宝钢股份有限公司三烧结脱硫技术.pdf

宝钢股份有限公司三烧结脱硫技术 刘旭华羊韵 上海宝钢工程技术有限公司节能环保事业部， 上海 201900 摘要 宝钢股份有限公司三烧结脱硫采用气喷旋冲脱硫技术， 主要介绍了宝钢三烧结脱硫系统工作原理， 技术特点， 以 及运行时的关键参数等。 关键词 烧结烟气; 脱硫; 气喷旋冲塔 THE DESULFURATION TECHNOLOGY OF NO. 3 SINTERING MACHINE FOR BAOSHAN IRON AND STEEL CO. ，LTD Liu XuhuaYang Yun Shanghai Baosteel Engineering ＆ Technology Co. ，Ltd，Shanghai 201900，China AbstractThe swirl jet tower for sintering flue gas desulphurization SJT-FGDwas used for No. 3 sintering machine of Baos- han Iron and Steel Co. ，Ltd. This paper introduced the working principles，technical characteristics，as well as the key pa- rameters of the desulfuration system for No. 3 sintering machine. Keywordssintering flue gas;desulphurization;swirl jet tower 众所周知， 在我国因 SO2排放而形成的酸雨危害 日益严重， 每年造成数千亿的经济损失，SO2及酸雨 污染已成为制约我国经济和社会发展的重要因素。 “ 十一五” 期间， SO2减排成为环保工作的重点。钢铁 行业是 SO2排放的主要行业之一， 特别是烧结生产工 序的 SO2排放总量占到钢铁行业 SO2 排放总量的 50 ， 解决好烧结工序的 SO2减排， 就是抓住了钢铁 行业 SO2减 排 工 作 的 重 点， 将 为 钢 铁 行 业 完 成 “ 十一五” 规划中要求的 SO2减排任务打下坚实的 基础。 为削减宝钢 SO2排放总量， 从源头上控制污染物 的产生， 宝钢分公司炼铁厂三烧结增设 1 套烟气脱硫 装置， 该装置核心技术采用宝钢股份研究院的气喷旋 冲塔湿式石灰石 － 石膏法。 1工程概况和主要设计参数 1. 1工程简述 本工程由宝钢工程技术公司采用总承包 EPC 方式建设， 建设规模按满足 1 台 495 m2烧结机产生 烟气全量处理要求， 烟气处理量为 115 104～ 145 104m3/h 标干烟气量 ， 脱硫效率按大于 90 设计。 项目于 2007 年 11 月动工， 2008 年 10 月调试成功， 目 前运行稳定。 1. 2主要设计参数 宝钢三烧结脱硫系统主要设计参数见表 1。 表 1主要设计参数 项目3 号烧结机参数 烟气量 / m3h － 1 115 104～ 145 104 烟气温度 /℃ 85 ～ 150 最高温度 /℃ 150 入口 SO2质量浓度 / mgm － 3 300 ～ 1 160 平均值 / mgm － 3 400 出口 SO2质量浓度 / mgm － 3 ≤100 入口粉尘质量浓度 / mgm － 3 60 ～ 150 出口粉尘质量浓度 / mgm － 3 ≤50 脱硫副产物二水石膏 含水率 90 脱硫效率 / ≥90 2工艺流程及工艺原理 2. 1工艺流程 系统工艺流程如图 1 所示。 来自烧结厂引风机的烟气， 经增压风机增压后进 入冷却器。在冷却器中， 原烟气被工业水和来自吸收 08 环境工程 2010 年 4 月第 28 卷第 2 期 图 1气喷旋冲脱硫工艺流程 塔的浆液冷却， 然后进入喷射管， 将烟气以一定压力 导入吸收塔石灰石浆液面以下的区域， 形成鼓泡区和 反应区。