循環(huán)流化床脫硫工藝在燒結(jié)煙氣凈化中的應(yīng)用

陳智龍

摘 要：文章通過對循環(huán)流化床脫硫工藝的原理進(jìn)行介紹，并對循環(huán)流化床脫硫工藝的流程作簡要分析，說明了循環(huán)流化床脫硫工藝在燒結(jié)煙氣凈化中的應(yīng)用情況，并對其應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行研究，為燒結(jié)煙氣的凈化提供一份可參考的資料。根據(jù)循環(huán)流化床脫硫工藝在燒結(jié)煙氣凈化中的應(yīng)用進(jìn)行分析，能夠發(fā)現(xiàn)循環(huán)流化床脫硫技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如除塵效率極高、運(yùn)行成本比較低等，應(yīng)該在工業(yè)上得到廣泛的推廣，并進(jìn)行深入的研究。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床脫硫工藝；燒結(jié)煙氣凈化；應(yīng)用

我國經(jīng)濟(jì)得到了飛速發(fā)展，人民的生活水平得到了日益提高，但是隨之而來一個(gè)不容忽視的問題是環(huán)境污染現(xiàn)象日益嚴(yán)重。環(huán)境污染主要包括固體污染、水污染以及大氣污染三個(gè)方面。其中，因?yàn)榭諝庋h(huán)流動(dòng)的特點(diǎn)，大氣污染的受災(zāi)面更為廣泛，而后果也更為嚴(yán)重。我國剛剛由工業(yè)社會轉(zhuǎn)向信息社會，前幾年的粗放型工業(yè)生產(chǎn)，對大氣的污染極為嚴(yán)重。

我國針對這種現(xiàn)象，提出工業(yè)的集約型發(fā)展，并大力地打擊了廢棄排放嚴(yán)重的重型工廠。雖然我國已經(jīng)步入了信息化社會，但是我國的國民經(jīng)濟(jì)中，仍然有工業(yè)的很大一個(gè)分量。在大氣污染中，SO2污染是比較嚴(yán)重的一種，而鋼鐵工業(yè)進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，極易產(chǎn)生SO2氣體。為了降低SO2氣體的排放量，應(yīng)該在工業(yè)中實(shí)施脫硫工藝。

1 脫硫工藝的發(fā)展簡述

鋼鐵燒結(jié)過程中產(chǎn)生的煙氣中SO2的含量比較波動(dòng)、含水量比較大，同時(shí)煙氣中有許多具有強(qiáng)腐蝕性的氣體，例如HF。這種特點(diǎn)對脫硫技術(shù)的要求比較高。20世紀(jì)70年代，日本出現(xiàn)了第一套燒結(jié)煙氣脫硫裝置，之后世界各國進(jìn)行了引入與改進(jìn)。如今，主要使用的脫硫技術(shù)有硫酸銨法、旋轉(zhuǎn)噴霧干法以及循環(huán)流化床法等。我國的脫硫技術(shù)水平比較低，所采用的燒結(jié)煙氣脫硫裝置，有許多問題的出現(xiàn)，例如運(yùn)轉(zhuǎn)成本高、維護(hù)工作多、故障發(fā)生頻繁等。基于這個(gè)背景，本文對循環(huán)流化床脫硫工藝做了一些介紹。

2 循環(huán)流化床脫硫工藝的運(yùn)行原理

循環(huán)流化床脫硫工藝是在電場脫硫的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)而得的。

這套工藝的主要流程為：

第一步，將生石灰制成消石灰，涉及到的化學(xué)反應(yīng)方程式為CaO+H2O=Ca（OH）2。

第二步，利用Ca（OH）2即消石灰，將以SO2以及SO3為主要成分的煙氣進(jìn)行吸收。

第三步，煙氣在裝置中進(jìn)行循環(huán)吸收。第二步和第三步主要涉及到的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

2Ca（OH）2+2SO2=（CaSO3）2·H2O+H2O；

Ca（OH）2+CO2=CaCO3+H2O；

2Ca（OH）2+2SO3=（CaSO4）2·H2O+H2O；

（CaSO3）2·H2O+O2=（CaSO4）2·H2O；

2HF+Ca（OH）2=2H2O+CaF2；

當(dāng)溫度大于120 ℃，一般會有這個(gè)反應(yīng)發(fā)生：

2HCl+2Ca（OH）2=CaCl2·Ca（OH）2·2H2O。

3 循環(huán)流化床脫硫工藝的系統(tǒng)構(gòu)成

一個(gè)典型的脫硫系統(tǒng)包括了煙道系統(tǒng)（含脫硫引風(fēng)機(jī)、進(jìn)出口風(fēng)擋及清潔煙氣循環(huán)系統(tǒng)）、脫硫塔系統(tǒng)（吸收塔系統(tǒng)）、布袋除塵器系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、吸收劑系統(tǒng)（消石灰制備系統(tǒng)與消石灰加入系統(tǒng)）、物料循環(huán)及外排系統(tǒng)（氣力輸送系統(tǒng)與脫硫灰?guī)煜到y(tǒng)）、流化風(fēng)、壓縮空氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，如圖1所示。

