摘要：針對燒結(jié)機(jī)頭煙氣脫硫的問題,介紹了LS 氨法脫硫工藝和煙氣循環(huán)新方法。該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用不僅在煙氣脫硫技術(shù)上是一個(gè)突破,而且還能創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)機(jī)頭煙氣,LS 氨法脫硫,煙氣循環(huán)

1 　燒結(jié)脫硫技術(shù)與現(xiàn)狀

目前,在已超過200 種的SO2 控制工藝中只有10 余種進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用,按工藝特點(diǎn)可分為3 大類:濕法,半干法,干法�？捎迷跓Y(jié)煙氣上的濕法脫硫工藝主要有石灰石/ 石灰- 石膏濕法、氨硫銨法;半干法工藝主要有循環(huán)流化床法、密相干法。由于石灰石/ 石灰- 石膏濕法技術(shù)投資大、運(yùn)行費(fèi)用高、易產(chǎn)生污水等二次污染問題,加之每年大量外排的脫硫石膏處理難題,導(dǎo)致該技術(shù)還很難在中國燒結(jié)煙氣脫硫上推廣應(yīng)用。氨法脫硫技術(shù)可利用焦化的廢氨水作為脫硫劑,副產(chǎn)物為硫酸銨農(nóng)用化肥,可實(shí)現(xiàn)“以廢治廢、變廢為寶”的目標(biāo),而且運(yùn)行成本低,是任何一種脫硫方法所無法比擬的。

近年來,鋼鐵企業(yè)對燒結(jié)煙氣脫硫的認(rèn)識和緊迫感明顯提高,行動(dòng)積極。部分企業(yè)與脫硫公司配合建設(shè)了一些不同流程的燒結(jié)煙氣脫硫項(xiàng)目,各種脫硫技術(shù)在鋼鐵企業(yè)都有不同程度的應(yīng)用,起到了積極的帶頭作用。然而,從已經(jīng)投產(chǎn)的燒結(jié)煙氣脫硫項(xiàng)目來看,雖然取得了一定的成果和經(jīng)驗(yàn), 但還沒有完全解決燒結(jié)煙氣脫硫的技術(shù)問題,沒有找到真正適合我國燒結(jié)煙氣脫硫的技術(shù)。在已投產(chǎn)的項(xiàng)目中,并沒有采用在電廠普遍采用的石灰石/ 石膏法脫硫技術(shù),而是廣泛采用了半干法脫硫技術(shù)。濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司和三明鋼鐵公司均采用了循環(huán)流化床脫硫技術(shù),石家莊鋼鐵公司采用密相干塔法脫硫技術(shù),包頭鋼鐵公司采用ENS 法脫硫技術(shù),柳州鋼鐵公司采用氨法脫硫技術(shù)[1 ] 。

2 　LS 氨法脫硫

2. 1 　LS 氨法脫硫工藝

LS 氨法脫硫工藝主要包括增壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、硫銨提取系統(tǒng)等。LS 氨法脫硫工藝流程見圖1。

(1) 增壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。配置的增壓風(fēng)機(jī)要與燒結(jié)系統(tǒng)壓力、流量等參數(shù)相匹配,進(jìn)而保證脫硫系統(tǒng)不影響燒結(jié)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行,同時(shí)在燒結(jié)工況發(fā)生變化的情況下,保證脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行和脫硫除塵指標(biāo)的達(dá)標(biāo)。

該脫硫裝置本體的阻力< 1 kPa , (一般在500 - 800 Pa) 。

(2) 脫硫系統(tǒng)。脫硫塔采用LS 塔,并在塔內(nèi)進(jìn)行特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。LS 塔具有脫硫除塵效果好,本體尺寸較小,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,系統(tǒng)流體阻力小,氣流(液流) 擾動(dòng)劇烈等特點(diǎn)。塔內(nèi)設(shè)置了縮擴(kuò)器、漩流器、折流板以及多層高效除霧器,這些特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有效解決氣- 液之間的傳熱傳質(zhì)問題,進(jìn)而達(dá)到脫硫除塵速度快、效率高的效果。多層高效除霧器能夠有效捕集氣溶膠粒子的逃逸,進(jìn)而有效解決氨氣逃逸污染環(huán)境和浪費(fèi)氨資源的問題。

