宝钢烧结烟气脱硫技术探讨

宝钢烧结烟气脱硫技术探讨目录宝钢烧结烟气脱硫技术探讨.........................................................................................................................11.前言............................................................................................................................................................12.宝钢烧结烟气脱硫技术............................................................................................................................22.1.循环流化床半干法脱硫技术............................................................................................................22.2.石灰石——石膏湿法脱硫技术........................................................................................................33.对比分析....................................................................................................................................................33.1.原理差异............................................................................................................................................33.2.脱硫剂................................................................................................................................................43.3.运行效果及难点................................................................................................................................43.4.脱硫副产物........................................................................................................................................53.5.脱硫成本............................................................................................................................................53.6.协同脱除多种污染物的能力............................................................................................................64.结语............................................................................................................................................................65.参考文献：................................................................................................................................................76.宝钢湿法烟气脱硫项目概况....................................................................................................................7张永忠，曹雄(宝山钢铁股份有限公司炼铁厂，上海，200941)摘要：宝钢股份三台大型烧结机采用了循环流化床半干法和石灰石——石膏湿法两类烧结烟气脱硫技术，本文简要介绍了这两类技术在宝钢的成功应用，并着重探讨了二者之间的差异。关键词：烧结烟气；循环流化床；石灰石―石膏；脱硫1.前言我国钢铁行业的二氧化硫排放量仅次于燃煤发电行业，而生产过程中的烧结工序所产生的二氧化硫排放占钢铁企业总排放量的40%~80%[1-3]。控制烧结烟气中二氧化硫的排放，已经成为钢铁企业控制污染的重点[3，4]。国内大小钢厂正在陆续上马脱硫装置，然而我国钢铁行业的多数烧结脱硫技术还停留在对火电等脱硫的粗糙模仿、照搬阶段。目前，烧结机脱硫存在的问题主要是脱硫设备价格偏高、技术不成熟、脱硫副产物二次利用复杂等[5，6]。