摘要：柳鋼1#360m2燒結機氨法脫硫系統(tǒng)正四價硫氧化率低,易造成硫酸銨產率低及氣溶膠二次污染等問題。在正四價硫氧化動力學研究的基礎上,結合氨法脫硫工藝特點建立噴淋塔底部持液槽正四價硫氧化系統(tǒng)的數學模型。利用該模型對噴淋塔底部持液槽內正四價硫的氧化過程進行數值模擬,計算不同空氣量、總硫濃度和pH值等工藝條件對正四價硫的影響規(guī)律。根據計算結果對柳鋼1#360m2燒結機氨法脫硫正四價硫氧化系統(tǒng)進行改造,通過空氣鼓風實現正四價硫的強制氧化。系統(tǒng)改造后的運行結果表明,正四價硫的氧化率為94.3%～97.8%,氨法脫硫系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和經濟性得以提高。

0 引言

鋼鐵工業(yè)煙氣是除燃煤煙氣外的又一主要SO2排放源。煙氣脫硫是控制SO2排放的有效手段，其中氨法脫硫以氨( NH3·H2O) 為脫硫劑吸收煙氣中的SO2，在控制SO2污染的同時可實現硫資源的回收，應用前景廣闊。柳鋼1#360 m2燒結機脫硫采用氨法脫硫技術，利用焦化廠副產物氨為脫硫劑吸收煙氣中的SO2，實現以廢治廢。新出臺的《鋼鐵燒結、球團工業(yè)大氣污染物排放標準》( GB 28662—2012) 和《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案( 征求意見稿) 》等標準對鋼鐵燒結煙氣中SO2、顆粒物等污染物的排放濃度限值有了更為嚴格的規(guī)定。柳鋼氨法脫硫系統(tǒng)建成于2007 年，盡管脫硫效率能夠滿足當前的排放標準，但是噴淋塔底部的持液槽未設置空氣鼓泡氧化系統(tǒng)，脫硫副產物正四價硫( ( NH4 ) 2SO3，NH4HSO3 )的氧化率不高( 約70%) 。( NH4 ) 2SO3和NH4HSO3的熱穩(wěn)定性較差，分解溫度約60 ～ 70 ℃，當循環(huán)噴淋漿液在吸收區(qū)與熱煙氣接觸時，液相中的正四價硫受熱分解成為SO2和NH3，一方面造成脫硫效率和硫酸銨產率的下降，另一方面SO2、NH3和水蒸氣在凈煙氣中反應生成氣溶膠顆粒，形成二次污染。因此，對柳鋼1#360m2燒結機配套的氨法脫硫正四價硫氧化系統(tǒng)進行改造，是提高該氨法脫硫系統(tǒng)運行穩(wěn)定性及抑制氣溶膠逃逸的關鍵。

為了防止液相中顆粒物沉積，柳鋼燒結煙氣氨法脫硫系統(tǒng)的噴淋塔底部持液槽中設有脈沖懸浮管，在此脈沖懸浮管的基礎上增設氧化風機即可實現副產物( NH4 ) 2 SO3和NH4 HSO3的強制氧化。氨法脫硫副產物( NH4 ) 2SO3和NH4HSO3的氧化受氧化空氣量、漿液pH 值、漿液濃度和停留時間等因素的綜合影響。課題組前期結合氨法脫硫工藝特點，對正四價硫氧化動力學過程進行了實驗研究，建立了正四價硫氧化動力學方程，明確了各主要因素對正四價硫氧化速率的影響規(guī)律。另外，為了推進氨法脫硫正四價硫氧化系統(tǒng)設計和運行的精確化控制，建立了氨法脫硫持液槽正四價硫的數學模型，計算不同正四價硫濃度、總硫濃度、停留時間和氧化空氣量等條件下正四價硫的氧化率。

因此，本文在前期氨法脫硫正四價硫氧化動力學研究的基礎上，建立了數學模型對柳鋼1#360m2燒結機配套的氨法脫硫系統(tǒng)正四硫氧化過程進行數值模擬，為氨法脫硫正四價硫氧化系統(tǒng)的改造和運行提供理論和技術基礎。

1 柳鋼1#360m2燒結煙氣氨法脫硫系統(tǒng)

柳鋼1#360m2燒結機配套建設的氨法脫硫系統(tǒng)由預洗滌塔和噴淋吸收塔組成。燒結煙氣從頂部進入預洗塔并與噴淋而下的漿液順流接觸，漿液與熱煙氣發(fā)生熱量交換而被蒸發(fā)、濃縮，煙氣溫度從100～140 ℃下降至55～70 ℃，降溫后的煙氣接著進入噴淋吸收塔并折轉向上與噴淋而下的漿液逆流接觸，煙氣中的SO2被吸收進入液相，凈煙氣經除霧后排入大氣，吸收了SO2的漿液落入噴淋塔底部的持液槽。柳鋼1#360 m2燒結煙氣氨法脫硫系統(tǒng)主要結構和運行參數如表1 所示。

2 數學模型

2.1 模型假設

( 1) 持液槽液相中離子均勻混合;

( 2) 持液槽液相中離子及化學反應處于平衡狀態(tài);

( 3) 氧化空氣氣泡直徑分布均勻。

2.2 數學模型

噴淋塔底部持液槽示意圖如圖1 所示。

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