氨法脫硫技術在燒結煙氣治理領域應用研究
摘要:LS 氨法煙氣脫硫技術是一種在傳統基礎上進行改進的濕法煙氣脫硫技術。以66 m2 燒結機煙氣治理方案為例, 分析LS 氨法煙氣脫硫技術各項技術指標,同時對該方法脫硫技術特點、經濟運行進行全面分析。通過論述得出結論, LS 氨法煙氣脫硫技術是一種適合于冶金行業燒結機煙氣治理的一項濕法技術。
關鍵詞:LS 氨法,燒結煙氣,脫硫
1 概述
我國鋼鐵行業燒結煙氣的治理主要集中在除塵方面,隨著環保要求的日益提高,尤其對二氧化硫的排放濃度與排放總量進行了嚴格控制以后,燒結煙氣脫硫逐漸引起了企業的重視。
我國煙氣脫硫的研究與工程應用在20 世紀70 年代開始,但真正近20 年才進入了高速發展期,這期間主要集中在電廠的鍋爐煙氣脫硫。鋼鐵行業進行燒結機的煙氣脫硫從2003 年后才逐漸走上日程,經過5 年的發展,目前國內上馬燒結機煙氣脫硫工程的鋼鐵企業已經有10 余家,涉及燒結機有20 余臺。
從電廠鍋爐應用的經驗來看,成熟的煙氣脫硫技術主要有干法和濕法兩種。干法的主要代表工藝有循環流化床工藝、密相干塔工藝、NID 工藝;濕法的主要代表工藝有石灰石- 石膏法、氨法脫硫工藝、鎂法脫硫工藝。與此相對應的燒結煙氣脫硫技術也主要以這兩種脫硫工藝為主,以上提到的兩種工藝均有在國內鋼鐵企業燒結機應用的實例。濕法脫硫、半干法脫硫工藝技術參數見表1。
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干法與濕法兩種脫硫工藝均有比較明顯的優缺點:干法脫硫工藝投資小、占地面積小、運行費用低但同時也有運行不穩定,脫硫效率不高的特點。濕法脫硫工藝占地面積大、投資大、容易腐蝕但運行穩定、脫硫效率高。本文主要針對濕法煙氣脫硫技術中LS 氨法技術進行介紹。
2 LS 氨法脫硫技術特點
氨法脫硫技術從20 世紀70 年代開始投入應用, 已經有了很大的更新,在實際應用過程中逐步進行改進。LS 氨法脫硫技術是在不斷的探索之后形成的成熟氨法脫硫技術,已經在鍋爐煙氣的治理中得到了非常廣泛的應用。
LS 氨法脫硫反應原理屬于瞬時反應,具有多種功能既能脫硫、脫硝,又能除塵,在系統流程上采用循環密閉系統,并設有防氨泄露安全等有效措施。具體技術特點:
1) 脫硫效率高。在脫硫塔內,氨水與煙氣充分接觸,屬于氣- 液反應,瞬時完成,相同反應條件下,是反應速率最快的。
2) 副產物(硫酸銨) 易于回收利用,具有良好應用價值。可以應用作農業肥料,用來加工成復合化肥, 或用作化工企業的原料。
3) 同步多功能一體化。具有良好的脫硫和除塵功能,同時具有一定的脫硝功能。
4) 液氣比值小。與傳統的石灰石- 石膏法脫硫技術相比,液氣比值是石灰法的1P10 以上,可以大大減少自身能耗(水、電消耗) ,減少設備總投資與運行成本。
5) 脫硫反應溫度區間可變范圍大。在40 ～ 180 ℃反應塔內,脫硫效率依然能夠達到95 %以上。液體pH 值控制在生成(NH4 ) 2SO3 范圍之內,進而降低了設備的腐蝕(已有反應塔使用10 年以上的范例) 。循環液的溫度越高,硫銨的溶解度越大,運行中一般控制在使循環液接近飽和結晶的濃度以下,使其在塔外結晶,有效避免堵塞現象。
