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复合式气动旋流脱硫除尘技术在烧结烟气净化中的应用 杨 东 1 郑乐平 1 刘幼林 2 1. 上海大学环境与化学工程学院, 上海 200444;2. 张家口热能工程研究所, 河北 张家口 075000 摘要 介绍复合式气动旋流脱硫除尘技术的工艺处理系统原理和组成, 并通过具体工程实例分析该技术的除尘脱硫效 果和经济指标。 结果表明 该技术脱硫除尘效率高、工艺投资省、运行费用低, 是一种符合国情的新型脱硫技术。 关键词 复合式气动旋流脱硫除尘技术; 烧结烟气; 净化; 应用 T H EA P P L I C A T I O NO FC O MP L E XA I RS WI R LT E C H N O L O G YO FD E S U L F U R I Z A T I O N A N DD E D U S T I N GI NT H EC L E A N I N GO FS I N T E R I N GG A S Y a n gD o n g 1 Z h e n gL e p i n g1 L i uY o u l i n2 1. C o l l e g eo f E n v i r o n me n t a l a n dC h e mi c a l E n g i n e e r i n g , S h a n g h a i U n i v e r s i t y , S h a n g h a i 200444, C h i n a ; 2. I n s t i t u t eo f T h e r m a l E n g i n e e r i n go f Z h a n g j i a k o u , Z h a n g j i a k o u075000, C h i n a Ab s t r a c t I nt h i s p a p e r , t h ep r o c e s sc o mp o s i t i o na n dp r i n c i p l eo f c o m p l e x a i r s w i r l t e c h n o l o g y o f d e s u l f u r i z a t i o na n dd e d u s t i n g w e r ei n t r o d u c e d .B a s e do na p r a c t i c a l p r o j e c t , t h e e c o n o mi c a l a n de n v i r o n m e n t a l t a r g e t sw e r ea n a l y z e d .T h er e s u l t s s h o wt h a t i t h a s t h ef o l l o w i n ga d v a n t a g e s l e s s i n v e s t me n t , l o wr u n n i n gc o s t a n dg o o de f f e c t .I t i s an e wt e c h n o l o g yo f c l e a n i n gt h es i n t e - r i n gg a s , w h i c hi s s u i t a b l ef o r C h i n a . Ke y wo r d s c o m p l e xa i r s w i r l t e c h n o l o g yo f d e s u l f u r i z a t i o na n dd e d u s t i n g ;s i n t e r i n gg a s ;c l e a n i n g ;a p p l i c a t i o n 0 引言 钢铁行业是我国的重要基础行业 ,也是传统的污 染大户 。钢铁行业在其生产和加工过程中消耗大量 的燃料和矿石 , 同时排放大量的空气污染物 。 2007 年我国大中型钢铁企业 S O2排放量为 75. 6万 t ,约占 全国 S O2排放总量的 3. 1 [ 1- 2] 。