气固再循环半干法烧结机烟气脱硫工艺中几个问题的探讨.pdf

气固再循环半干法烧结机烟气脱 硫工艺中几个问题的探讨 刘建秋 1 付翠彦 1 郑轶荣 1 柴用杰 2 1. 河北工业职业技术学院， 石家庄 050091;2. 河北钢铁集团邯郸分公司， 河北 邯郸 056009 摘要 阐述了烧结机烟气脱硫的必要性， 分析了采用的主要脱硫工艺及特点， 介绍了气固再循环半干法脱硫工艺 GSCA 及其技术特点。结合邯钢的运行实际， 分析了该工艺存在的问题， 提出了解决的办法， 为该工艺的稳定高效 运行提供了参考。 关键词 烧结烟气脱硫; GSCA 脱硫工艺; 运行问题探讨 DISCUSSION ON PROBLEMS OF SINTERING MACHINE SMOKE DESULFURIZATION BY GAS - SOLID CIRCULATING ABSORPTION PROCESS Liu Jianqiu1Fu Cuiyan1Zheng Yirong1Chai Yongjie2 1. Hebei College of Industry and Technology，Shijiazhuang 050091，China; 2. Handan Branch of Hebei Iron Steel Group，Handan 056009，China AbstractIt is discussed the necessity of desulfurization on sintering machine smoke，analyzed the characteristics of main desulfurization processes;it was also introduced a kind of gas-solid circulating absorption GSCA ． Combining with the practice of smoke desulfurization of 400 m2sintering machine for Handan Branch the problems of half-dry technology were analyzed． For which solutions were proposed，which provided reference for stable and efficient operation of this process． Keywordssintering smoke desulfurization;GSCA half-dry technology;discussion on operating problem 0引言 几年来， 随着钢铁工业的飞速发展， 烧结矿生产 量逐年增加， 各种类型的烧结机达到近 400 台， 2007 年烧结矿产量超过 5 亿 t。由于烧结过程原料中绝大 部分的硫化物被氧化成 SO2以气体形态进入烧结烟 气， 每生产 1 t 烧结矿， 可能产生含有粉尘 10 g/m3、 二 氧 化 硫 500 ～ 4 500 m3的 烧 结 烟 气 4 000 ～ 6 000 m3， 并含有 HCl、 NOx、 HF 等有害气体， 因此对 烧结烟气进行脱硫和除尘处理势在必行。 烧结机烟气具有以下特点 1 烟气量大、 二氧化 硫浓度低， 在各段分布不均匀; 2 烟气成分复杂， 含 有 HCl、 HF、 重金属、 二恶英等多种污染物质; 3 烟气 量和烟气参数波动大、 SO2浓度变化大; 4 烟气脱硫 与烧结机运行相互影响。同时烧结脱硫工艺具有以 下要求 1 必须有处理大烟气量的能力; 2 为满足严 格的总量要求， 脱硫效率必须能够达到 90 以上; 3 必须能适应烟气量、 SO2浓度的大幅度变化和波动; 4 脱硫设施必须具有更高的可靠性， 以适应烧结机 长期连续运行。因此， 烧结机烟气脱硫净化工艺选 择、 设计与运行， 必须研究烧结机的上述特点和运行 要求， 有针对性的采取必要措施。 烧结烟气脱硫常采用的脱硫方式有湿法、 半干法 和干法三种。由于脱硫反应需要水的参与， 因此绝对 的干法是不存在。或在前期或在后期喷入水分， 以保 证脱硫过程的快速进行。 目前广泛应用于烧结烟气脱硫的典型湿法代表 工艺有石灰石 － 石膏法、 氧化镁法、 氨法、 双碱法等。 