引言
鋼鐵行業(yè)是我國的重要基礎行業(yè),也是傳統(tǒng)的污染大戶。鋼鐵行業(yè)在其生產和加工過程中消耗大量的燃料和礦石,同時排放大量的空氣污染物。2007 年我國大中型鋼鐵企業(yè)SO2 排放量為75.6萬t,約占全國SO2 排放總量的3.1%。鋼鐵行業(yè)要保持可持續(xù)發(fā)展,必須減少對環(huán)境的污染。“十一五”期間, 減排SO2 是我國環(huán)保工作的重點,其中“十一五”規(guī)劃的一個指標就是SO2 減排10%。因此減排SO2 也就成為鋼鐵行業(yè)加強環(huán)境保護的重點。從鋼鐵生產工藝流程分析,鋼鐵生產過程產生的SO2 主要來源于燒結工序,其SO2 排放量所占比例為65% ～93%。因此,控制燒結煙氣中SO2 的排放,是鋼鐵企業(yè)SO2 污染控制的重點。
控制燒結煙氣SO2 排放的主要方法有:低硫原料配入法、高煙囪排放法和煙氣脫硫法。低硫原料配入和高煙囪排放簡單經濟,但我國已對SO2 實行排放濃度和排放總量雙重控制,因此,對燒結煙氣進行脫硫處理是滿足日益嚴格的環(huán)保要求的必然選擇。目前世界上開發(fā)出的煙氣脫硫技術有200多種, 進入大規(guī)模商業(yè)應用的只有十余種,主要有石灰石- 石膏法、雙堿法、鋼渣石膏法、氨硫銨法、活性焦炭法、電子束照射法等。其中技術zui成熟、應用zui廣泛的就是石灰石- 石膏法,但是因其工程投資成本大、運行成本高、設備管道容易結垢堵塞和腐蝕等問題, 限制了在我國的應用。國內大多數(shù)脫硫裝置僅在環(huán)保監(jiān)測時大量加入石灰石粉,平時根本不加石灰石或者脫硫裝置根本不運行。為了解決目前脫硫系統(tǒng)運行成本高、系統(tǒng)容易堵塞腐蝕等難題,本文介紹一種新型脫硫技術——復合式氣動旋流脫硫除塵技術。
1 工藝原理
復合式氣動旋流脫硫除塵技術的主體部分是旁通式旋流板塔,煙氣以一定的速度切向進入塔體并螺旋上升,脫硫漿液則從塔體上部的噴頭噴入,在旋流板上形成霧狀液滴、液膜和液網(wǎng)。煙氣旋流通過時, 與吸收液充分混合接觸,發(fā)生一系列的物理和化學反應,煙氣中的SO2 和粉塵就被吸收液所吸收。
該技術可以使用的脫硫吸收劑種類比較廣泛,鈉基、鈣基等堿性脫硫劑皆可。本文以石灰石粉 （CaCO3 ）為例進行介紹。石灰石溶液噴入吸收塔體后與煙氣中的SO2 進行反應,在塔內生成一系列的鈣鹽,具體的反應過程如下:
SO2 +H2O→H2 SO3 →H+ +HSO- 3 （1）
CaCO3 + 2H+ →Ca2 + +H2O +CO2 ↑ （2）
SO2 + 1 /2H2O + CaCO3 →CaSO3 ·1 /2H2O ↓ + CO2 ↑ （3）
式（2）是塔內CaCO3 吸收SO2 的主反應。
2 系統(tǒng)工藝流程
氣動旋流復合式技術的工藝系統(tǒng)主要包括:煙氣凈化系統(tǒng),煙風管道系統(tǒng),漿液制備系統(tǒng),石膏脫水系統(tǒng),漿液循環(huán)和電器控制系統(tǒng)等六部分。工藝流程如圖1所示。
