旋轉噴霧半干法脫硫在湘鋼105 m2燒結機的應用

閆 現 芳

(湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司，湖南 湘潭 411101)

由GB 28662—2012鋼鐵燒結、球團工業大氣污染排放標準和GB 9078—1996可知，前者比后者對鋼鐵燒結煙氣中的大氣污染物的排放做出了更加嚴格的規定，燒結機頭煙氣中二氧化硫排放濃度須小于200 mg/Nm3，粉塵排放濃度須小于50 mg/Nm3[1]。為滿足環保要求，加大控塵控霾治理力度，華菱湘潭鋼鐵公司投資三千多萬元，對105 m2燒結機進行脫硫改造。前期經過與傳統石灰石—石膏濕法脫硫方案的對比與論證，決定采用SDA旋轉噴霧半干法脫硫工藝。噴霧干燥法煙氣脫硫是20世紀70年代中后期發展起來的,是美國JOY公司和丹麥NiroAtomizer公司聯合研制出的新工藝[2]。2015年5月份，105 m2燒結機煙氣脫硫工程成功投運，運行后煙囪效果良好，粉塵、二氧化硫排放均低于國家標準。

1 煙氣脫硫工藝選擇

現階段燒結機煙氣脫硫工藝的主流是石灰石—石膏濕法煙氣脫硫，湘鋼180 m2燒結機、360 m2燒結機均采用濕法脫硫工藝。旋轉噴霧脫硫作為國內比較受關注的一種半干法脫硫技術，近年來一直在發展[3]。

1.1 石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝

1.1.1工藝原理及流程

石灰石—石膏法的吸收劑是石灰石粉(CaCO3)，脫硫副產物是石膏(CaSO4·2H2O)。石灰石—石膏法主要化學反應方程式如下：

CaCO3+SO2+2H2O+1/2O2→CaSO4·2H2O+CO2↑

1.1.2工藝技術優勢

1)脫硫效率高，脫硫率能達到95%以上，對進口煙氣二氧化硫濃度的適應性強，系統穩定可靠。

2)副產物石膏可用于石膏板、水泥添加劑及環保磚的制作等，在當地有廣泛的市場，有較高的利用價值。

1.1.3工藝技術劣勢

1)脫硫后的煙氣經除霧器后通過塔頂煙囪排放，雖然除霧器可捕捉煙氣中的液滴，減少煙氣帶水，但仍難避免有部分石膏顆粒被帶出，在監測部門手工取樣時對顆粒物濃度造成干擾，導致顆粒物外排無法達標。若除霧器出現堵塞時，還會出現“石膏雨”事故，影響周邊環境。

2)凈化能力單一，不能去除親水性差的顆粒物，燒結煙氣粉塵密度小，親水性差，若機頭除塵器除塵效果不佳，脫硫進口粉塵濃度較高，出口粉塵濃度難以達標。

3)有大量廢水產生，廢水中COD、氨氮等有害物質的含量均超出國家標準數倍，必須增設有效的廢水處理系統方能外排。

4)存在吸收塔腐蝕、噴嘴堵塞等問題，必須定期維護。

1.2 SDA旋轉噴霧半干法煙氣脫硫工藝

1.2.1工藝原理

脫硫過程中主要化學反應為：

SO2被霧滴吸收：SO2+Ca(OH)2→CaSO3+H2O

部分CaSO3進一步氧化成CaSO4;

部分SO2完成如下反應：

SO2+1/2O2+Ca(OH)2→CaSO4+H2O

與其他酸性物質(如SO3,HF,HCl)的反應：

2HCl+Ca(OH)2→CaCl2+H2O

2HF+Ca(OH)2→CaF2+H2O

1.2.2工藝流程

生石灰加水配置成石灰(Ca(OH)2)漿液，通過霧化器霧化成霧滴(吸收劑)噴入吸收塔內，迅速與煙氣發生化學、物理反應，在脫除SO2及其他酸性介質的同時，脫硫產物經煙氣干燥，形成干固體粉狀料，由袋式除塵器捕集，凈化氣體通過增壓風機至現有煙囪排放，除塵器收集的粉塵由輸灰系統送到脫硫灰倉內儲存。工藝流程圖見圖1。

1.2.3工藝技術優勢

1)因為工藝流程中設置了布袋除塵器，對脫硫進口粉塵濃度的適應性強，煙塵排放濃度低且穩定，煙囪目視效果佳。

2)系統簡單，運行維護方便。

3)無廢水產生，無需增設廢水處理系統。

4)脫硫煙氣出口溫度高于酸露點，對設備無腐蝕，設備無需防腐處理。

1.2.4工藝技術劣勢

1)脫硫率略低于濕法脫硫(90%以上)，進口煙氣二氧化硫濃度不宜過高，一般不宜大于2 000 mg/Nm3。

2)副產物為CaSO3和CaSO4的混合物，利用價值不高，需落實副產物利用途徑。

1.3 方案對比選擇

105 m2燒結機機頭除塵器采用多管除塵器，除塵效率低，出口粉塵濃度在200 mg/Nm3左右，若采用石灰石—石膏濕法脫硫，脫硫出口粉塵濃度難以達標，石灰石—石膏濕法脫硫工藝不適用。

105 m2燒結機煙氣進口二氧化硫濃度在1 000 mg/Nm3～1 500 mg/Nm3之間，最大值2 000 mg/Nm3，SDA旋轉噴霧脫硫工藝適用。

105 m2燒結機煙氣量720 000 m3/h，二氧化硫濃度按1 200 mg/Nm3計算，副產物年產12 136 t。與周邊的華興水泥廠聯系，取同類型燒結機SDA脫硫副產物試驗，可按1%的比例用于礦渣微粉中，對礦渣微粉的性能未產生影響。副產物的利用途徑落實后，決定選擇SDA旋轉噴霧脫硫工藝。

