寶鋼股份有限公司三燒結脫硫技術
摘要:寶鋼股份有限公司三燒結脫硫采用氣噴旋沖脫硫技術，主要介紹了寶鋼三燒結脫硫系統工作原理，技術特點，以及運行時的關鍵參數等。
關鍵詞:燒結煙氣,脫硫,氣噴旋沖塔
眾所周知，在我國因SO2 排放而形成的酸雨危害日益嚴重，每年造成數千億的經濟損失，SO2 及酸雨污染已成為制約我國經濟和社會發展的重要因素。 “十一五”期間，SO2 減排成為環保工作的重點。鋼鐵行業是SO2 排放的主要行業之一，特別是燒結生產工序的SO2 排放總量占到鋼鐵行業SO2 排放總量的 50% ，解決好燒結工序的SO2 減排，就是抓住了鋼鐵行業SO2 減排工作的重點，將為鋼鐵行業完成 “十一五”規劃中要求的SO2 減排任務打下堅實的基礎。
為削減寶鋼SO2 排放總量，從源頭上控制污染物的產生，寶鋼分公司煉鐵廠三燒結增設1 套煙氣脫硫裝置，該裝置核心技術采用寶鋼股份研究院的氣噴旋沖塔濕式石灰石－ 石膏法。
1 工程概況和主要設計參數
1. 1 工程簡述
本工程由寶鋼工程技術公司采用總承包( EPC) 方式建設，建設規模按滿足1 臺495 m2 燒結機產生煙氣全量處理要求，煙氣處理量為115 × 104 ～ 145 × 104 m3 / h( 標干煙氣量) ，脫硫效率按大于90% 設計。項目于2007 年11 月動工，2008 年10 月調試成功，目前運行穩定。
1. 2 主要設計參數
寶鋼三燒結脫硫系統主要設計參數見表1。
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2 工藝流程及工藝原理
2. 1 工藝流程
系統工藝流程如圖1 所示。
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來自燒結廠引風機的煙氣，經增壓風機增壓后進入冷卻器。在冷卻器中，原煙氣被工業水和來自吸收塔的漿液冷卻，然后進入噴射管，將煙氣以一定壓力導入吸收塔石灰石漿液面以下的區域，形成鼓泡區和反應區。在鼓泡區和反應區發生一系列反應后，凈化后的煙氣通過上升管排出。從吸收塔排出的煙氣經裝在煙道上的除霧器除去水霧，然后排出煙囪。氧化空氣吸收塔攪拌器頂部進入到漿液，被攪拌器葉輪打散后分配到漿液中，將亞硫酸鈣氧化為硫酸鈣，并結晶成石膏排出吸收塔。
2. 2 工藝原理
2. 2. 1 化學原理
煙氣經噴射管噴入吸收塔漿池后與石灰石漿液充分接觸，使氣液兩相高度旋沖混合，以漿液為連續相氣體為高度分散相進行氣液傳質，煙氣中SO2 與碳酸鈣進行反應，生成亞硫酸鈣。大部分亞硫酸鈣在吸收塔漿液池中與氧化風機供給的氧氣發生反應，生成石膏。
2. 2. 2 物理原理
來自鍋爐引風機的煙氣，經增壓風機增壓后進入冷卻器，在冷卻器中煙氣被冷卻，然后通過氣噴旋沖管噴射到石灰石漿液液面以下。吸收塔中的漿液分為兩部分:鼓泡區和反應區。鼓泡區是一個由大量不斷形成和破碎的氣泡組成的連續氣泡層。當原煙氣流經噴射管進入漿液內部時產生氣泡，從而形成氣泡層。在鼓泡區，形成了很大的氣—液接觸區，在這個區域中，煙氣中的SO2 溶解在氣泡表面的液膜中。煙氣中的飛灰也在接觸液膜后被除去。氣泡的直徑從 3 ～ 20 mm 不等。大量的氣泡產生了巨大的接觸面積，使噴射鼓泡塔成為一個非常高效的多級氣—液接觸器。鼓泡區氣泡迅速不斷的生成和破裂使氣—液接觸能力進一步加強，從而不斷產生新的接觸面積，同時將反應物由鼓泡區傳遞至反應區，并使新鮮的吸收劑與煙氣接觸［1］。反應區在鼓泡區以下，石灰石漿液直接補入反應區。在此區域發生的化學反應有氧化空氣在漿液中被充分溶解;在鼓泡區沒有被氧化的亞硫酸被氧化成硫酸;石灰石溶解;石灰石與硫酸中和;石膏晶體生成。
3 寶鋼分公司三燒結脫硫技術特點
1)吸收塔前設置二級冷卻器對煙氣進行降溫。