3.1 煙道系統(tǒng)

這個(gè)系統(tǒng)由四部分組成，分別是進(jìn)口、出口、循環(huán)煙氣煙道，還有相對應(yīng)的風(fēng)擋，還包括增壓風(fēng)機(jī)。當(dāng)工藝系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，進(jìn)口以及出口的煙氣風(fēng)擋都要設(shè)置為開啟狀態(tài)，煙氣通過進(jìn)口煙氣煙道進(jìn)入到吸收塔之中，然后在吸收塔之內(nèi)發(fā)生上文中所提到的各種化學(xué)反應(yīng)；之后，煙氣經(jīng)過后端的除塵器后通過煙囪排放。當(dāng)燒結(jié)的風(fēng)量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，應(yīng)該將煙氣的循環(huán)煙道風(fēng)擋進(jìn)行關(guān)閉；而所處的狀態(tài)極不穩(wěn)定時(shí)，則應(yīng)該將循環(huán)煙道風(fēng)擋適度打開，保持煙氣的流量，以防止煙氣量不足致使“塌床”等嚴(yán)重后果，對整個(gè)工藝系統(tǒng)造成破壞。脫硫增壓風(fēng)機(jī)主要是對脫硫除塵系統(tǒng)引起的阻力損失進(jìn)行補(bǔ)償。脫硫增壓風(fēng)機(jī)一般采用離心風(fēng)機(jī)，其壓力和流量主要通過入口調(diào)節(jié)風(fēng)擋的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，能在脫硫除塵系統(tǒng)正常運(yùn)行可能發(fā)生的最大流量、最大壓力、最高溫度下正常運(yùn)行，且無過量的振動(dòng)和波動(dòng)。

3.2 吸收塔系統(tǒng)

該系統(tǒng)是SO2與SO3氣體的主要反應(yīng)場所，主要是將氣體進(jìn)行脫硫。吸收塔內(nèi)部為空塔，下部為文丘里孔，一般文丘里的流速控制在30～50 m/s（以防塌床）。吸收劑、循環(huán)脫硫灰在文丘里以上的塔內(nèi)進(jìn)行第二步的充分反應(yīng)，生成副產(chǎn)物CaSO3·1/2H2O，此外還有與SO3、HF和HCl反應(yīng)生成相應(yīng)的副產(chǎn)物CaSO4·1/2H2O、CaF2、CaCl2·Ca（OH）2·2H2O等。吸收塔的結(jié)構(gòu)應(yīng)該要設(shè)置簡單，并能夠很方便地對它進(jìn)行操作與維修，同時(shí)應(yīng)該控制制作成本。另外，吸收塔的內(nèi)部必須要保持空闊，對反應(yīng)后沉積的物料應(yīng)該做到及時(shí)清理，以防止吸收塔空間被占用，影響到吸收效率。

3.3 脫硫后除塵系統(tǒng)

煙氣中不僅含有有害氣體，而且存在著大量的粉塵，吸收塔出口煙氣粉塵濃度高達(dá)5 00～1 000 g/Nm3，當(dāng)煙氣經(jīng)過脫硫之后，有害氣體得到了有效的吸收，但是，煙氣中的粉塵并沒有被吸收掉，如果直接排除，也會對大氣造成污染。因此在吸收塔后面，設(shè)置了除塵器，將粉塵進(jìn)行有效吸收。一般來講，除塵系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置為布袋式。布袋除塵具有較大的優(yōu)勢，經(jīng)布袋除塵后的煙氣粉塵濃度可降到≤30 mg/Nm3。

3.4 工藝水系統(tǒng)

一般有工藝水箱、水泵以及噴槍等設(shè)備。利用工藝水系統(tǒng)，在吸收塔文丘里孔上方噴入水，將煙氣溫度保持到煙氣露點(diǎn)溫度以上約15 ℃，從而使得SO2與Ca（OH）2的反應(yīng)轉(zhuǎn)化為可以瞬間完成的離子型反應(yīng)。使煙氣中的SO2與消石灰充分反應(yīng)而脫除。

3.5 吸收劑制備系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要功能是對Ca（OH）2即消石灰的吸收劑的制備，并將制備好的吸收劑傳輸?shù)轿账小?/p>