2 項目設計

2.1 主要設計參數

主要設計參數見表1。

2.2 系統組成及設備選擇

SDA脫硫工藝主要由以下系統組成：煙氣系統、脫硫塔系統、除塵系統、工藝水系統、吸收劑制備和供應系統、脫硫灰儲存、輸送和外排系統。

2.2.1煙氣系統

煙氣系統由煙道、增壓風機、脫硫裝置入口煙道擋板、出口煙道擋板、旁路擋板、連通煙道切換擋板及補償器等構成。

從燒結主抽風機出口混凝土煙道頂面引出原煙氣，經煙道從上部進入旋轉噴霧吸收塔，經煙氣分配器在塔體內部形成旋流，與從塔頂霧化器噴出的石灰漿液霧滴充分接觸并發生反應，吸收SO2后的含干燥固體顆粒的煙氣從脫硫塔灰斗排出，進入袋式除塵器除塵后，由脫硫增壓風機曳引，從原煙氣接出口后部回到燒結主抽風機出口混凝土煙道內，進入現有煙囪排入大氣。

脫硫島與燒結煙氣相對獨立，自成體系。脫硫系統引起的煙氣壓力損失由新增增壓風機補償。在原煙道、脫硫系統的入口煙道、增壓風機的出口煙道上均設有關斷擋板。在燒結機開啟初期煙氣溫度較低時，短時間內打開原煙道擋板(旁路擋板)，關閉脫硫進口擋板、出口擋板；當脫硫系統正常運行后，打開進口擋板、出口擋板，并立即關閉旁路擋板。

表1 主要設計參數

增壓風機選擇F型雙吸雙支承離心風機，風機流量72×104m3/h，壓頭4 000 Pa，電機功率1 120 kW。

2.2.2吸收塔系統

煙氣在吸收塔內完成脫硫。吸收塔的核心設備及部件是煙氣分布器和旋轉霧化器。

煙氣分配器采用屋脊煙氣分布器，煙氣由脫硫塔頂部旋流進入塔內，在脫硫塔內均勻分布，停留時間約12 s，以保證完成吸收反應所需的時間。塔體直徑13.2 m，塔體高度約40 m，塔內煙氣流速小于2 m/s。

旋轉霧化器，由丹麥NIRO公司制造，根據煙氣量和進出口二氧化硫濃度，選擇F350的霧化器，噴漿量為32 t/h。噴入塔內的石灰漿液是極細的霧滴，完成反應后的脫硫產物也是極細的顆粒，因煙氣溫度較高，反應完成的同時脫硫產物即迅速干燥，保證整套脫硫裝置在干態下運行。

脫硫塔內產生的飛灰和反應產物固體，約有5%～10%的粗顆粒(石灰粉帶入的泥沙或不溶性石灰)沉入塔底定期外排。

2.2.3除塵系統

除塵采用長袋低壓脈沖除塵器，中進中出，雙排8室。除塵器過濾速度不大于0.9 m/min，設備阻力不大于1 500 Pa，過濾面積13 333 m2，濾袋規格選擇φ160×8 000，材質選用亞克力+PTFE浸漬處理。除塵器清灰采用壓縮空氣脈沖清灰方式，清灰根據時間或差壓進行自動控制，離線清灰及檢修。

2.2.4工藝水系統

工藝水系統包括工藝水箱，沖洗水泵、冷卻水泵、管路、閥門檢測儀表等，主要用于石灰消化、石灰漿液制備、循環灰漿液制備、霧化器冷卻等。此外，還用于漿液系統的沖洗。

2.2.5吸收劑制備及供應系統

包括石灰漿液制備系統和循環灰漿液制備系統。

1)石灰漿液制備系統。

石灰制漿系統由石灰粉倉、計量螺旋給料機、消化罐、振動篩、石灰漿液罐、石灰漿液泵、漿液管道和閥門等組成。脫硫劑為外購生石灰粉(要求粒徑不大于1 mm，CaO純度不小于85%，活性度大于350)，用密封罐車氣力輸送至石灰粉倉內存放。

2)循環灰漿液制備系統。

由于脫硫灰中含有未反應的脫硫劑，為提高吸收劑的循環利用率，降低石灰耗量，降低Ca/S，提高脫硫效率，設置循環灰漿液制備及供給系統。循環灰制漿系統由計量螺旋給料機、循環灰漿液罐、循環灰漿液泵、循環漿液管道和閥門等組成。

3 運行情況

項目于2014年12月開工建設,2015年5月份竣工，投運以來運行穩定高效，至今已半年多，同步運行率大于99%。市環保局多次手工監測，SO2排放濃度不大于150 mg/Nm3，粉塵排放濃度不大于30 mg/Nm3，各項指標均優于國家標準。

4 結語

SDA旋轉噴霧半干法煙氣脫硫工藝的顯著特點是超低粉塵排放、較高脫硫效率、煙囪視覺良好，無廢水排放。若副產品回收利用途徑進一步拓廣，SDA煙氣脫硫工藝在燒結煙氣脫硫技術選擇中將具有更大優勢。

[1] GB 28662—2012,鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準[S].

[2] 孫厚良.噴霧干燥在環保領域中的應用[J].林產化工通訊,2005,39(6):29-33.

[3] 王喜忠，于才淵，周才君.噴霧干燥[M].北京：化學工業出版社，2003.