钢铁行业要保持可 持续发展,必须减少对环境的污染 。 “十一五”期间, 减排 S O2是我国环保工作的重点, 其中 “十一五 ”规 划的一个指标就是 S O2减排 10。因此减排 S O2也 就成为钢铁行业加强环境保护的重点 。从钢铁生产 工艺流程分析,钢铁生产过程产生的 S O2主要来源于 烧结工序,其 S O2排放量所占比例为 65 ～ 93 [ 3] 。 因此, 控制烧结烟气中 S O2的排放, 是钢铁企业 S O2 污染控制的重点 。 控制烧结烟气 S O2排放的主要方法有 低硫原料 配入法 、 高烟囱排放法和烟气脱硫法 。低硫原料配入 和高烟囱排放简单经济,但我国已对 S O2实行排放浓 度和排放总量双重控制, 因此, 对烧结烟气进行脱硫 处理是满足日益严格的环保要求的必然选择 [ 4] 。 目前世界上开发出的烟气脱硫技术有 200多种, 进入大规模商业应用的只有十余种, 主要有石灰石 - 石膏法 、 双碱法、钢渣石膏法、 氨硫铵法、 活性焦炭法、 电子束照射法等 [ 5- 6] 。其中技术最成熟 、 应用最广泛 的就是石灰石 - 石膏法, 但是因其工程投资成本大、 运行成本高 、 设备管道容易结垢堵塞和腐蚀等问题, 限制了在我国的应用 [ 7] 。国内大多数脱硫装置仅在 环保监测时大量加入石灰石粉, 平时根本不加石灰石 或者脱硫装置根本不运行。为了解决目前脱硫系统 运行成本高 、 系统容易堵塞腐蚀等难题 ,本文介绍一 种新型脱硫技术 复合式气动旋流脱硫除尘技术 。 1 工艺原理 复合式气动旋流脱硫除尘技术的主体部分是旁 通式旋流板塔,烟气以一定的速度切向进入塔体并螺 旋上升 ,脱硫浆液则从塔体上部的喷头喷入, 在旋流 板上形成雾状液滴、液膜和液网 。烟气旋流通过时, 与吸收液充分混合接触,发生一系列的物理和化学反 应 ,烟气中的 S O2和粉尘就被吸收液所吸收 。 该技术可以使用的脱硫吸收剂种类比较广泛 ,钠 55 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 基 、钙 基等碱 性脱 硫剂皆 可。 本文 以石 灰石 粉 C a C O3 为例进行介绍。石灰石溶液喷入吸收塔体 后与烟气中的 S O2进行反应, 在塔内生成一系列的钙 盐 ,具体的反应过程如下 S O2 H2O ※H2S O3※H H S O - 3 1 C a C O3 2H ※C a2 H2O C O2← 2 S O21/2H2OC a C O3※C a S O3 1/2H2O ↑ C O2← 3 式 2 是塔内 C a C O 3吸收 S O2的主反应 。 2 系统工艺流程 气动旋流复合式技术的工艺系统主要包括 烟气 净化系统,烟风管道系统,浆液制备系统, 石膏脱水系 统 ,浆液循环和电器控制系统等六部分。工艺流程如 图 1所示。 图 1 系统工艺流程 1 烟气净化系统主要功能是吸收 S O2和洗涤烟 尘 。系统主体为多座并联的旁通式旋流板塔, 每座塔 内置多层气动旋流板和单层脱水旋流板, 塔体一般采 用多级布液 。在塔体中,通过喷头雾化后的脱硫浆液 和烟气中的 S O2发生化学反应 , 生成相关的硫酸盐, 在重力和离心力的作用下, 沿塔壁流下 ,从塔底的沟 槽排出塔体 。净化的烟气则通过塔体顶部进入管道 后的脱水器脱水后排出。塔体的顶部还设有自来水 定期冲洗装置, 以便于冲洗附着在塔体内部的结垢。 为便于检修 ,塔体外壁上设有扶梯和人形检查孔。 2 烟风管道系统主要包括烟气调节阀 、管道和 烟囱。烟气通过鼓风机从烧结机中鼓出, 分别切向进 入并联的旁通式旋流板塔组 , 脱硫除尘之后, 通过管 道进入烟囱排入空中 。当脱硫除尘设备需要检修时, 烟气可以通过烟气调解阀直接进入烟囱排向空中。 3 浆液制备系统主要是脱硫吸收液制备装置。 脱硫吸收剂和工艺水加入浆液搅拌槽 ,混合搅拌至所 需浓度 ,制成脱硫浆液 。通过水泵将脱硫浆液输送至 循环池 ,搅拌均匀经循环泵输送入吸收塔 。 4 石膏脱水系统主要包括曝气风机、液下污泥 泵 、 水力旋流器和真空过滤机。流出旋流板塔的灰水 由曝气风机进行曝气氧化 ,生成石膏浆液 。石膏浆液 经过污泥泵打入水力旋流器和真空过滤机进行两级 脱水, 外排固体石膏含水率低于 10, 滤液则返回循 环池循环使用。