乳喷射器以及 布袋除尘过滤器组成,生石灰经加水形成石灰乳后通 过高达13 000 r/min 的旋转喷射器在吸收塔下部逆 向气流喷射而出,石灰乳与烟气中的硫化物混合发生 化学反应,形成石膏,完成脱硫过程,脱硫后的烟气通 过管道进入布袋除尘器,管道上还安装活性褐煤喷射 器,将褐煤喷入管道与烟气进行混合以脱除二恶英, 烟气进入布袋除尘器后,完成气与尘的分离,尘循环 使用一定次数后外排,用于填埋废旧矿山。Turbosorp 脱硫效果及运行消耗见表2,表3。

    1.3 法国阿尔斯通公司的NID 法(脱硫除尘一体 化技术)

    NID 脱硫除尘一体化技术是Alstom 公司在20 世纪90 年代初从喷雾干燥法开发而成。该系统是利 用含有CaO 或消石灰的吸收剂与二氧化硫反应生 成CaSO3 和CaSO4,除尘器收集下来有一定碱性的 粉尘与CaO 混合增湿后再进入除尘器入口烟道和 烟箱,反复循环。NID 脱硫除尘系统包括反应器、高 浓度除尘器(ESP 或FF)、混合器、循环灰输送系统 四个核心系统。中国武汉钢铁公司正在进行NID 脱 硫除尘工艺的设计建设。NID 脱硫除尘系统工艺流 程见图3。

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    从ESP 或FF 等方式的预除尘器出来的高温烧 结烟气进入烟道反应器,加水增湿的循环灰和脱硫 剂在混合器中混合后同时进入烟道反应器。烟道反 应器内形成充满高浓度湿灰和脱硫剂的环境,烟气 迅速降温、增湿。烟气温度降到70 ℃左右,烟气相对 湿度达到约40%, 此时烟气中SO2 与吸收剂 Ca(OH)2 反应生成亚硫酸钙和硫酸钙。反应后的烟 气携带大量的干燥固体颗粒进入脱硫后的高浓度布 袋除尘器内收集净化,净烟气经过引风机排入烟囱。 除尘器捕集下来的干燥固体颗粒落入灰斗,大部分 经循环灰输送设备再次进入烟道反应器,以便充分 利用吸收Ca(OH)2。少部分排出系统外,形成脱硫 终产物。

    NID 工艺特征是脱硫剂的低温度和高比例循 环。NID 脱硫工艺与除尘器组合为一体,结构简单, 设备紧凑,占地面积小、物料循环倍率可达30~50 次 以上。正常情况下脱硫效率达85%以上,具有运行简 单可靠,负荷可调等特点。NID 脱硫除尘一体化技术 为半干法脱硫技术,易形成酸雾的SO3 能被{bfb}脱 除,排烟温度高于露点温度25 ℃以上,不存在酸露腐蚀,现有烟囱不需要任何额外处理,比较适合改造 项目。NID 工艺的核心是其混合器/ 调湿器。通过向 除尘器集尘中加水将灰尘中的平衡水分含量增加几 个百分点。在混合器中水被均匀地加在循环烟尘中, 固体粉尘可自由流动而不黏结,确保了湿尘在烟气 流中均匀分布并吸收SO2。石灰、水、循环烟尘的混 合在烟气流外完成,保证了其在喷入烟气流前混合 均匀。

    1.4 中国福建龙净脱硫脱硝公司的循环流化床脱 硫工艺(见图4)

    福建龙净脱硫脱硝公司研发的循环流化床脱硫 工艺已应用于福建三明钢铁公司2 号180 m2 烧结 机上,烧结烟气经脱硫后,SO2 质量浓度由3 896~ 5 061 mg/m3 降低到132~421 mg/m3,脱硫效率很 高,改善了周边空气质量,取得显著的环保效益和社 会效益。该脱硫技术具有以下特点:

    

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    (1)脱硫剂和降温水两者分别进入吸收塔,分 别进行控制,克服了吸收塔内因水分不能很好蒸发 造成的烟气湿度大、吸收塔下游设备腐蚀、布袋除尘 器糊袋易堵的工艺缺陷。

    (2)设置清洁烟气再循环回路,当负荷降低到 满负荷的70%以下时,开启循环烟道阀,将引风机 后的清洁烟气引入吸收塔,能够适应负荷变化情况 下保持吸收塔内的烟气量和物料床层不变,这是该 脱硫装置最显著的特点。清洁烟气再循环可以实现 脱硫系统独立于烧结机主系统单独调试和运行,非 常适合烧结紧急停机或脱硫系统出现故障等特殊情 况下,烧结烟气通过旁路排往烟囱的应急处理。

    2 烧结生产操作的改良建议

    现有的脱硫工艺在应用中的问题主要表现在脱 硫系统难以适应烧结生产过程的波动和变化,造成 输灰系统堵塞、脱硫效率降低、净化烟气温度不稳 定、运行成本高等问题,一个很重要的改进方向是, 如何着手改善烧结生产过程,使之与脱硫系统很好 地融合和匹配,应该从以下几个方面开展工作,以促 进烧结烟气脱硫系统的稳定、经济运行。

    (1)进行持续的烧结抽风系统漏风率的治理, 进一步降低烟气含氧量,保证脱硫效率的改善和系 统运行的安全。

    (2)进行提高烧结烟气量和烟气温度稳定性的 攻关,使烧结烟气量和烟气温度的波动有效降低,烟 气量小时波动值控制在100 km3 之内,烟气温度的 波动控制在10 ℃之内。

    (3)进行优化烧结配料研究,进行原料长周期 规划,稳定烧结混合料中原始硫负荷,尽可能控制在 脱硫系统的设计范围内。

    (4)进行生产操作的改良,稳定生产过程参数, 减小脱硫系统外围各个工况的波动。

    (5)提高脱硫前烧结烟气含尘量的净化效率, 降低脱硫系统的粉尘处理负荷。

    (6)对烧结主抽风机实施变频调速改造,实现 低负压低风量烧结,降低脱硫系统烟气处理量,降低 脱硫系统运行成本。

    (7)开发烟气脱硫与烧结生产智能联动的专家 控制系统。

    3 结语

    烧结烟气脱硫工艺正在逐渐成熟,一方面需要政 府给予产业政策支持,进行大胆的机制创新,加快研 究和技术成果的转化与应用;一方面还需要烧结工作 者针对自身企业的特点,努力将烧结生产工艺和烟气 脱硫工艺有机结合,实现二者的{zj0}匹配;同时,还要 进行广泛的跨行业(跨专业)交流,推进二次产物的 循环利用开发,实现“零排放”。这样才能真正使烧结 烟气脱硫净化取得成效,才能使钢铁行业走上循环经 济的道路,实现清洁生产和可持续发展。

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