1）煙氣凈化系統(tǒng)主要功能是吸收SO2 和洗滌煙塵。系統(tǒng)主體為多座并聯(lián)的旁通式旋流板塔,每座塔內置多層氣動旋流板和單層脫水旋流板,塔體一般采用多級布液。在塔體中,通過噴頭霧化后的脫硫漿液和煙氣中的SO2 發(fā)生化學反應,生成相關的硫酸鹽, 在重力和離心力的作用下,沿塔壁流下,從塔底的溝槽排出塔體。凈化的煙氣則通過塔體頂部進入管道后的脫水器脫水后排出。塔體的頂部還設有自來水定期沖洗裝置,以便于沖洗附著在塔體內部的結垢。為便于檢修,塔體外壁上設有扶梯和人形檢查孔。
2）煙風管道系統(tǒng)主要包括煙氣調節(jié)閥、管道和煙囪。煙氣通過鼓風機從燒結機中鼓出,分別切向進入并聯(lián)的旁通式旋流板塔組,脫硫除塵之后,通過管道進入煙囪排入空中。當脫硫除塵設備需要檢修時, 煙氣可以通過煙氣調解閥直接進入煙囪排向空中。
3）漿液制備系統(tǒng)主要是脫硫吸收液制備裝置。脫硫吸收劑和工藝水加入漿液攪拌槽,混合攪拌至所需濃度,制成脫硫漿液。通過水泵將脫硫漿液輸送至循環(huán)池,攪拌均勻經循環(huán)泵輸送入吸收塔。
4）石膏脫水系統(tǒng)主要包括曝氣風機、液下污泥泵、水力旋流器和真空過濾機。流出旋流板塔的灰水由曝氣風機進行曝氣氧化,生成石膏漿液。石膏漿液經過污泥泵打入水力旋流器和真空過濾機進行兩級脫水,外排固體石膏含水率低于10% ,濾液則返回循環(huán)池循環(huán)使用。具體反應如下:
HSO- 3 + 1 /2O2 →H+ + SO2 - 4 （4）
Ca2 + + SO2 - 4 + 2H2O→CaSO4 ·2H2O↓ （5）
CaSO3 ·1 /2H2O + 1 /2O2 + 3 /2H2O→ CaSO4 ·2H2O↓ （6）
5）漿液循環(huán)系統(tǒng)主要包括沉淀池、循環(huán)池和循環(huán)泵等。沉淀池和循環(huán)池的頂部相通,沉淀池的上清液可以補充循環(huán)池所消耗的工藝水。
6）電器控制系統(tǒng)主要包括配電系統(tǒng)、設備控制和照明系統(tǒng)等。
3 工藝的*性
1）系統(tǒng)脫硫效率高,對煙氣污染負荷變化較大的適應能力強。設備正常運轉的情況下,脫硫效率可以保持在90%以上,并且煙氣入口的含硫量變化對脫硫率的影響不大。
2）系統(tǒng)的運行成本低。系統(tǒng)可以使用的脫硫劑種類比較多,來源廣泛,價格便宜,吸收劑的利用率也較高,一定程度上降低了系統(tǒng)的運行成本。同時本系統(tǒng)正常運行時的液氣比（L /G）一般為0.8 ～1.2 L / m3 ,遠遠小于其他工藝運行時的液氣比。液氣比關系到系統(tǒng)運行時的工藝水消耗和電耗。工藝水消耗和設備的電耗在系統(tǒng)的運行成本中又占了較大的比例。所以同等脫硫效率下,系統(tǒng)運行的液氣比越小, 系統(tǒng)的工藝水耗和電耗就越少,運行成本就越低。
3）系統(tǒng)防腐性能良好,成本低廉。系統(tǒng)的吸收塔塔體采用鋼筋混凝土澆筑而成。為了提高防腐性能,混凝土采用特種防腐水泥攪拌而成,塔體的內壁涂抹防腐材料涂層。這樣既保證了塔體的強度和防腐性能,也大大減少了建設成本。相比較國內外常用的麻石塔體、花崗巖塔體、碳鋼塔體和不銹鋼塔體,在成本和效果的綜合評價上,鋼筋混凝土塔體遠遠優(yōu)于其他。塔體內部旋流板和噴頭采用特種不銹鋼制作, 輸送漿液的管道用防腐材料制作,這都有效提高了整個系統(tǒng)的防腐性能,保證了系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
