引言
鋼鐵行業(yè)是我國的重要基礎(chǔ)行業(yè),也是傳統(tǒng)的污染大戶。鋼鐵行業(yè)在其生產(chǎn)和加工過程中消耗大量的燃料和礦石,同時(shí)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(diǎn),其中“十一五”規(guī)劃的一個指標(biāo)就是SO2 減排10%。因此減排SO2 也就成為鋼鐵行業(yè)加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)。從鋼鐵生產(chǎn)工藝流程分析,鋼鐵生產(chǎn)過程產(chǎn)生的SO2 主要來源于燒結(jié)工序,其SO2 排放量所占比例為65% ～93%。因此,控制燒結(jié)煙氣中SO2 的排放,是鋼鐵企業(yè)SO2 污染控制的重點(diǎn)。
控制燒結(jié)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(jīng)濟(jì),但我國已對SO2 實(shí)行排放濃度和排放總量雙重控制,因此,對燒結(jié)煙氣進(jìn)行脫硫處理是滿足日益嚴(yán)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(shù)有200多種, 進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)應(yīng)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(shù)zui成熟、應(yīng)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(yùn)行成本高、設(shè)備管道容易結(jié)垢堵塞和腐蝕等問題, 限制了在我國的應(yīng)用。國內(nèi)大多數(shù)脫硫裝置僅在環(huán)保監(jiān)測時(shí)大量加入石灰石粉,平時(shí)根本不加石灰石或者脫硫裝置根本不運(yùn)行。為了解決目前脫硫系統(tǒng)運(yùn)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(shù)——復(fù)合式氣動旋流脫硫除塵技術(shù)。
1 工藝原理
復(fù)合式氣動旋流脫硫除塵技術(shù)的主體部分是旁通式旋流板塔,煙氣以一定的速度切向進(jìn)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(shí), 與吸收液充分混合接觸,發(fā)生一系列的物理和化學(xué)反應(yīng),煙氣中的SO2 和粉塵就被吸收液所吸收。
該技術(shù)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(jìn)行介紹。石灰石溶液噴入吸收塔體后與煙氣中的SO2 進(jìn)行反應(yīng),在塔內(nèi)生成一系列的鈣鹽,具體的反應(yīng)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(nèi)CaCO3 吸收SO2 的主反應(yīng)。
2 系統(tǒng)工藝流程
氣動旋流復(fù)合式技術(shù)的工藝系統(tǒng)主要包括:煙氣凈化系統(tǒng),煙風(fēng)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(nèi)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(xué)反應(yīng),生成相關(guān)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(jìn)入管道后的脫水器脫水后排出。塔體的頂部還設(shè)有自來水定期沖洗裝置,以便于沖洗附著在塔體內(nèi)部的結(jié)垢。為便于檢修,塔體外壁上設(shè)有扶梯和人形檢查孔。
2）煙風(fēng)管道系統(tǒng)主要包括煙氣調(diào)節(jié)閥、管道和煙囪。煙氣通過鼓風(fēng)機(jī)從燒結(jié)機(jī)中鼓出,分別切向進(jìn)入并聯(lián)的旁通式旋流板塔組,脫硫除塵之后,通過管道進(jìn)入煙囪排入空中。當(dāng)脫硫除塵設(shè)備需要檢修時(shí), 煙氣可以通過煙氣調(diào)解閥直接進(jìn)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(jīng)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(fēng)機(jī)、液下污泥泵、水力旋流器和真空過濾機(jī)。流出旋流板塔的灰水由曝氣風(fēng)機(jī)進(jìn)行曝氣氧化,生成石膏漿液。石膏漿液經(jīng)過污泥泵打入水力旋流器和真空過濾機(jī)進(jìn)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(yīng)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(bǔ)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(shè)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(fù)荷變化較大的適應(yīng)能力強(qiáng)。設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)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(yùn)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(jià)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(yùn)行成本。