3.6 物料循環(huán)及外排系統(tǒng)

在吸收塔的各種反應(yīng)后，因?yàn)樵O(shè)備煙氣吸收率的限制以及反應(yīng)時(shí)間等的影響，吸收劑會有很大一部分殘留，如果直接排出，會對物料造成極大的浪費(fèi)。因此，通過該系統(tǒng)，將未反應(yīng)完全的物料通過除塵器進(jìn)行收集，并重新反送到吸收塔之中。這樣會對脫硫效率以及物料的利用率進(jìn)行提高，但循環(huán)量受煙氣量限制。

3.7 控制系統(tǒng)

主要是對設(shè)備的用電、照明以及物料等進(jìn)行控制，過程中采用的測量儀器主要有料位計(jì)以及壓力計(jì)等。

4 循環(huán)流化床脫硫工藝的應(yīng)用特點(diǎn)

①工藝的整個(gè)流程比較簡單，設(shè)備的占地面積也比較小，系統(tǒng)的布局比較合理，有助于對工藝進(jìn)行集中的操控、管理以及維護(hù)，增加系統(tǒng)運(yùn)行的效率，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

②脫硫系統(tǒng)可以采用一機(jī)一塔，增加脫硫的效率，同時(shí)減輕酸性氣體對設(shè)備的腐蝕，使得企業(yè)不需要對設(shè)備增加方法措施，從而降低了設(shè)備的維護(hù)成本，促進(jìn)了技術(shù)成本的有效控制。

③將脫硫系統(tǒng)與除塵系統(tǒng)設(shè)置為獨(dú)立運(yùn)行的存在，避免兩個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過程的干擾。同時(shí)，脫硫系統(tǒng)可以對塵粒進(jìn)行預(yù)處理，減輕了除塵系統(tǒng)的工作量，增加了除塵效率。

④脫硫劑也可以選用生石灰，能夠?qū)σ恍A金屬以及重金屬進(jìn)行吸收。

⑤整個(gè)系統(tǒng)最終將煙氣吸收，而排除的產(chǎn)物主要為CaSO4以及CaSO3，沒有廢水產(chǎn)生，不會對環(huán)境造成污染。另外，脫硫產(chǎn)物能夠經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)，制作為混凝土的緩凝劑等有用物質(zhì)，通過與鋼渣的綜合處理，不僅將污染的情況進(jìn)行了有效地減少，還有效的增加了脫硫產(chǎn)物的附加值。

⑥系統(tǒng)具有極高的脫硫效率，能夠?qū)Y(jié)煙氣變化進(jìn)行有效的應(yīng)對。吸收塔的煙氣量太小，會對反應(yīng)造成影響，威脅到設(shè)備的安全管理。當(dāng)煙氣的風(fēng)量較大時(shí)，可以通過對進(jìn)口風(fēng)擋進(jìn)行調(diào)節(jié)，來控制煙氣的進(jìn)氣量，并進(jìn)而確定系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。

⑦系統(tǒng)的運(yùn)行比較穩(wěn)定，吸收塔的簡單結(jié)構(gòu)能夠有效地避免“粘壁”等狀況的發(fā)生，以及能夠?qū)ο到y(tǒng)的損耗率進(jìn)行有效地降低，有利于吸收塔內(nèi)的各種化學(xué)反應(yīng)的有效進(jìn)行。

⑧在工藝水系統(tǒng)中，可以采用“多重增濕法”，增加吸收塔內(nèi)的水含量，加快化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率。多重增濕技術(shù)的運(yùn)用是對傳統(tǒng)增濕技術(shù)的改進(jìn)。

⑨整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行成本比較低，物料循環(huán)系統(tǒng)的存在使得物料能夠進(jìn)行循環(huán)利用，有效地提高了物料的利用率，降低了投資成本，同時(shí)，物料的循環(huán)利用，能夠避免增加廢物的量，對環(huán)境造成負(fù)擔(dān)。

5 結(jié) 語

循環(huán)流化床脫硫工藝能夠?qū)煔庵械腟O2與SO3進(jìn)行有效地吸收，其中脫硫的效率可以高達(dá)到95%，同時(shí)整個(gè)工藝所使用的設(shè)備不容易發(fā)生故障，能夠?qū)φw的工作效益進(jìn)行提高。本工藝的自動(dòng)化程度比較高，操作比較簡單。而脫硫吸收后的產(chǎn)物也不具備腐蝕性，同時(shí)沒有另外污染物的產(chǎn)生。再者，循環(huán)流化床脫硫工藝的系統(tǒng)中有除塵系統(tǒng)，有效地降低了煙氣中的粉塵濃度，不僅符合工廠的工藝需求，而且符合環(huán)保理念。

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