在鼓泡区和反应区发生一系列反应后， 净化 后的烟气通过上升管排出。从吸收塔排出的烟气经 装在烟道上的除雾器除去水雾， 然后排出烟囱。氧化 空气吸收塔搅拌器顶部进入到浆液， 被搅拌器叶轮打 散后分配到浆液中， 将亚硫酸钙氧化为硫酸钙， 并结 晶成石膏排出吸收塔。 2. 2工艺原理 2. 2. 1化学原理 烟气经喷射管喷入吸收塔浆池后与石灰石浆液 充分接触， 使气液两相高度旋冲混合， 以浆液为连续 相气体为高度分散相进行气液传质， 烟气中 SO2与碳 酸钙进行反应， 生成亚硫酸钙。大部分亚硫酸钙在吸 收塔浆液池中与氧化风机供给的氧气发生反应， 生成 石膏。 2. 2. 2物理原理 来自锅炉引风机的烟气， 经增压风机增压后进入 冷却器， 在冷却器中烟气被冷却， 然后通过气喷旋冲 管喷射到石灰石浆液液面以下。吸收塔中的浆液分 为两部分 鼓泡区和反应区。鼓泡区是一个由大量不 断形成和破碎的气泡组成的连续气泡层。当原烟气 流经喷射管进入浆液内部时产生气泡， 从而形成气泡 层。在鼓泡区， 形成了很大的气液接触区， 在这个 区域中， 烟气中的 SO2溶解在气泡表面的液膜中。烟 气中的飞灰也在接触液膜后被除去。气泡的直径从 3 ～ 20 mm 不等。大量的气泡产生了巨大的接触面 积， 使喷射鼓泡塔成为一个非常高效的多级气液接 触器。鼓泡区气泡迅速不断的生成和破裂使气液 接触能力进一步加强， 从而不断产生新的接触面积， 同时将反应物由鼓泡区传递至反应区， 并使新鲜的吸 收剂与烟气接触 ［ 1］。反应区在鼓泡区以下， 石灰石 浆液直接补入反应区。在此区域发生的化学反应有 氧化空气在浆液中被充分溶解; 在鼓泡区没有被氧化 的亚硫酸被氧化成硫酸; 石灰石溶解; 石灰石与硫酸 中和; 石膏晶体生成。 3宝钢分公司三烧结脱硫技术特点 1 吸收塔前设置二级冷却器对烟气进行降温。 由于原烟气最高温度可达 150 ℃ ， 考虑到烟气脱硫最 佳反应活性以及塔内防腐材料的安全性， 因此采用宝 钢股份研究院专门针对烧结烟气特征而研发的二级 冷却器对烟气进行降温处理。二级冷却器由两段组 成， 前段为耐腐蚀合金钢制作， 后段材料为普通碳钢， 内称玻璃鳞片防腐。每段冷却器中均布有冷却管喷 嘴， 喷嘴的雾化粒径越细， 水滴的比表面积越大， 降温 效果越好; 喷嘴的布置在满足冷却器截面覆盖率的同 时， 尽可能减小了相邻喷流的干涉区域， 如果喷嘴布 置不当， 会使相邻两股气雾在运动过程中相互碰撞聚 成较大液滴， 从而影响降温效果; 冷却器越长， 气液接 触的时间越长， 有利于热量传递， 但工程实际中往往 会受到空间限制， 不能随意加长。本工程中冷却器长 度为 22 m， 出口平均温度保持在 70 ℃ 以下， 降温效 果良好。 冷却器在为烟气降温过程中， 还可除去大部分 HF， HCl， SO3和大颗粒的烟尘， 减轻了后续设备的防 腐压力。 2 具有自主知识产权的气喷旋冲吸收塔技术。 气喷旋冲塔由进气段、 气喷管、 上升管、 溢流管、 隔板、 缓冲段和吸收塔浆池组成。气喷管布置采用最优化 设计， 对气喷管的内径、 排气孔结构、 开孔率、 气喷管 相互间的间隔等参数都具有严格的要求， 从而使烟气 在管内形成强力的旋转气流， 沿排气孔高速、 旋转喷 出， 在排气孔周围形成一强烈干涉的气液两相湍流 区， 加强了气液两相的扰动和破碎效果， 因此， 在烟气 SO2浓度较低情况下， 仍能保持较高的脱硫效率。本 工程烟气入口 SO2平均浓度为 400 mg/m3， 脱硫 效率 基本保持在 90 以上。同时， 即使烟气工况在短时 间内大幅度变化， 系统仍能运行稳定， 且保证脱硫率。 4工程运行主要经济指标 宝钢分公司三烧结脱硫主要经济指标见表 2。 5系统运行的主要参数 5. 1入塔烟气温度 入塔烟气温度对脱硫影响很大， 入塔温度升高， 18 环境工程 2010 年 4 月第 28 卷第 2 期 表 2主要经济指标 项目技术参数 烟气处理量 / m3h － 1 115 104～ 145 104 年耗压缩空气量 /m3 ≤1 911. 