具体反应如下 H S O - 3 1/2O2※H S O 2 - 4 4 C a 2 S O 2- 4 2H2O ※C a S O4 2H2O ↑ 5 C a S O3 1/2H2O 1/2O2 3/2H2O ※ C a S O4 2H2O ↑ 6 5 浆液循环系统主要包括沉淀池、循环池和循 环泵等 。沉淀池和循环池的顶部相通 ,沉淀池的上清 液可以补充循环池所消耗的工艺水 。 6 电器控制系统主要包括配电系统、设备控制 和照明系统等。 3 工艺的先进性 1 系统脱硫效率高 , 对烟气污染负荷变化较大 的适应能力强。设备正常运转的情况下, 脱硫效率可 以保持在 90以上 ,并且烟气入口的含硫量变化对 脱硫率的影响不大。 2 系统的运行成本低。系统可以使用的脱硫剂 种类比较多 ,来源广泛 ,价格便宜 ,吸收剂的利用率也 较高,一定程度上降低了系统的运行成本 。同时本系 统正常运行时的液气比 L /G 一般为 0. 8 ～ 1. 2 L / m 3 ,远远小于其他工艺运行时的液气比 。液气比关 系到系统运行时的工艺水消耗和电耗 。工艺水消耗 和设备的电耗在系统的运行成本中又占了较大的比 例 。所以同等脱硫效率下, 系统运行的液气比越小, 系统的工艺水耗和电耗就越少 ,运行成本就越低。 3 系统防腐性能良好, 成本低廉。系统的吸收 塔塔体采用钢筋混凝土浇筑而成 。为了提高防腐性 能 ,混凝土采用特种防腐水泥搅拌而成 ,塔体的内壁 涂抹防腐材料涂层 。这样既保证了塔体的强度和防 腐性能 ,也大大减少了建设成本 。相比较国内外常用 的麻石塔体 、 花岗岩塔体、碳钢塔体和不锈钢塔体 ,在 成本和效果的综合评价上 ,钢筋混凝土塔体远远优于 其他。塔体内部旋流板和喷头采用特种不锈钢制作, 输送浆液的管道用防腐材料制作 ,这都有效提高了整 个系统的防腐性能,保证了系统稳定运行 。 4 有效避免装置和管道的结垢堵塞问题。系统 吸收塔内部构件很少, 喷头布局合理 , 反应时烟气和 浆液的分布均匀, 避免了产生有利于塔体结垢的条 件 。并且系统在运行时 , 塔内吸收反应保持 p H在 5. 8～ 6. 2之间进行反应 。童志权等研究认为 ,当 p H 56 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 90,脱硫除尘系 统总压力降 1 000 P a , 出口烟气浓度 50 m g /m 3, 林格曼黑度 1级。 4. 2 脱硫系统效果及分析 改造工程竣工后 ,由在线监测系统对烧结烟气进 行连续监测 。检测结果显示 ,处理效果良好 ,污染物 去除率高,处理后的各指标都达到了 G B 9078 -1996 工业炉窑大气污染物排放标准。系统试运行脱硫 工艺参数和技术参数分别见表 2、表 3。 表 2 旁通式旋流板塔主要工艺参数 工艺参数液气比/ L m- 3吸收液 p H 值 吸收液流量/ m 3 h- 1 控制值0. 8～ 1. 25. 8 ～ 6. 2120 注 液气比、吸收液 p H值和吸收液流量都是单个旁通式旋流板塔 的工艺系数。 由表 2可以看出气动旋流复合式脱硫除尘技术 采用的液气比和吸收液的 p H值都比较低 。在实际 运行中 ,液气比一般都稳定在 1 L /m 3 ,而常用的石灰 石 - 石膏脱硫工艺的液气比都在 8 ～ 25 L /m 3 之 间 [ 9-10] 。低液气比意味着低能耗和低水耗, 运行成本 低于其他脱硫装置。本系统塔内的 p H值控制在 5. 8～ 6. 2 之间 ,也有效的避免了塔内亚硫酸钙的生 成 [ 11-12] ,克服了石灰石法脱硫工艺容易结垢的缺点, 同时低 p H值还可以提高吸收浆液的利用率 ,提高系 统的脱硫效率。 表 3 系统试运行技术参数 项目 处理前 / m g m- 3 处理后 / m g m- 3 去除 率 / 二氧化硫范围500～ 2 30035～ 15293. 8 平均值1 50093. 5 烟尘范围188 ～ 2510100 平均值2000 由表 3可以看出系统的脱硫率比较高 , 达到了 93. 8, 而烟尘经过多管除尘器和本系统的联合净 化 ,烟尘的去除率达到了 100, 在线监测系统在烟 囱中已经监测不到烟尘的存在。由此可知 ,该钢铁厂 烧结机烟气脱硫除尘净化系统比较成功 。 