脫硫塔底部設(shè)有沉降池和壓濾機(jī),該裝置可以有效實(shí)現(xiàn)不溶物的固- 液分離,一方面防止循環(huán)液噴嘴和管道的堵塞,另一方面可以進(jìn)一步消除重金屬對副產(chǎn)物的影響并實(shí)現(xiàn)固體的回收利用,達(dá)到固廢資源“零”排放的綜合效果。

(3) 硫銨提取系統(tǒng)。設(shè)置脫硫副產(chǎn)物回收利用系統(tǒng),并將分離水回收循環(huán)用于脫硫系統(tǒng)。脫硫副產(chǎn)物提取可以回收硫酸銨產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)脫硫副產(chǎn)物的商品化和效益化;副產(chǎn)物回收過程中產(chǎn)生的水考慮回收進(jìn)入氨水濃度調(diào)配器,實(shí)現(xiàn)水資源回收利用,達(dá)到工藝污水“零”排放的綜合效果。

2. 2 　LS 氨法脫硫反應(yīng)原理

該技術(shù)是運(yùn)用同步多功能脫硫、除塵及選擇性非催化部分還原法脫硝的一體化工藝技術(shù),整個(gè)反應(yīng)過程是在封閉循環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行的;NH3 與SO2 、NOX 的轉(zhuǎn)化反應(yīng)是在同一裝置中瞬時(shí)交叉反應(yīng)完成的,其終止物是硫酸銨,無二次污染。

2. 2. 1 　脫硫原理

氨極易溶于水,其化合物為NH3·H2O ,脫硫塔內(nèi)氨和SO2 反應(yīng)為[2 ] :

即:2NH3·H2O + SO2 = (NH4) 2SO3 + H2O

此反應(yīng)為瞬時(shí)反應(yīng),反應(yīng)率極高。獨(dú)特的設(shè)計(jì)避免了產(chǎn)生NH4HSO3 這一階段,大大地減少了氨的逃逸現(xiàn)象,使反應(yīng)時(shí)的溫度可提高到80 ℃以上,不加GGH 減少投資,降低了系統(tǒng)阻力,而且減少了自身系統(tǒng)的能耗。

對于循環(huán)液中存在少量未參與反應(yīng)的亞硫酸銨,通過系統(tǒng)中設(shè)置的富氧曝氣系統(tǒng)使得亞硫酸銨轉(zhuǎn)化為硫酸銨。

(NH4) 2SO3 + 1/ 2O2 = (NH4) 2SO4

2. 2. 2 　脫氮原理

煙氣中的NOX 主要是NO 和NO2 ,其中NO 占90 %以上。脫硫產(chǎn)生的(NH4 ) 2SO3 是一種還原劑,可以將煙氣中的NO 還原為N2[3 ] 。

2 (NH4) 2SO3 + 2NO = 2 (NH4) 2SO4 + N2

因此利用該原理可以不用催化裝置,就能去除一定量的 NO ,而且原料中含硫量越高,產(chǎn)生的(NH4) 2SO3 越多,脫氮的效率就越高。

2. 2. 3 　除塵原理

特殊設(shè)計(jì)的脫硫塔反應(yīng)器結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生多種效應(yīng),除了氨與NOX、SO2 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)外,粉塵進(jìn)入脫硫塔后,在循環(huán)液以及吸收塔的獨(dú)特設(shè)計(jì)共同作用下產(chǎn)生劇烈擾動(dòng),形成碰撞凝聚,使塵粒增大,同時(shí)也使塵粒表面由原來的氣- 固界面被液- 固界面代替,粉塵的表面由水膜代替氣膜,產(chǎn)生吸附、凝聚現(xiàn)象,并在塵粉間形成液橋,從而增強(qiáng)了亞微米粉塵捕集能力。在煙氣返向過程中,粉塵穿越雙層循環(huán)液膜時(shí)又進(jìn)一步增強(qiáng)了捕集效果,提高了除塵系統(tǒng)的總除塵效率。

2. 3 　LS 氨法脫硫技術(shù)的主要特點(diǎn)

(1) 脫硫效率高。在脫硫塔內(nèi),氨水與煙氣充分接觸,屬于氣- 液反應(yīng),瞬時(shí)完成,相同反應(yīng)條件下,是反應(yīng)速率最快的。

(2) 副產(chǎn)物(硫酸銨) 易于回收利用,具有良好的應(yīng)用價(jià)值,可以用來加工成復(fù)合化肥,或用作化工企業(yè)的原料[4 ] 。