8 104 年消耗电量 / kWh ≤3 441 104 年耗工业水量 /m3 ≤65 104 年消耗石灰石量 /t ≤9 092 年脱硫量 /t 3 689. 7 ～ 3 976. 6 脱硫效率 / 90 石膏年产量 /t ≤13 170 石膏纯度 / 90 脱硫效率急剧下降， 因为过高的温度会影响 SO2的传 质吸收和化学反应活性。同时， 温度过高也会对塔内 的防腐内衬材料造成不利的影响。 入塔温度主要靠塔前烟气冷却器喷水量来控制， 而且喷嘴的布置对冷却效果的影响也很大。一般入 塔烟气温度控制在 70 ℃ 以下。 5. 2吸收塔内 pH 值 pH 值高，有助于 SO2吸收， 但易形成软垢。pH 值低， 利于脱硫剂的溶解， 以及钙的利用， 但脱硫率较 低。运行时发现， 浆液 pH 值在 4. 0 以下时， 脱硫效 率急剧下降; 浆液 pH 在 5. 0 以上 时， 脱硫效 率在 90 以上， pH 值超过 5. 3 以后， 脱硫效率增加趋于平 缓， 因此， 一般保持浆液 pH 在 5. 0 ～ 5. 3 之间。浆液 pH 值主要靠石灰石浆液的补给和石膏的排出进行 控制。 5. 3塔内液位高度， 气喷管浸没深度 气喷管浸没深度会影响脱硫率 浸没深度越深， 脱硫率越高， 但吸收塔压差增大， 增压风机能耗增多; 浸没深度浅， 气体与液体接触时间短， 气液传质推动 力减小， 脱硫效率低。系统运行时气喷管浸没深度在 150 mm 时， 脱硫效率可以达到 85 ; 浸没深度在 250 mm 时， 脱硫效率可以达到 90 ; 调节塔内浆液高度 可以控制气喷管的浸入。吸收塔浆液液位通过石灰 石供浆泵、 石膏排浆泵、 吸收塔排空系统、 冲洗系统等 控制， 通过专门的控制程序自动调整， 实现液位的平 衡和稳定。 5. 4浆液中吸收剂浓度 本工程吸收剂采用石灰石粉末 从原料厂来的石 灰石泥饼倒入泥浆池， 与回收水混合后经泥浆泵打入 磨机， 在此被研磨至 325 目以上的石灰石粉末， 然后 被收集于石灰石供浆箱， 根据需要被供往吸收塔中。 运行中， 我们发现即使石灰石颗粒在 250 目左右， 也 能维 持 较 高 的 脱 硫 率。通 常 吸 收 剂 浓 度 保 持 在 1. 075 ～ 1. 085 g/cm3左右。 6结论 1 宝钢分公司三烧结脱硫系统对烟气量波动具 有较好的自适应能力， 运行时发现， 当处理烟气量为 设计烟气量 50 ～ 150 时， 均能保证较高脱硫效率 和除尘效率。 2 气喷旋冲烟气脱硫技术专门针对烧结烟气脱 硫研发， 针对性强， 系统运行稳定， 抗干扰能力好。 参考文献 ［1 ］ 单选户， 薛宝华. CT- 121 鼓泡式吸收塔烟气脱硫工艺技术介绍 ［J］ . 工程建设与设计， 2004 8 9- 12. 作者通信处刘旭华201900上海宝山区铁力路 2510 号上海宝 钢工程技术有限公司节能环保事业部 2009 － 06 － 18 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 62 页 参考文献 ［1 ］ 单尚华， 李春风. 加快实施烧结烟气脱硫促进区域环境改善 ［J］ . 冶金经济与管理， 2006， 12 4 8- 12. ［2 ］ 胡国生， 唐涌. 攀钢烧结烟气脱硫技术要求研究［J］ . 冶金能 源， 2002， 21 4 49- 52. ［3 ］ 殷瑞钰. 绿色制造与钢铁工业［J］ . 钢铁， 2000， 35 6 60- 65. ［4 ］ 张春霞， 齐渊洪， 刘广林. 钢铁制造流程中环境污染负荷影响 的分析评价［J］ . 北京科技大学学报， 2002， 20 4 1- 4. 作者通信处王萌100012北京市环境保护部环境工程评估中心 E- mailwangmeng acee. org. cn 2009 － 11 － 06 收稿 28 环境工程 2010 年 4 月第 28 卷第 2 期