同時(shí)本系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的液氣比（L /G）一般為0.8 ～1.2 L / m3 ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他工藝運(yùn)行時(shí)的液氣比。液氣比關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的工藝水消耗和電耗。工藝水消耗和設(shè)備的電耗在系統(tǒng)的運(yùn)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(yùn)行的液氣比越小, 系統(tǒng)的工藝水耗和電耗就越少,運(yùn)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(nèi)壁涂抹防腐材料涂層。這樣既保證了塔體的強(qiáng)度和防腐性能,也大大減少了建設(shè)成本。相比較國內(nèi)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(jià)上,鋼筋混凝土塔體遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他。塔體內(nèi)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(yùn)行。
4）有效避免裝置和管道的結(jié)垢堵塞問題。系統(tǒng)吸收塔內(nèi)部構(gòu)件很少,噴頭布局合理,反應(yīng)時(shí)煙氣和漿液的分布均勻,避免了產(chǎn)生有利于塔體結(jié)垢的條件。并且系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí),塔內(nèi)吸收反應(yīng)保持pH 在 5.8～6.2之間進(jìn)行反應(yīng)。童志權(quán)等研究認(rèn)為,當(dāng)pH< 6.0時(shí),吸收液液相中的硫陰離子主要是HSO- 3 ,它與Ca2 +結(jié)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(zhì)析出的問題。所以系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)較低的pH 值抑制了結(jié)垢物質(zhì)的生成。另外,吸收塔的塔頂還設(shè)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(jié)垢。
4 工程實(shí)例
福建某鋼鐵公司燒結(jié)廠擁有1臺72 m2 燒結(jié)機(jī), 已裝有多管除塵器,但除塵效果不佳,沒有脫硫功能。燒結(jié)機(jī)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(guān)規(guī)定,該廠要對燒結(jié)機(jī)除塵裝置進(jìn)行改造。針對該工程,脫硫效率要求高,運(yùn)行可靠等要求,結(jié)合氣動旋流復(fù)合式脫硫除塵技術(shù),對該廠燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。
4.1 煙塵及SO2 治理目標(biāo)
改造脫硫工程的設(shè)計(jì)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(jié)煙氣進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。檢測結(jié)果顯示,處理效果良好,污染物去除率高,處理后的各指標(biāo)都達(dá)到了GB9078 - 1996 《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。系統(tǒng)試運(yùn)行脫硫工藝參數(shù)和技術(shù)參數(shù)分別見表2、表3。
由表2可以看出氣動旋流復(fù)合式脫硫除塵技術(shù)采用的液氣比和吸收液的pH值都比較低。在實(shí)際運(yùn)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(yùn)行成本低于其他脫硫裝置。本系統(tǒng)塔內(nèi)的pH 值控制在5.8～6.2之間,也有效的避免了塔內(nèi)亞硫酸鈣的生成,克服了石灰石法脫硫工藝容易結(jié)垢的缺點(diǎn), 同時(shí)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(dá)到了 93.8% ,而煙塵經(jīng)過多管除塵器和本系統(tǒng)的聯(lián)合凈化,煙塵的去除率達(dá)到了100% ,在線監(jiān)測系統(tǒng)在煙囪中已經(jīng)監(jiān)測不到煙塵的存在。由此可知,該鋼鐵廠燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫除塵凈化系統(tǒng)比較成功。
5 結(jié)論
1）氣動旋流復(fù)合式脫硫除塵技術(shù)可以有效地去除燒結(jié)煙氣中的SO2 和煙塵, 其除塵效率可達(dá) 95%～98% ,脫硫效率可達(dá)90%之上,并很好的解決了石灰石法脫硫裝置運(yùn)行中的投資和運(yùn)行成本昂貴、設(shè)備易腐蝕、結(jié)垢等難題。
2）福建某鋼鐵公司燒結(jié)廠采用的氣動旋流復(fù)合式脫硫除塵技術(shù)對72 m2 燒結(jié)機(jī)的煙氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行改造是成功的,改造后的脫硫率達(dá)到了93.8% , SO2 的排放濃度低于排放標(biāo)準(zhǔn)。
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