6) 適應煙氣量和煙氣含硫量的變化。脫硫系統具有較高的可靠性及靈活性,當煙氣量發生變化時, 控制系統自動及時進行脫硫劑濃度和量調節。當脫硫劑濃度增加時,系統采用獨特的結構設計有效防止氣體氨的逃逸。進而避免脫硫劑的浪費和可能造成的環境污染問題。
7) 適應煙氣中粉塵含量的變化。系統具有高效除塵功能,煙氣中粉塵在脫硫塔內得到有效捕集,同時,系統中設置了固液分離裝置,有效實現粉塵的回收再利用,也避免了系統內粉塵雜質沉淀和堵塞。
8) 系統阻力小。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1P3 ,一般為 500～800 Pa 。經過塔本體阻力計算以及多次實際應用,測試證明LS 塔本體阻力均小于1 000 Pa ,一般在 500～800 Pa 。
3 方案分析
3.1 項目概述
某鋼廠66 m2 燒結機煙氣脫硫工藝方案,單臺燒結機的煙氣量為297 000 m3Ph ,煙氣中二氧化硫含量設計值為2 500 mgPm3 ,煙氣中粉塵含量為200 mgPm3 。項目建成后,二氧化硫的排放濃度小于100 mgPm3 ,粉塵排放濃度小于50 mgPm3 。每年可以減少二氧化硫排放7 171 t ,減少粉塵排放448 t ,能夠生產硫銨產品 114 萬t 。
3.2 工藝路線
本項目采用LS 氨法脫硫工藝。本工藝具有脫硫效率高、投資省、運行費用低等優點。脫硫效率能夠達到95 %以上。脫硫除塵后能夠達到國家最新的鋼鐵工業污染物排放標準和清潔生產標準(鋼鐵行業) , 采用單臺燒結機配套一套煙氣脫硫裝置。具體的工藝過程主要包括:
1) 氨水儲存輸送系統。根據鋼鐵廠的實際情況, 可以應用德勝鋼鐵公司焦化廠的剩余氨水。用量不足的部分,可以進行外購,用罐車輸送至廠區氨水儲存系統中,進行調氨處理以備工藝應用。
2) 煙氣系統。通過新設增壓風機引出燒結煙氣, 煙氣經煙道至脫硫塔。在原有煙囪前和脫硫塔前分別設置擋板門,用于燒結機運行期間脫硫裝置的隔斷和維護。FGD 配置一臺用于克服自身阻力的增壓風機,以保證燒結機的正常運行。新配置的增壓風機選型要與燒結系統壓力、流量等參數相匹配,進而保證脫硫系統不影響燒結系統的正常穩定運行,同時在燒結工況發生變化的情況下,保證脫硫系統正常運行和脫硫除塵指標的達標。煙道設置保溫,防止煙氣溫度低于酸露點對煙道產生腐蝕。
3) 脫硫吸收系統。調配一定濃度的氨水,通過噴霧反應段,與煙氣中的SO2 充分反應,生成亞硫酸銨溶液,流入循環液池。亞硫酸銨溶液氧化風機的不斷充氧氧化為硫酸銨溶液。脫硫吸收塔內部有特殊結構設置,用于捕集粉塵、以及可能的逃逸氣溶膠。在脫硫塔底部設有循環泵,用于吸收液的循環泵,循環泵為離心泵,葉輪由防腐耐磨材料制成。
4) 工藝水及廢水處理系統。從燒結廠廠區供水系統引接至FGD ,分別接至工藝水箱及部分用水點。本工藝沒有廢水排放。氨水需要用水來調配一定濃度;在脫硫過程中會由于煙氣的顯熱,焓差使水蒸發損耗要補充的水;清洗塔內設備工藝水分兩路:一路送到工藝系統,另一路送到水池補水,所有工藝水不外排,循環使用,整個系統中只有補水,沒有排水。所有水量均由控制系統進行控制。
5) 脫硫副產物硫酸銨提取系統。從脫硫塔底部洗滌下來的粉塵進入洗滌液中,并進入沉降池內,在沉降池內通過泵送,進入壓濾機,壓濾后得到泥餅和清液。泥餅通過汽車運輸到燒結原料場,回收用作燒結原料,以便回收其中的有用金屬;清液通過泵送進入循環池內,循環用于煙氣脫硫系統。該系統裝置不造成固廢排放和污水排放。
