搜索
烧结（球团）烟气脱硫除尘——动力波（DynaWave™）逆喷洗涤技术摘要：通过对国内外烧结（球团）烟气进行测试和分析，并借鉴动力波成熟的工艺和上百套的工业化经验，对动力波技术进行调整和改进，最终开发出适用于钢厂烧结烟气特性的动力波烧结烟气脱硫技术。此技术具有适应烧结烟气量及SO2浓度波动大，成分复杂，粉尘含量高，烧结厂脱硫面积有限等特点，是一种操作简单稳定，脱硫效率高，投资少，低运行成本的烧结烟气脱硫技术。关键词：烧结（球团）烟气脱硫DynaWave™动力波技术1引言随着中国钢铁行业的不断发展，中国已成为世界上钢铁产量最多的国家之一。但随之而来的环境问题也越来越严重，国家已开始着手对烧结烟气的废气排放制定了更高的排放标准,随着国家对环保要求越来越严格，烧结厂脱硫，绿色钢铁已是将来国家环保的一个重要目标。这就对钢铁厂的环保设施提出了更高的要求。烧结烟气与电厂锅炉烟气相比有其自身的特点，其烟气组成复杂，烟气流量及SO2浓度波动大，温度变化范围宽，粉尘含量高等特点，完全照搬其他行业的脱硫技术经一些实际脱硫装置的运行证明是明显不适用的，这是目前烧结烟气脱硫技术面临的最大问题，所以选择一种适应钢厂烧结烟气脱硫方法已迫在眉睫。美国孟莫克公司（MECS）在延续多年动力波（DynaWave™）脱硫技术经验的基础上，通过对烧结烟气及其特点进行测试分析，将动力波脱硫技术进行调整和改进，又经过实际烧结烟气脱硫装置的成功运行证明已完全适应烧结烟气的工况。这为现有装置改造，新建烧结机烟气脱硫，建设绿色钢铁提供了有利保证。通过分析，烧结烟气气态污染物主要有以下几类:–SO2（一般在400－5000mg/Nm3，单位m2烧结机烟气流量大概为4,000~6,000Nm3/hr，烟气波动范围达40％）–H2O含量高（10％-13%）–温度变化大，一般为80℃到180℃–NOx–CO2，N2，O2–CO（有时会很高）–少量的氟化物，氯化物，SO3酸雾，二噁英，VOC，Hg，挥发性重金属化合物而烧结烟气中的固态污染物粉尘产生量约为：每生产一吨烧结（球团）矿约产生粉尘20～40kg；粉尘成份很复杂，大致的化学成份为：–Fe的氧化物–其他氧化物为K2O、Na2O、MgO、CaO、Al2O3、TiO2、SiO2、MnO、P2O5、还有部分重金属及二噁英等。从目前全球脱硫行业的统计来看，湿法脱硫技术是目前发展最成熟运行最可靠且脱硫效率最高的方法，副产物基本上可以实现再利用。缺点是一次性投资和占地较大，但相比于其他干法/半干法工艺的较低的脱硫效率，运行不稳定，对符合变化不适应，副产物难处理的特点相比，湿法工艺在烧结脱硫领域依然会成为主流技术。本文从脱除机理、操作条件、设计因素、材料选择等方面，全面介绍了一种能满足烧结烟气脱硫除尘目的的成熟的湿法洗涤技术，即美国孟莫克公司的动力波（DynaWave™）脱硫除尘逆喷洗涤技术。2动力波逆喷洗涤技术动力波(DynaWave™)逆喷洗涤技术实际上是一个用于烟气脱硫的单元操作技术，它能在一个进料管内同时完成烟气急冷，脱除酸性气体，脱除粉尘三个功能，可用于很多工业领域，如冶金工业，电力，水泥工业炉窑，废弃物焚烧，钛白粉厂，炼焦，石油化工等。自上世纪70年代以来，已经在世界范围内建造了300余套装置。图1为其原理示意图。图1动力波(DynaWave™)逆喷塔技术原理示意图来自烧结机的含污染物的烟气自上而下进入直桶型的逆喷管中，而吸收液自下而上喷射与气体逆向接触，由于气液动量平衡原理形成均一的湍动的反应区域，形象地称为泡沫区，在此区域实现烟气急冷，酸性气体脱除，粉尘脱除的功能。初步的气液分离在塔内进行，然后再通过一组高效除雾器，除去夹带的微小液滴，清洁的烟气从上部的烟囱排出。逆喷技术的核心为泡沫区的吸收，它是由吸收液与烟气逆向接触，使二者达到动量平衡，从而形成泡沫区。泡沫区是一个激烈湍动的、气-液逆向碰撞的、液体表面快速更新的气液混合区域，在这个区域里最大限度地实现了高效传质和传热过程，吸收液的湍动膜包裹了烟气中的粉尘，使其体积增大利于从烟气中分离；又由于吸收液中的水分不断蒸发，气体被冷却近绝热饱和温度，温度的降低又减小了气相中酸性气体的平衡分压，促使酸性气体连续不断地和吸收液反应，实现了急冷，酸性气吸收，粉尘脱除的三大功效。由于采用大口径敞口喷头特殊流道设计，产生的是非常大量的细小液滴而不致雾化过程，因此利于气液的分离，大大减小常规喷淋塔烟气夹带大量雾滴的问题。烟气与吸收液在逆喷管中接触后，一起通过塔内的气液分离装置，在此，由于重力作用，微小液滴与烟气分离，清洁的烟气则从上部的烟囱排出。