潍钢230m2烧结机烟气脱硫技术的研究

《潍钢230m2烧结机烟气脱硫技术的研究》
摘要：本文根据潍坊钢铁集团有限公司烧结机的实际情况和要求,分析提出了采用循环流化床烟气脱硫技术来进行烧结烟气脱硫。

文中介绍了循环流化床烟气脱硫技术的工艺原理、特点、设备、主要性能参数对脱硫效率的影响等。

关键词：烧结烟气脱硫循环流化床
在钢铁企业各生产工艺中，排放SO2量最大的是烧结过程,控制烧结机生产过程中SO2 的排放是钢铁企业控制SO2污染的重点。

烧结机大型化的发展趋势，必然带来单机废气量和烟尘排放量的增大，控制烧结机烟尘污染势在必行。

潍钢领导高度重视企业环保工作，率先进行大型烧结机脱硫装置改造工程。

1 烧结烟气的特点
烧结烟气的主要特点是:烟气量大，1吨烧结矿产生4000～6000m3烟气；烟气温度较高，一般在110～170℃之间；含湿量较大，一般在10%左右（体积比）；SO2浓度较低，在1000～3000mg/m3之间[1,2]。

就脱硫除尘技术难度而言,烧结气的特点是排放量大、含湿量较大、SO2浓度低,脱除其中的SO2 并使最终粉尘排放浓度达到50毫克/Nm3以下，其难度比一般工业废气脱硫除尘高得多[3]。

2 烧结烟气脱硫技术选择
目前可用于烧结烟气脱硫的技术主要有石灰石(石灰)-石膏法、循环流化床法、钢渣石膏法、氨-硫铵法、双碱法、活性焦吸附法、电子束法等。

湿法系统复杂、投资大、占地面积大，同时存在二次污染问题；干法相对系统简单、投资小、占地面积小，无二次污染。

虽然脱硫效率较湿法稍低，但能满足环保要求。

潍坊钢铁集团公司230m2烧结机，其烟气量为1380000m3/h，SO2浓度最大1500mg/m3，因其属于原有烧结机改造项目，在烧结机建设时未预留脱硫场地，所以脱硫可用的场地较小。

根据其实际情况和要求，采用的烟气脱硫装置必须具有脱硫效率高、投资运行费用低、可靠性高、占地面积小、无二次污染、副产物易于处理等优点。

在制定初步方案时，双方根据目前所有的烧结脱硫技术做了详尽的比较，认为循环流化床烟气脱硫技术能较好的满足以上要求，最终选择了本公司具有自主知识产权的循环流化床干法烟气脱硫技术。

3 循环流化床烧结烟气脱硫技术介绍
3.1 工艺原理及工艺过程
循环流化床干法烟气脱硫技术是以循环流化床原理为基础，通过脱硫剂的多次再循环，使脱硫剂与烟气接触时间增加，一般可达30分钟以上，从而大大提高了脱硫效率和脱硫剂的利用率[4]。

它不但具有一般干法脱硫工艺的许多优点，如流程简单、占地少、投资小以及副
产品可以综合利用等，而且，还能在较低的钙硫比（Ca/S=1.2～1.4）条件下，达到90%以上的脱硫效率[4]。

因此，循环流化床烟气脱硫技术是一种适合我国国情的脱硫技术，已在电力行业得到广泛成功应用，在钢铁企业中，它不仅适合大型烧结机，而且对中小型烧结机的SO2污染治理也是一种理想的方法。

潍钢循环流化床干法烟气脱硫技术的主要工艺流程如图1所示。

图1 潍钢循环流化床烟气脱硫技术工艺流程图
来自烧结风机的烟气，通过烟道进入脱硫塔底部入口，经文丘里管进入脱硫塔。

在文丘里管的上端，工艺水经压缩空气雾化喷入脱硫塔，使烟气降温至最佳脱硫反应温度区间。

与此同时，循环灰和脱硫剂从脱硫塔底部的一侧加入脱硫塔，在脱硫塔中形成气-固-液三相流。

循环灰及脱硫剂以固体颗粒的形式循环流动，脱硫剂具有非常大的反应表面，并产生高度返混，在外循环的同时，在脱硫塔内形成内循环，塔内局部钙硫比远大于宏观钙硫比，脱硫剂氢氧化钙与二氧化硫反应生成固态亚硫酸钙和硫酸钙，将二氧化硫脱除。

烟气温度降至75℃左右，离开脱硫塔进入布袋除尘器，在此将循环灰分离出来。

循环灰通过物料分配阀经空气斜槽被再次送入脱硫塔。

脱硫剂经计量装置由星型阀送至空气斜槽，与循环灰混合后一起送入脱硫塔。

3.2 脱硫系统设备
系统设备主要有循环流化床脱硫塔、布袋除尘器和增压风机。

根据化学反应特性，脱硫塔下部设计成文丘里状，如图2所示，它由收缩段及扩张段组成，两段结合处称为喉部。

烟气在其中流动时流速先增大后减小，从而使得气流的紊流程度加剧。

另外，新的脱硫剂、增湿水及从循环装置返回的循环物料均从该部分加入，加剧了紊流的程
度、提高了烟气与颗粒之间传质传热速率，从而使得气、固之间接触充分，有利于反应的充分进行。