5 结论 1 气动旋流复合式脱硫除尘技术可以有效地去 除烧结烟 气中的 S O2和 烟尘, 其除 尘效率 可达 95 ～ 98, 脱硫效率可达 90之上, 并很好的解决 了石灰石法脱硫装置运行中的投资和运行成本昂贵、 设备易腐蚀 、 结垢等难题。 2 福建某钢铁公司烧结厂采用的气动旋流复合 式脱硫除尘技术对 72 m 2 烧结机的烟气净化系统进 行改造是成功的 , 改造后的脱硫率达到了 93. 8, S O2的排放浓度低于排放标准。 参考文献 [ 1] 国家环保部. 2007年中国环境状况公报. 北京 国家环保 部, 2008. 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[ 8] 童志权. 钙钙双碱法脱硫技术及其在工业中的应用[ J ] . 环境 科学学报, 2003, 23 1 28- 32. 下转第 60页 57 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 的 “就地信号采集装置 ”为例 A I 通道备用率为 41. 2; D I 通道备用率为 113. 3; 接线端子条备用率为 63. 3; P L C 底板插槽备用率为 42. 9。 此外, “信 号 采 集 装 置 ” 配 有 长 、宽 、高 为 800 m m 600 m m2 260 m m 的标准机柜 ,目前机柜 仅被占用 1/3空间 , 完全可以满足今后设备扩展的 需要。 软件方面,数据通讯软件具备添加电厂设备、添 加信号点的功能 ,可以适应系统规模的扩充; 数据处 理软件各功能都已模块化, 系统规模扩充后只需增加 相应的数据处理模块即可, 如同搭积木一般, 不需修 改甚至可以不需理解现有的代码 ; 数据发布系统功能 同样是模块化的 ,系统规模扩充后只需增加相应的数 据调用和显示的模块即可 。 3 社会和环境效益分析 根据节能减排计划 , “十一五 ”期间湖南省电力 行业 S O2年总排放量必须控制在 19. 6万 t , 而 2007 年湖南省电力行业 S O2实际总排放量为 28. 74万 t 。 一方面要增加新的发电机组容量 , 另一方面要实现 S O2减排近 10万 t , 环保压力非常大 , 对火电厂烟气 脱硫设施运行情况进行严格监控、 监管势在必行。 以湖南省15 000 M W 火电装机容量、机组供电平 均煤耗每千瓦小时为 350 g 标煤、发电用煤收到基低 位热值为20 092 k J /k g 、煤含硫量为 1、 机组利用时 间为4 500 h /a 、全部进行全烟气脱硫且脱硫平均效 率为 90计算 ,湖南省电力行业 S O2年排放量与脱 硫系统投入率的关系如表 1所示 。 可见,火电厂烟气脱硫设施投入率对 S O2年排放 量的影响非常大 。对火电厂烟气脱硫设施进行严格 监控、监管有助于提高其投入率和脱硫效率, 能减少 大量本应避免的 S O2等污染物的排放, 具有相当重要 的社会 、 环境和经济效益。 表 1 S O2年排放量与脱硫系统投入率的关系 脱硫投入率 /S O 2年排放量 /万 t 5028. 20 6023. 55 7018. 98 8014. 36 909. 74 4 结语 “火电厂烟气脱硫设施运行及脱硫电价实时监 控系统 ”目前已在湖南省试运行一年多 ,一直运行稳 定 。该系统能对火电厂脱硫设施实时过程数据的采 集 、 传输、处理、计算 、分析 、 统计 、 发布等进行全过程 的数字化管理,可实时监测各接入火电机组脱硫装置 主要运行参数,并自动对采集的数据进行真伪分析后 计算出实时脱硫效率、应付脱硫电价款等 ,特别是采 用防伪数据采集技术, 并具有异常数据分析报警功 能 ,将大大增强对火电厂烟气脱硫装置投入情况的监 管力度 ,避免许多火电企业在享受脱硫电价优惠的同 时 ,并不运行脱硫设备或实际脱硫效率低下, 能减少 大量本应避免的 S O2等污染物的排放, 能为节能减排 调度等提供参考手段 ,社会和环境效益明显。 参考文献 [ 1] 江苏方天电力技术有限公司. 燃煤机组烟气脱硫实时监控及 信息管理系统[ P ] , C N 200710025402. 7.2008. 04. 09. 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