由于原煙氣最高溫度可達150 ℃，考慮到煙氣脫硫最佳反應活性以及塔內防腐材料的安全性，因此采用寶鋼股份研究院專門針對燒結煙氣特征而研發的二級冷卻器對煙氣進行降溫處理。二級冷卻器由兩段組成，前段為耐腐蝕合金鋼制作，后段材料為普通碳鋼，內稱玻璃鱗片防腐。每段冷卻器中均布有冷卻管噴嘴，噴嘴的霧化粒徑越細，水滴的比表面積越大，降溫效果越好;噴嘴的布置在滿足冷卻器截面覆蓋率的同時，盡可能減小了相鄰噴流的干涉區域，如果噴嘴布置不當，會使相鄰兩股氣霧在運動過程中相互碰撞聚成較大液滴，從而影響降溫效果;冷卻器越長，氣液接觸的時間越長，有利于熱量傳遞，但工程實際中往往會受到空間限制，不能隨意加長。本工程中冷卻器長度為22 m，出口平均溫度保持在70 ℃ 以下，降溫效果良好。
冷卻器在為煙氣降溫過程中，還可除去大部分 HF，HCl，SO3 和大顆粒的煙塵，減輕了后續設備的防腐壓力。
2)具有自主知識產權的氣噴旋沖吸收塔技術。
氣噴旋沖塔由進氣段、氣噴管、上升管、溢流管、隔板、緩沖段和吸收塔漿池組成。氣噴管布置采用最優化設計，對氣噴管的內徑、排氣孔結構、開孔率、氣噴管相互間的間隔等參數都具有嚴格的要求，從而使煙氣在管內形成強力的旋轉氣流，沿排氣孔高速、旋轉噴出，在排氣孔周圍形成一強烈干涉的氣液兩相湍流區，加強了氣液兩相的擾動和破碎效果，因此，在煙氣 SO2 濃度較低情況下，仍能保持較高的脫硫效率。本工程煙氣入口SO2 平均濃度為400 mg /m3 ，脫硫效率基本保持在90% 以上。同時，即使煙氣工況在短時間內大幅度變化，系統仍能運行穩定，且保證脫硫率。
4 工程運行主要經濟指標
寶鋼分公司三燒結脫硫主要經濟指標見表2。
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5 系統運行的主要參數
5. 1 入塔煙氣溫度
入塔煙氣溫度對脫硫影響很大，入塔溫度升高，脫硫效率急劇下降，因為過高的溫度會影響SO2 的傳質吸收和化學反應活性。同時，溫度過高也會對塔內的防腐內襯材料造成不利的影響。入塔溫度主要靠塔前煙氣冷卻器噴水量來控制，而且噴嘴的布置對冷卻效果的影響也很大。一般入塔煙氣溫度控制在70 ℃以下。
5. 2 吸收塔內pH 值
pH 值高，有助于SO2 吸收，但易形成軟垢。pH 值低，利于脫硫劑的溶解，以及鈣的利用，但脫硫率較低。運行時發現，漿液pH 值在4. 0 以下時，脫硫效率急劇下降; 漿液pH 在5. 0 以上時，脫硫效率在 90% 以上，pH 值超過5. 3 以后，脫硫效率增加趨于平緩，因此，一般保持漿液pH 在5. 0 ～ 5. 3 之間。漿液 pH 值主要靠石灰石漿液的補給和石膏的排出進行控制。
5. 3 塔內液位高度，氣噴管浸沒深度
氣噴管浸沒深度會影響脫硫率:浸沒深度越深，脫硫率越高，但吸收塔壓差增大，增壓風機能耗增多; 浸沒深度淺，氣體與液體接觸時間短，氣液傳質推動力減小，脫硫效率低。系統運行時氣噴管浸沒深度在 150 mm 時，脫硫效率可以達到85% ;浸沒深度在250 mm 時，脫硫效率可以達到90% ;調節塔內漿液高度可以控制氣噴管的浸入。吸收塔漿液液位通過石灰石供漿泵、石膏排漿泵、吸收塔排空系統、沖洗系統等控制，通過專門的控制程序自動調整，實現液位的平衡和穩定。
5. 4 漿液中吸收劑濃度
本工程吸收劑采用石灰石粉末:從原料廠來的石灰石泥餅倒入泥漿池，與回收水混合后經泥漿泵打入磨機，在此被研磨至325 目以上的石灰石粉末，然后被收集于石灰石供漿箱，根據需要被供往吸收塔中。運行中，我們發現即使石灰石顆粒在250 目左右，也能維持較高的脫硫率。通常吸收劑濃度保持在 1. 075 ～ 1. 085 g / cm3 左右。
6 結論
1) 寶鋼分公司三燒結脫硫系統對煙氣量波動具有較好的自適應能力，運行時發現，當處理煙氣量為設計煙氣量50% ～ 150% 時，均能保證較高脫硫效率和除塵效率。
2) 氣噴旋沖煙氣脫硫技術專門針對燒結煙氣脫硫研發，針對性強，系統運行穩定，抗干擾能力好。
參考文獻
［1 ］ 單選戶，薛寶華. CT-121 鼓泡式吸收塔煙氣脫硫工藝技術介紹［J］. 工程建設與設計，2004(8) :9-12.
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