4）有效避免裝置和管道的結垢堵塞問題。系統(tǒng)吸收塔內部構件很少,噴頭布局合理,反應時煙氣和漿液的分布均勻,避免了產生有利于塔體結垢的條件。并且系統(tǒng)在運行時,塔內吸收反應保持pH 在 5.8～6.2之間進行反應。童志權等研究認為,當pH< 6.0時,吸收液液相中的硫陰離子主要是HSO- 3 ,它與Ca2 +結合成為Ca （HSO3 ） 2 ; CO2 在水中的溶解量很少,不會生成CaCO3 沉淀;生成的亞硫酸氫鈣的溶解度較大,不存在過飽和物質析出的問題。所以系統(tǒng)運行時較低的pH 值抑制了結垢物質的生成。另外,吸收塔的塔頂還設有工藝水沖洗裝置,可以定期沖洗附著在塔壁和管道上的結垢。
4 工程實例
福建某鋼鐵公司燒結廠擁有1臺72 m2 燒結機, 已裝有多管除塵器,但除塵效果不佳,沒有脫硫功能。燒結機煙氣參數(shù)如表1所示。按照國家和福建省控制二氧化硫的相關規(guī)定,該廠要對燒結機除塵裝置進行改造。針對該工程,脫硫效率要求高,運行可靠等要求,結合氣動旋流復合式脫硫除塵技術,對該廠燒結煙氣脫硫系統(tǒng)進行改造設計。
4.1 煙塵及SO2 治理目標
改造脫硫工程的設計脫硫率> 90% ,脫硫除塵系統(tǒng)總壓力降< 1 000 Pa,出口煙氣濃度< 50 mg/m3 , 林格曼黑度< 1級。
4.2 脫硫系統(tǒng)效果及分析
改造工程竣工后,由在線監(jiān)測系統(tǒng)對燒結煙氣進行連續(xù)監(jiān)測。檢測結果顯示,處理效果良好,污染物去除率高,處理后的各指標都達到了GB9078 - 1996 《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準》。系統(tǒng)試運行脫硫工藝參數(shù)和技術參數(shù)分別見表2、表3。
由表2可以看出氣動旋流復合式脫硫除塵技術采用的液氣比和吸收液的pH值都比較低。在實際運行中,液氣比一般都穩(wěn)定在1 L /m3 ,而常用的石灰石- 石膏脫硫工藝的液氣比都在8 ～25 L /m3 之間。低液氣比意味著低能耗和低水耗,運行成本低于其他脫硫裝置。本系統(tǒng)塔內的pH 值控制在5.8～6.2之間,也有效的避免了塔內亞硫酸鈣的生成,克服了石灰石法脫硫工藝容易結垢的缺點, 同時低pH值還可以提高吸收漿液的利用率,提高系統(tǒng)的脫硫效率。
由表3可以看出系統(tǒng)的脫硫率比較高,達到了 93.8% ,而煙塵經過多管除塵器和本系統(tǒng)的聯(lián)合凈化,煙塵的去除率達到了100% ,在線監(jiān)測系統(tǒng)在煙囪中已經監(jiān)測不到煙塵的存在。由此可知,該鋼鐵廠燒結機煙氣脫硫除塵凈化系統(tǒng)比較成功。
5 結論
1）氣動旋流復合式脫硫除塵技術可以有效地去除燒結煙氣中的SO2 和煙塵, 其除塵效率可達 95%～98% ,脫硫效率可達90%之上,并很好的解決了石灰石法脫硫裝置運行中的投資和運行成本昂貴、設備易腐蝕、結垢等難題。
2）福建某鋼鐵公司燒結廠采用的氣動旋流復合式脫硫除塵技術對72 m2 燒結機的煙氣凈化系統(tǒng)進行改造是成功的,改造后的脫硫率達到了93.8% , SO2 的排放濃度低于排放標準。