宝钢目前正致力于这方面的研究工作，以不断改进并完善现有的烧结烟气脱硫技术，为国内外同行业提供成功的经验。2.宝钢烧结烟气脱硫技术目前国内外烧结烟气脱硫技术有氨法、旋转喷雾干燥吸收(SDA)法、MEROS、活性炭法等等。宝钢股份有三台大型烧结机，其中一号烧结机采用循环流化床半干法脱硫技术，于2010年10月建成投运。二、三号烧结机则采用了具有自主知识产权的宝钢烧结烟气脱硫技术——气喷旋冲塔湿式石灰石——石膏法，核心工艺是宝钢股份研究院的气喷旋冲脱硫技术，并先后于2008年10月、2010年12月建成投运。二号烧结机脱硫技术在三烧结脱硫机组运行的基础上做了进一步的优化。2.1.循环流化床半干法脱硫技术循环流化床半干法脱硫技术在解决了物料输送及堵塞等难点后，得到了广泛使用，已先后在宝钢直属厂部、宝钢梅山钢铁、宝钢不锈钢事业部、福建三明钢铁等钢铁企业建成投运。其工艺原理是，烟气从脱硫塔底部进入，经脱硫塔底的文丘里结构加速后与加入的吸收剂(消石灰)、循环灰及水由于气流的作用，产生激烈的湍动与混合，充分接触发生反应。在上升的过程中，不断形成絮状物向下返回，而絮状物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所特有的内循环颗粒流，从而除去烟气中的SO𝑥、HCl、HF等气体。烟气中夹带的吸收剂和循环灰，在通过脱硫塔下部的文丘里管时，受到气流的加速而呈悬浮状态，形成激烈的湍动，使颗粒与烟气之间的相对滑落速度大，颗粒反应界面在摩擦、碰撞作用下而不断更新，从而极大地强化了气固间的传热、传质。净化后的含尘烟气从吸收塔顶部侧向排出，然后转向向下进入脱硫除尘器。脱硫除尘器则采用的是布袋式。经脱硫除尘器捕集下来的固体颗粒，大部分通过脱硫灰循环系统，返回吸收塔继续参加反应，如此循环可达数百次，多余的少量脱硫灰渣则通过气力输送至脱硫灰仓，再通过罐车或二级输送设备外排。脱硫灰大量循环，脱硫除尘器的入口烟气粉尘浓度为500~1000g/Nm³，带有大量脱硫灰的烟气经布袋除尘器进行除尘，净化后的清洁烟气经增压引风机排入烟囱。宝钢一烧结循环流化床干法脱硫工艺系统主要由烟道系统、吸收塔系统、脱硫除尘器系统、吸收剂制备及供应系统、脱硫灰再循环及排放系统、工艺水系统、以及电气仪控系统等组成。2.2.石灰石——石膏湿法脱硫技术石灰石——石膏湿法脱硫技术发展历史较长，对烟气适应范围广，在烧结烟气脱硫技术发展初期备受青睐，目前国内外应用该技术的企业较普遍，特别是对于石膏资源匮乏的日本得到了广泛应用。该技术工艺原理是，烧结烟气经工艺水及浆液两级冷却后进入吸收塔烟气分配器，分配后烟气通过曝气管喷入吸收塔浆池，并在浆池液面形成稳定的鼓泡层。在鼓泡层中，气相高度分散到液相中，较大的气液接触面积以及较高传热和传质效率为烟气中的SO2与浆液的反应创造了良好的热力学和动力学条件，而且烟气在液体中鼓泡时有类似水膜除尘的效果，尤其对1µm以下的粉尘效果更明显。净烟气则再经过两级除雾器脱除大量雾滴后通过脱硫烟囱排放。湿法脱硫工艺系统主要由烟道系统、冷却系统、吸收塔系统、排空系统、吸收剂制备及供应系统、工艺水系统、以及电气仪控系统等组成。3.对比分析3.1.原理差异在循环流化床干法脱硫的吸收塔内，消石灰Ca(OH)2与烟气中的SO2和几乎全部的SO3，HCl，HF等完成化学反应，主要化学反应方程式如下：2Ca(OH)2+2SO2=2(CaSO3•12H2O)+H2OCaSO3•12H2O+12O2=CaSO4•12H2OCa(OH)2+SO3=CaSO4•12H2O+12H2OCa(OH)2+CO2=CaCO3+H2O2Ca(OH)2+2HCl=CaCl2•Ca(OH)2•2H2O(120℃)Ca(OH)2+2HF=CaF2+2H2O即，塔内生成的脱硫灰主要成分为CaSO3•12H2O、CaSO4•12H2O、CaCO3、CaF2、CaCl2及未反应的Ca(OH)2和杂质等。在石灰石——石膏湿法脱硫的吸收塔内，石灰石浆液与烟气中SO2和SO3发生以下化学反应：SO2+2H2O+12O2+CaCO3H2O→CaSO4·2H2O+CO2对比干法和湿法两种脱硫方式的化学方程式，不难看出，石灰石——石膏湿法脱硫技术每脱除1molSO2就会生成1molCO2，有悖于低碳生产理念，而循环流化床干法脱硫技术则不会产生，这也是目前该技术备受关注的又一重要原因。3.2.脱硫剂循环流化床半干法脱硫技术以消石灰作为脱硫剂，消石灰料仓设置有两类进料方式，既可直接购买消石灰，通过管道输入；也可购买生石灰，再通过脱硫装置预设的脱硫剂制备系统消化后输入料仓。脱硫剂制备系统的主要设备是消化器，操作简单易行。宝钢一号烧结机烟气脱硫剂采用后一种方法制取获得。石灰石——石膏湿法脱硫技术则采用石灰石浆液作为脱硫剂，目前基本上是采购粉状石灰石，随后加入工业水制备成一定浓度的浆液。而宝钢则从发展大型钢铁行业循环经济的思路出发，经过系统研究，采用了炼钢焙烧分厂的水洗石灰石泥饼作为制备脱硫剂的原料，以废治废。3.3.运行效果及难点目前从运行情况来看，宝钢两类脱硫技术的脱硫率均可达到90%以上，SO2排放量均值小于30mg/Nm³。由于反应介质状态差异，循环流化床半干法脱硫技术的钙硫比为1.4左右，较石灰石——石膏湿法脱硫技术钙硫比1.1高，因此其脱硫剂消耗较高。同时烧结烟气经过脱硫之后，粉尘排放均可大大减少，循环流化床半干法脱硫技术的粉尘排放量平均值小于20mg/Nm³。三套脱硫机组先后投入后，宝钢每年可减少了SO2排放约9000t左右，粉尘排放显著下降，区域环境明显改善。对于操业人员来说，循环流化床干法脱硫技术的控制要求较石灰石——湿法脱硫技术高，调节频率也相对较高，特别是烧结烟气流量波动幅度较大时。该类工况如果联络不及时，调节不当，可能引起循环流化床部分坍塌，甚至床层整体坍塌，这应该是极为严重的运行事故。而且此运行事故一旦发生，处理难度非常大，因为塔里脱硫灰流动性极强。当然，系统预设了一系列防止此恶性事故发