從曝氣氧化池中泵送來的硫酸銨溶液進入到脫硫副產物硫酸銨提取系統。
鑒于燒結煙氣中含有重金屬(如As 等) 可能造成脫硫副產物質量的影響,本系統設計有重金屬處理備用系統。以便于應對今后國家對燒結煙氣重金屬處理要求及農用化肥中重金屬含量要求。
6) 給排水系統。根據主體工藝的特點,此系統只有給水,沒有排水。給水排水系統的設置將包括:生活給水系統及排水系統、生產消防給水系統、雨水排放系統。
7) 采暖、通風系統。對采暖、通風、空調的要求根據當地標準要求,進行設計。有特殊工作條件要求, 盡量符合業主要求,本著節能、增效進行設計。燒結煙氣脫硫系統,有以上分系統組成,具體的流程如圖1。
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3.3 治理前后污染物排放對比
目前現場并沒有進行煙氣脫硫的治理,該工程建成后將會大大降低燒結機的污染狀況,項目投產前后的污染物排放對比見表2。
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3.4 成本分析
該項目成功達產后,生產硫氨產品可以外銷,目前硫氨產品在市場屬于緊俏商品。因此項目投產后, 有一定的利潤,經濟效益明顯。可年產硫銨14 760 t , 則本項目達產后年營業收入為1 328萬元。另外,該項目投產后,每年可節約SO2 排污費450 萬元,節約粉塵排污費11 萬元。折算后,該項目可帶來的每年收入為1 791萬元,燒結廠煙氣脫硫年成本1 600萬元, 每年可盈利190 萬元。
從以上的分析可以看出,LS 氨法脫硫技術不同于以往的環保建設項目,該項目建成投產后具有明顯的經濟效益,同時減少了二氧化硫的排放又具有明顯的社會與環境效益,一舉三得。
4 煙氣脫硫工藝選擇依據
鋼鐵企業進行燒結煙氣脫硫工程勢在必行,具體選用何種工藝要根據各自的情況酌情而定,這其中要注意以下幾點參考:
1) 是否有適合的脫硫場地。對于新建燒結廠均有比較富裕的脫硫場地,可以同時滿足干濕兩種脫硫技術。但對于老廠改造,就面臨場地緊張,要求布置更加靈活的脫硫工藝。
2) 吸收劑來源。吸收劑可以主要有石灰(熟石灰) 、液氨、碳酸鎂等,鋼鐵企業要根據自身的情況而定,同時也受到地域限制。
3) 燒結機工況條件。燒結機生產工況條件各有不同,從調研情況看燒結煙氣中二氧化硫的含量從 200～5 000 mgPm3范圍內波動,上下相差比較明顯,也決定了選用何種脫硫工藝。
4) 脫硫副產物的處置。脫硫副產物如果處理不當很容易造成二次污染,因此脫硫副產物的處置至關重要。
5 結論和建議
1) 鋼鐵企業的焦化廠剩余氨水是否能滿足燒結機氨法脫硫的需要,需要進一步科研攻關,同時在現有的現場條件下挖掘新的氨源。
2) 需要預先測定燒結除塵灰中微量元素的含量, 以保證脫硫產物的品質,為脫硫產物的再利用消除隱患。
參考文獻
[ 1 ] 李奇勇. 燒結煙氣半干法選擇性脫硫新技術應用[J ] . 環境工程,2008 ,26 (2) :729.
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