紅土鎳礦回轉窯煙氣石灰石膏法脫硫系統設計概況

徐 丹，賴志強，艾 華，李朝陽，孫 威，許文斐

（中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032）

1 概述

目前在國內用紅土型鎳礦生產鎳鐵，減少采用電解鎳，既經濟又節能。鎳鐵生產采用最多的是回轉窯一礦熱爐一轉爐(RKEF)熔煉工藝[1，2]。回轉窯生產過程產生大量含硫廢氣，福建某鋼鐵公司φ4.4m×80m回轉窯，煙氣量：50×104m3/h，溫度120℃，SO2含量：1000 mg/m3。該企業為減少環境污染，經考察論證，最終決定采用石灰石膏法脫硫工藝處理回轉窯排放煙氣中的二氧化硫氣體。本工程于2015年7月開始施工，2016年1月主體工程完成，2016年2月投入試運行，經過三年多的生產實踐，該系統各項工藝指標均達到設計值。

2 石灰石膏法脫硫工藝

2.1 工藝原理

石灰石膏法脫硫工藝過程中的核心工藝單元裝置為脫硫塔，在脫硫塔的噴淋區，含石灰的吸收液自上而下噴灑，而含有二氧化硫的煙氣則逆流而上，氣液接觸過程中，發生如下反應：

在脫硫塔的漿池區，通過鼓入空氣，使亞硫酸氫鈣在脫硫塔氧化生成石膏，反應如下：

濕法脫硫工藝技術比較成熟，適應性強，運行費用較低和副產品易回收等優點[3]。目前，石灰-石膏法是世界上應用較多的一種脫硫工藝，脫硫率可在90%以上[4]。

2.2 設計基礎數據

2.2.1 進口煙氣條件

回轉窯煙氣經電除塵器除塵后進入脫硫系統，煙氣參數如下表所列。

表1 石灰石膏脫硫系統進口煙氣條件

2.2.2 設計指標

經脫硫后要求達到的SO2排放濃度設計指標指標為?（SO2）≤50 mg/m3。

2.3 工藝流程及主要設備選型

2.3.1 工藝流程簡述

回轉窯煙氣石灰石膏法脫硫系統主要由制漿單元、脫硫單元和渣排放單元3部分組成。工藝流程見圖1。

圖1 脫硫系統工藝流程圖

回轉窯煙氣經除塵后通過脫硫引風機進入石灰石膏脫硫系統。煙氣經風機進入脫硫塔前，首先經過急冷噴淋，使煙氣溫度降到合適的反應溫度，再進入塔內經三層噴淋脫硫，采用鈣基堿液作為脫硫劑，使其與煙氣中的硫氧化物充分接觸反應，達到脫硫的目的，脫硫后的煙氣再經過除霧器除去煙氣中的大部分機械水，最后通過塔頂煙囪排入大氣。

噴淋、洗滌煙氣后的脫硫液落入塔釜中，塔釜內設置攪拌器和氧化風供給系統，以使反應后的脫硫產物充分氧化，達到固硫的目的。同時由循環泵從塔釜抽取溶液再次噴入塔內進行循環噴淋脫硫，增加脫硫液的利用率。當循環到一定程度后，部分達到一定濃度的脫硫液由排漿泵排入渣處理單元進行處理。脫硫塔排漿泵將脫硫廢液排入水力旋流分離器，使干濕分離，上清液返回脫硫塔，含固液體流入真空皮帶機，石膏經脫水后，排入石膏庫，廢水外排。外購脫硫劑采用石灰粉，由人工置入石灰漿液池，加入定量水配置成一定濃度的脫硫劑漿液，用石灰漿液泵泵入脫硫塔釜中，再經循環泵打入塔內噴淋系統，噴淋脫硫。

整個脫硫系統全部實現電氣自動化控制，現場設備的控制通過PLC系統完成，再通過上位監控機實現在線監控和工藝過程操作。

表3 石灰石膏脫硫系統主要設備選型

2.3.2 主要設計參數及設備選型

脫硫系統主要設計參數見表2。

表2 脫硫系統主要設計參數

脫硫系統主要設備選型見表3。

2.3.3 主要工藝設計特點

（1）吸收塔：吸收塔選型主要是根據煙氣風速計算的，煙氣風速選值具有一定的范圍，流速過快導致煙氣中的SO2還未來得及與漿液充分反應即排出，無法達到脫硫的目的，流速過慢，根據氣液反應的雙膜理論和實際工程經驗，煙氣無法沖破液膜，SO2無法融入液體并發生脫除反應，也無法達到脫硫的目的，因此本項目方案煙氣風速選擇3.7m/s。脫硫塔主要材質為：碳鋼+玻璃鱗片防腐，其優點是耐酸堿腐蝕性能高，使用壽命長，價格較低。

（2）脫硫劑制備單元：脫硫劑優先采用生石灰，要求含鈣量＞80%，粒徑200目。如選用石灰石，要求含鈣量＞95%，粒徑325目，同時需要加大液氣比，即循環漿液泵的選型需要加大。設置兩種料倉加料方式：來料通過氣力輸送直接送入石灰倉，灰倉儲量按2天設計。設計將石灰倉建于石灰漿液池上方，使用時，石灰通過灰倉的插板閥和卸料閥直接送入石灰漿液池，配比濃度控制由密度計完成。

（3）渣處理單元：主要為脫硫渣處理，包括中間池、過濾設備。脫硫塔排出泵將脫硫廢液排入水力旋流分離器，使干濕分離，上清液一部分返回吸收塔塔釜，一部分進入中間池，含固液體流入皮帶機，經壓濾后，石膏排入石膏庫，過濾液流入中間池。中間池用于收集真空皮帶機分離出的脫硫液，設置回流泵，將中間池的漿液用于石灰漿液池補水。同時設置皮帶機沖洗泵，用于皮帶機的沖洗。

（4）其他設備：塔釜設置攪拌器、氧化風管、循環泵接口、排漿泵接口、溢流口、回流口、加石灰漿液口等，以及相應儀表接口。為防止事故狀態下高溫煙氣對塔內防腐層的損害，塔入口段設置急冷噴淋層。塔內煙氣進口向上設置四層脫硫液噴淋層，塔體出口處設置兩層除霧器及三層沖洗裝置。管路采用防腐處理。

3 實際運行指標

回轉窯煙氣石灰石膏脫硫系統實際運行的主要技術指標及其設計值見表4。由表4可見，在脫硫系統連續運行過程中，各項技術指標都能達到設計值。

表4 回轉窯煙氣石灰石膏脫硫系統實際運行指標

4 結語

本回轉窯煙氣石灰石膏脫硫系統經過三年多的運行，脫硫效率一直穩定在設計值以上，可以看出，該脫硫工藝技術先進、成熟、設備可靠，適應于紅土鎳礦回轉窯冶煉行業。