(3) 同步多功能一體化。具有良好的脫硫和除塵功能, 同時(shí)具有一定的脫硝功能。

(4) 液氣比值小。與傳統(tǒng)的石灰石- 石膏法脫硫技術(shù)相比,液氣比值是石灰法的1/ 10 以上,可以大大減少自身能耗 (水、電消耗) ,減少總投資與運(yùn)行成本。

(5) 脫硫反應(yīng)溫度區(qū)間大。在40 - 180 ℃反應(yīng)塔內(nèi),脫硫效率依然能夠達(dá)到95 %以上。液體pH 值控制在生成 (NH4) 2SO3 的范圍之內(nèi),進(jìn)而降低了設(shè)備的腐蝕(已有反應(yīng)塔使用10 年以上的范例) 。運(yùn)行中一般控制在使循環(huán)液接近飽和結(jié)晶的濃度以下,使其在塔外結(jié)晶,有效避免堵塞現(xiàn)象。

(6) 適應(yīng)煙氣量和煙氣含硫量的變化。脫硫系統(tǒng)具有較高的可靠性及靈活性,當(dāng)煙氣量發(fā)生變化時(shí),控制系統(tǒng)自動(dòng)及時(shí)進(jìn)行脫硫劑濃度和量調(diào)節(jié)。當(dāng)脫硫劑濃度增加時(shí),系統(tǒng)采用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效防止氣體氨的逃逸,進(jìn)而避免脫硫劑的浪費(fèi)和可能造成的環(huán)境污染問題。

(7) 適應(yīng)煙氣中粉塵濃度的變化。系統(tǒng)具有高效除塵功能,煙氣中的粉塵在脫硫塔內(nèi)得到有效捕集,同時(shí),系統(tǒng)中設(shè)置了固液分離裝置,有效實(shí)現(xiàn)粉塵的回收再利用,也避免了系統(tǒng)內(nèi)粉塵雜質(zhì)沉淀和堵塞。

(8) 系統(tǒng)阻力小。由于LS 塔屬于噴射塔,塔本體阻力比填料塔阻力小,僅為填料塔阻力的1/ 3。經(jīng)過阻力計(jì)算以及多次實(shí)際應(yīng)用,測試證明塔本體阻力小于1 kPa。

3 　煙氣循環(huán)

為了進(jìn)一步節(jié)能減排,從主抽風(fēng)機(jī)后取出總煙氣量的 1/ 3 ,返回到燒結(jié)機(jī)中部料面罩內(nèi)。這樣,既可利用煙氣余熱,減少排入大氣的廢氣,又減少了脫硫系統(tǒng)處理的煙氣量。此技術(shù)經(jīng)實(shí)踐證明是可行的。對于燒結(jié)機(jī),當(dāng)廢氣的氧體積分?jǐn)?shù)大于17 %時(shí),返回作為燒結(jié)用熱風(fēng)對燒結(jié)礦的質(zhì)量無不良影響。該廢氣到達(dá)料面時(shí),氧體積分?jǐn)?shù)在20 %左右,可滿足燒結(jié)要求。燒結(jié)機(jī)中部料面罩設(shè)計(jì)得足夠大,可使足夠的自然空氣被吸入。另外,在燒結(jié)機(jī)中部料面罩內(nèi)保持一定的負(fù)壓,可防止循環(huán)廢氣外逸,防止環(huán)境污染與危害人身安全。

4 　結(jié)語

對于燒結(jié)機(jī)頭煙氣脫硫的問題,LS 氨法脫硫工藝和煙氣循環(huán)相結(jié)合是一種節(jié)能減排的新思路,該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用不僅在技術(shù)上是一個(gè)突破,而且還能創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

該技術(shù)正在萊蕪市九羊福利鐵廠1 # 、2 # 燒結(jié)機(jī)上實(shí)施, 工程計(jì)劃在2009 年10 月15 日投產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1 ]黃東升. 燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)探討. 燒結(jié)球團(tuán), 2008 ,33 (3) :6 - 10.

[2 ]葛能強(qiáng),邵永春. 濕式氨法脫硫工藝及應(yīng)用. 硫酸工業(yè),2006 (6) : 10 - 15.

[3 ]孟慶義,袁生. 濕式氨法脫硫在煙氣脫硫中的應(yīng)用. 氮肥技術(shù), 2007 ,28 (3) :32 - 34.

[4 ]岑望來,胡勇. 燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)現(xiàn)狀. 工業(yè)安全與環(huán)保, 2007 , 33 (7) :27 - 30.

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