湿法的优点是技术成熟、 脱硫效率高 达 95 以上 、 脱硫剂利用率高、 运行稳定等， 缺点是工艺过程复杂、 设备庞大、 占地大、 结垢堵塞严重、 投资和运行成本 高、 耗水量大、 后处理操作复杂等。典型烧结脱硫半 干法工艺包括密相干塔法、 LJS 干法、 SDA 旋转喷雾 干燥法、 ENS 法、 宝钢 XPB 法、 MEROS 干法、 NID 半 干法、 气固再循环半干法烟气脱硫 GSCA 法等。半 干法脱硫工艺的优点是工艺简单、 占地面积较小、 运 行成本较低、 脱硫效率较高、 开停车方便等， 因此得到 46 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 广泛应用。通过比较各种类型的半干法， GSCA 法具 有脱硫除尘效率高、 吸收剂利用率高、 耗水量小、 耗电 少、 副产品干态易于处理、 占地小、 造价低、 运行操作 简单、 对烟气负荷变化适应性好、 系统运行可靠、 无结 垢堵塞等更突出的优势， 在济钢、 邯钢、 涟钢、 萍钢、 攀 钢、 首钢等烧结机得到广泛应用 ［1］。 1GSCA 烧结烟气脱硫技术概况 GSCA 半干 法 脱 硫 工 艺 是 基 于 循 环 流 化 床 法 CFB 工艺基础， 并进行了工艺的完善与改进， 既继 承了循环流化床法 CFB 的基本特点， 同时改善了物 料循环方式， 增加了净烟气再循环通路， 特别是采用 了浆液喷射技术， 大大提高了脱硫效率， 脱硫效率达 到 90 以上。 1. 1工艺原理 GSCA 工艺脱硫的基本反应 1 生石灰与水结合进行水合反应 CaO H2O→ Ca OH 2 2 SO2被水滴吸收 SO2 H2O→H2SO3 3 Ca OH 2与 H2SO3反应 Ca OH2 H2SO3→ CaSO31 /2H2O 3 /2H2O 4 部分 CaSO31 /2H2O 被烟气中的 O2氧化 CaSO31 /2H2O 1 /2O2 3 /2H2O→CaSO42H2O 1. 2工艺流程 GSCA 脱硫工艺流程如图 1 所示 ［2］。 1 － 水灰料仓;2 － 熟化器; 3 － 除砂机; 4 － 熟石灰仓; 5 － 熟水灰就地仓; 6 － 旋风除尘器; 7 － 反应器; 8 － 回流装置; 9 － 灰仓; 10 － 布袋除尘器; 11 － 风机; 12 － 烟囱 图 1 GSCA 半干法脱硫工艺流程 主抽风机出口烟气被引入反应器底部， 与水、 脱 硫剂和具有反应 活性的 循 环 灰 相 混 合， 反 应 脱 去 SO2， 然后通过烟道引入除尘器， 除去烟尘和灰粒， 净 化后的烟气通过烟囱排入大气。脱硫剂是通过输送 系统进入反应器， 在反应器中， 由于床料的存在， 使脱 硫剂能以较大的表面积散布， 与含 SO2的烟气充分接 触反应， 脱去烟气中的 SO2， 并且在烟气作用下同残 留脱硫剂和飞灰固体物一起贯穿反应器， 通过分离器 收集后再次循环进入反应器， 以增加脱硫剂的利用 率。反应器内生成的副产物随烟气一起进入旋风分 离器， 被分离器捕集后， 一部分进入循环再利用， 一部 分与后续布袋除尘器收集的脱硫灰一并排至灰仓回 收处理。 1. 3GSCA 工艺的技术特点 1. 3. 1采用了生石灰制浆工艺， 吸收效果提高 用粒状生石灰＜ 6 mm 做吸收剂， 具有成本低、 来源广的特点; 熟石灰消化容易进行， 运行可靠; 使用 浆液代替粉状固体颗粒， 更容易吸附烟气中的飞灰和 酸性气体， 具有更好的脱硫性能; 采用除砂净浆， 保证 了浆液的高质量， 粒度保持在 30 μm 以下， 提高了浆 液的脱硫性能， 减轻了过程的磨损， 改善了副产品品 质; 制浆系统采取就地 PLC 控制， 实现了灰仓 － 给 料 － 消化 － 除砂 － 储浆 － 供浆一体化， 可靠性能大大 提高， 占地省， 投资少。 1. 3. 2采用三流体喷枪， 提高了雾化性能 熟化石灰浆液， 压缩空气和水分别进入喷枪， 在 喷嘴内混合喷出。