图2 文丘里
循环流化床脱硫塔的设计，首先根据处理烟气量，确定气体流速及脱硫塔的直径，选择的气体流速必须满足快速流态化的要求，同时又能保证过程中必需的气、固接触时间；然后依据停留时间确定脱硫塔的高度。

脱硫塔内进行的反应是化学反应，需要根据脱硫剂的失活特性确定合适的颗粒循环倍率，以保证新鲜脱硫剂的及时补入和已失活的脱硫剂的及时移出。

在实际设计时，颗粒循环倍率应保证脱硫塔内压降处于给定的范围内。

3.3 主要性能参数分析
1）Ca/s
从脱硫的角度考虑，所有性能参数中，Ca/S的影响最大。

理论上脱除1mol的S需要1mol 的Ca，但在实际脱硫塔中，为保证一定的脱硫效率，一般需要适当增加脱硫剂的量。

宏观Ca/s比指的就是实际运行中，Ca与S的摩尔比。

从图3可以看出，在其它条件不变时，随着Ca/S比的增大，系统脱硫效率升高。

Ca/S 比增加意味着脱硫剂加入量的增加，脱硫剂的有效成分浓度增大，使系统脱硫效率提高。

另外，Ca/S 比较低时，增加Ca/S比，系统脱硫效率增幅较大，而Ca/S比过高时，系统脱硫效率增幅较小，所以在实际操作中应根据经济性和环保性，应控制合理的Ca/S。

图3 Ca/S比对脱硫效率的影响
2）增湿降温水量
增湿降温水具有两方面的作用，一是增湿，使气固反应变成气液反应，增大反应速率；二是降温，使脱硫塔内的温度保持在脱硫反应的最佳反应温度区间。

由图4可知，在其它条件不变时，随着增湿降温水量的增加，系统的脱硫效率明显升高，当增湿降温水量增加到一定程度后，随着水量的增加，脱硫效率的上升幅度渐渐变小。

另外，增湿降温水量过大，会造成烟气温度过低，对系统的安全运行造成影响。

所以，在实际运行中，应根据脱硫效率和安全性的要求，控制合理的增湿降温水量。

一般是通过脱硫塔出口烟温来控制。

图4 增湿降温水量对脱硫率的影响
3）塔内颗粒浓度
循环流化床内固体颗粒浓度是保证脱硫塔良好运行的重要参数，在其它条件不变时，提高塔内颗粒浓度，系统脱硫率也随着升高。

但塔内颗粒浓度越大，系统运行阻力也越大，系统投资及运行成本相应增加。

所以实际运行时，需综合考虑各种因素来确定合理的塔内颗粒浓度。

脱硫塔内固体颗粒浓度可以通过沿床层高度底部和顶部的压差△P来表示。

床的压力损失越大，表示塔内颗粒浓度越大。

因而根据沿床层高度方向底部和顶部的压差△P来控制进入脱
硫塔的脱硫灰返料量，将△P控制在一定范围内，从而保证床内必需的固/气比，使脱硫塔始终处于良好的运行工况。

根据以上主要性能参数，我们用本公司开发的计算软件，对整个系统进行优化设计，确定最佳的设备配置和运行参数。

3.4 独特的优点
1）塔内没有任何运动部件，磨损小，设备使用寿命长，维护量小；
2）过程控制简单，只有三个控制回路，就可实现对整个系统的控制；
3）多个文丘里装置入口结构，降低了脱硫塔的高度；提高循环流化床入口段气固流动均匀度，增强脱硫反应效果；
4）负荷适应性好，具有良好的操作弹性。

当烧结烟气含硫量增加或要提高脱硫效率时，无需增加任何工艺设备，仅增加脱硫剂的耗量就可以满足更高的脱硫率的要求；
5）加入脱硫塔的消石灰和水是相对独立的，没有喷浆系统及浆液喷嘴，便于控制消石灰用量及喷水量，容易控制操作温度；
6）占地小，只需要200～400m2的场地面积；吸收剂利用率高；投资低；无二次污染；无须防腐；维修费用低。

4、结论
1) 以消石灰为脱硫剂，采用循环流化床脱硫塔对烧结烟气脱硫，是一种经济合理、很有潜力的脱硫方法。

2）脱硫塔内的Ca/s、含湿量、温度是影响脱硫效率的主要因素。

实际操作时，基于实际情况中的众多因素全面考虑确定合理的Ca/s、含湿量以及烟气出口温度，能够确保环保性、经济性和安全性。

参考文献:
[1] 张承中.循环流化床烧结烟气脱硫热态模拟试验研究[J].西安建筑科技大学学报，1997，29(3)：349-354.
[2] 郝继锋等.烧结烟气脱硫技术的研究[J].钢铁,2006,41(8)：76-78
[3] 廖继勇等.关于烧结废气脱硫技术发展现状的分析[J].南方金属.2006，148
[4]王忠喜等.循环流化床烟气脱硫技术及其环境经济可行性探讨[J].污染防治技术，2007，20(2)。