吸收液收集于洗涤塔底部，配备循环泵实现吸收液的循环。逆喷头是大孔径专利设计，其直径最大可达16’’，采用耐磨的碳化硅材料制成，使逆喷塔能处理含固量高，或污脏，粘稠的循环吸收液。这种设计不但解决了脱硫行业里常见的喷头堵塞失效的问题，而且减少了近一半的排污处理量，得到良好的经济效益。对泡沫区的设计，必须要采用合适的液气比，气体流速以及逆喷头的压力。正是由于采用了大口径的喷头，所以对处理烧结这种大流量的含硫烟气，动力波逆喷洗涤塔通常只需要个位数的喷头即可，而常规的喷淋塔设计往往需要几十个甚至上百个的喷头，这不仅节省了能耗，而且管道系统也大大优化。因此可以概括地说动力波逆喷洗涤设计是一项简单高效工业化很高的脱硫技术。3动力波工艺概括的说，动力波工艺包括了在一个塔内实现气体急冷，酸性气体吸收，粉尘脱除以及塔内氧化四个过程，其中前三者，即气体急冷，酸性气体吸收，粉尘脱除是在动力波逆喷管形成的泡沫区内同时完成的，而氧化是通过鼓入氧化空气经塔底分布管将亚硫酸盐氧化为硫酸盐，从而在一个塔内完成多个工艺过程，不需增加后续设备，从而简化流程、工艺控制，减少操作维护，节约投资。特别是对于目前钢铁厂的实际情况，没有预留足够的空间来建设脱硫装置，动力波工艺一塔四用，占地空间少，对已建或新建烧结装置同样适用。脱硫吸收剂选择对动力波技术是广泛的，具体的项目可根据技术经济合理性来决定。在动力波工艺中可以选择如石灰，石灰石，烧碱，废碱液，氨水，钢渣等具有一定活性的不同类型的吸收剂。例如，当采用石灰乳或石灰石做脱硫剂时，动力波工艺设计通常按照至少20%含固浆液浓度的循环液操作，而不会有系统堵塞问题，这也是动力波工艺的另一特点。烧结烟气变化幅度大，含硫浓度变化范围大，这对一些脱硫技术是不可承受的，根据动力波技术的特点动力波工艺能完全适应，其烟气负荷的操作条件可以在50%-120%之间变化。动力波设计中材质的选择也是其中一个很大的亮点，因为随着烟气在逆喷管中与吸收液逆向接触，温度的降低，SO2和SO3气体通过其露点转变而形成冷凝的具有很强腐蚀性的酸滴，在干湿界面处材料的选择必须能承受如此苛刻的工艺条件。根据动力波技术的特点，这一苛刻条件都限定在逆喷管泡沫区段，因此动力波设计是仅对逆喷管选用耐腐蚀性能好的合金材质，而在反应区后的下游部分如逆喷管下端及塔体等则采用低等级的材料，如FRP，碳钢衬胶等，在工艺设备设计上减少了投资成本。对浆液系统，动力波工艺管道的设计确保浆液在水平管道的一定流速，使得浆液在管道中流动时处于悬浮状态，避免沉降，从而防止管道系统的堵塞。为此，管径的选择及合理的流速设计，确保流体在水平管道中的流速大于固体颗粒的沉降速率，但流速也不能过大，否则，会加大管道的磨蚀度，在这一点上，MECS有着非常丰富的经验。另外采用大口径耐磨蚀材料的喷头，避免了常规脱硫塔中喷头磨蚀损坏的问题，可以说MECS的逆喷头是终身免维护的。对于动力波塔内氧化，是将吸收液在塔底进行深度氧化，大幅度降低吸收液的COD值，使排放液COD值达标排放，氧化过程即将亚硫酸盐进一步氧化为硫酸盐。孟莫克公司的动力波工艺设计是在塔底的下部设置一空气分布器，通过向塔底吸收液中不断鼓入空气使得其中的亚硫酸盐转化为硫酸盐，转化率可达到99.5%。4工艺流程本实例是孟莫克公司为某烧结厂设计的2台90m2烧结机烟气处理系统，脱硫剂采用的是生石灰。下图是脱硫装置的方案设计。图2烧结烟气脱硫工艺流程烟气进入动力波逆喷管，与向上的循环吸收浆液逆向接触，形成泡沫区，在泡沫区内气液之间发生高效传质传热过程，粉尘和二氧化硫气体被脱除，经过泡沫区的气体反向向上通过塔体和气液分离器后从烟囱排出。塔底的氧化同时进行，当浆液达到一定密度后，排出到过滤系统。整个系统操作是通过三大控制实现，即PH值控制，密度控制及液位控制。总之，操作简单，运行稳定。5结论与其他的湿法烟气脱硫技术相比，经优化的孟莫克公司的动力波（DynaWave™）逆喷洗涤技术具有以下显著特点，完全可适用于烧结装置的烟气脱硫：1)成熟可靠的技术，丰富的应用经验，在各个工业领域已经成功地建造了300多套商业化装置；2)工艺控制简单，操作灵活；3)能够在同一塔中完成气体急冷，酸性气体脱除和固体粉尘脱除三种功能；4)内氧化技术，即在同一系统内对亚硫酸盐进行氧化生成硫酸盐；5)反应区（吸收区）限制在逆喷管内部，可对其余部件采用低等级材质，节省投资费用；6)大口径的喷头设计从本质上解决了系统的堵塞问题，不但减少了装置的维护和检修，也相应节省了能耗和管道系统的投资费用；7)系统运行稳定，操作弹性高，能适应烧结烟气波动大的特点；占地面积少，适应老装置的脱硫建设。