浆液被压缩空气雾化， 并在喉部高 速气流中进一步粉碎， 与烟气良好混合; 烟气被冷却 的同时， 水和浆液迅速蒸发， 在液滴附膜中的吸收剂 最大程度地吸附 SO2酸性气体， 促进了吸收反应的进 行; 脱硫剂和水分别独立控制， 保证了出口 SO2浓度 和烟气温度; 采用定压变速可调泵分别精确控制浆液 56 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 和水量， 保证了在脱硫剂浆液量变化时稳定良好的雾 化; 喷射喷枪设计了专门的拆装机构， 可以在运行中 方便地拆、 装检查和更换。 1. 3. 3实现固粒再循环 通过旋风分离器收尘， 再通过循环回料机精确控 制固粒循环量， 保证了高循环倍率， 自动控制排出部 分副产物。高循环倍率保证高脱硫效率和脱硫剂利 用率， 保护了后面的布袋除尘器在正常负荷下可靠工 作。运行适应性好， 保证了原料的充分利用和二氧化 硫的充分吸收。 1. 3. 4实现烟气再循环 部分净化烟气从增压风机出口自动回流到反应 塔入口， 保证在入口低负荷下 GSCA 的良好运行工 况， 负荷适应范围增宽 40 ～ 100 。 1. 4GSCA 工艺的主要优点 GSCA 工艺脱硫效率高， 除尘性能稳定， 实现固 粒再循环和净化烟气再循环， 使吸收剂利用率高， 耗 水量小， 耗电少， 运行成本低。干态副产品易于处理。 占地小， 造价低， 运行操作简单， 对烟气负荷变化的适 应性好， 系统运行可靠， 可保证最佳条件经济运行。 2GSCA 脱硫系统运行中几个问题的探索 2. 1固粒循环系统如何适应烟气波动的需要 由于烧结机烟气的特点和运行的需要， 烧结烟气 流量不稳定， 造成反应塔内的气流速度达不到颗粒悬 浮的需要， 有时无法形成吸收料床。容易造成塔内粘 料， 增加了脱硫剂的消耗量， 造成了不稳定运行的潜 在危险。 解决的方法是 把除尘脱硫灰通过管道用压缩空 气再次返回脱硫塔， 根据烟气流量、 温度确定返回脱 硫灰的量， 加大了左右旋风的收料， 能快速地在塔内 建成料床。这样， 不仅提高了脱硫效率、 节约了脱硫 剂的消耗， 同时有效地避免了塔内粘料问题。 2. 2如何保证布袋除尘器良好运行 高压脉冲滤袋除尘器一般采用下进风或上排风 圆形袋外滤式， 采用高压 0. 7 MPa 脉冲， 灵活控制 喷吹， 全气密封结构设计， 防止粘结、 堵灰措施。但运 行发现， 有时会出口滤袋破损， 粉尘排放量增大， 不能 达到排放标准。为此增加了滤袋更换次数， 造成部分 脱硫产物回到烟气中， 影响净化效果。 采取的应对措施是 改造除尘器灰仓进风口， 避 免烟气直接冲刷袋底， 减少滤袋破损， 维持其长期稳 定运行。 由于布袋除尘器保温密封不好， 造成温度下降， 低于露点发生水气凝结， 引起堵塞， 尤其在雨、 雪天气 时堵塞严重。 应对的措施是 注意维持保温层的完整， 防止泄 露， 使局部温度降低， 造成输灰管堵塞。同时， 保证系 统干燥， 维持烟气温度在 90 ℃ 以上， 高于露点温度 20 ℃ 以上。 2. 3脱硫剂质量对脱除效果的影响 该脱硫系统脱硫剂使用的是活性生石灰， 要求石 灰颗粒的粒径为 1 ～ 6 mm、 CaO 含量≥90 ， 活性度 ≥300 mL。但在实际运行中， 生石灰的质量波动较 大， 有时 CaO 含量达不到 85 ， 粒度也不太稳定， 造 成活性低导致浆液与烟气反应不充分， 消耗的脱硫剂 数量大。 采取的措施是 采购优质生石灰， 保证生石灰质 量。加强工艺用生石灰的质量检测， 控制合理的粒度 和有效 CaO 的含量。 2. 4如何减少消耗 本系统涉及大量粉状物料的输送， 使用大量的压 缩空气， 造成能耗大大提高。采取的应对措施是 将 脱硫系统所使用的单设压缩空气系统改为集中式压 缩空气管网系统提供压缩空气， 集中式压缩空气系统 设备大、 效率高， 避免了单设设备的投资浪费， 同时降 低了制气成本， 保证了稳定的气源供应。 2. 5如何保证固体物料输送的通畅 循环给料机连接分离器与反应器， 在运行中由于 物料湿度过大， 容易造成循环给料机内物料板结， 影 响返料输送， 造成效率下降。 采取的应对措施是 控制合适吸收剂投加量， 根 据烟气温度和水分蒸发的速度控制喷入量， 保证在反 应器内的水分蒸发， 使回流吸收剂湿度在正常范围。 同时加强检修， 保持内部清洁， 发现输送设备堵塞问 题及时清理 ［3- 4］。 2. 6如何减少二次污染 脱硫系统在排放脱硫灰时容易造成扬尘， 造成二 次污染。 解决的办法是 在放灰点建造密封彩钢板房， 房 顶安装吸尘管道和除尘系统， 接灰车开进房内关上房 门密封， 打开除尘系统后再打开灰仓门卸灰， 可以彻 底解决放灰扬尘问题。 2. 7如何解决副产品利用问题 脱硫副产品包括布袋除尘器分离下的灰、 脱硫塔 66 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 下部落灰以及回料机的溢灰等三部分， 成分主要是 CaSO3、 CaSO4、 CaCO3、 CaCl2、 Ca OH 2和微量重金属 盐等。通过测量脱硫灰中含有的 CaSO3达到 57 ～ 60 。目前主要是作铺路路基灰、 水泥地面粘合剂使 用， 消耗不完的暂时堆放。 脱硫副产物的处置和综合利用是脱硫工艺的一 个难题， 如果处理不当会产生二次污染。如何实现该 脱硫灰的综合利用， 还需进行不断的探索和研究。 3结论 邯郸钢铁公司 400 m2烧结机脱硫采用该工艺， 通过对运行中原料问题、 循环问题、 粘灰问题、 扬灰问 题、 压缩空气消耗问题等诸多问题的解决， 取得了良 好的效果。系统投运两年来运行稳定， 设备管道无结 垢、 腐蚀、 故障率低、 无“酸雾” 危害， SO2排放浓度小 于 100 mg/m3， 粉尘排放浓度小于 30 mg/m3， 脱硫效 率达到 90 以上， 获得了良好的减排效果。 综合分析 GSCA 工艺， 得到如下启示 1 该脱硫工艺技术比较成熟， 应用在烟气流量 较大的大型烧结机上有一定的优势。 2 用户应结合本单位的实际情况， 正确选择合 适的脱硫工艺和技术， 不能简单地进行移植或照搬， 这样才能实现脱硫和效益的最大化。 3 在工艺选择上不仅要考虑净化要求， 更要考 虑工艺的稳定性， 同时减少能耗和二次污染， 降低脱 硫的运行成本。 4 要认真研究所采用工艺的特点和主要存在问 题， 找到正确的应对措施， 有针对性的加以解决， 就能 保证工艺达到设计要求。 5 要树立系统思维观念， 系统考虑脱硫工艺的 前段和后续， 尤其要认真考虑脱硫副产品的处理和综 合利用问题。 参考文献 ［1］黄东生， 王荣恩， 汤楚贵． 烧结烟气脱硫技术探讨［J］． 烧结球 团， 2008， 33 3 6- 10 ［2］刘君， 庞俊香， 刘新虎， 等 . 400 m2烧结机烟气脱硫［J］． 金属世 界， 2008 5 66- 70 ［3］汤静芳， 符林涛， 李富智． NID 脱硫工艺在武钢三烧的应用 ［J］． 烧结球团， 2009， 34 5 13- 16． ［4］刘旭华， 羊韵． 宝钢股份有限公司三烧结脱硫技术［J］． 环境工 程， 2010， 28 2 80- 82． 作者通信处刘建秋050091河北省石家庄市红旗大街 626 号 河 北工业职业技术学院环境与化学工程系 电话 0311 85239217 E- mailhb_ljq 126． com 2011 － 08 － 15 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 63 页 趋势记录曲线。 6 报警总览画面 设备故障报警、 过程参数越限 报警、 过程状态报警、 系统故障报警等。 4. 3. 3安全联锁及报警 为保证安全运行和控制方式平稳切换， 需设置必 要的安全联锁回路， 并在基础自动化系统中通过软件 实现。 4. 3. 4软件编程组态 控制系统的编程、 组态等通过操作站实现。 5结语 循环流化床烟气脱硫技术对电气控制过程有特 别严格的要求， 精确可靠的控制技术可以保证高效脱 硫技术和脱硫过程的实现与进行。为此电控设计和 配置要根据循环流化床脱硫的要求， 在电气仪表选 型， 过程控制内容， 控制技术措施， 系统程序编制等方 面都要十分注意和完整。 参考文献 ［1］蒋文举． 烟气脱硫脱硝技术手册［M］． 北京 化学工业出版社， 2006 494- 510． ［2］张永， 吕建刚， 刘继光． 变频器谐波产生原因与抑制方法［J］． 电气应用， 2010， 29 3 62- 64． ［3］郭庆春， 何振芳， 寇立群， 等． PB 神经网络在北京市 API 预报中 的应用［J］． 环境工程， 2011， 29 4 106- 108． ［4］王雨清， 申丽． PLC 控制系统在钢渣热焖工艺中的应用［J］． 环 境工程， 2011， 29 2 104- 106． 作者通信处申丽100088北京海淀区西土城路 33 号中国京冶工 程技术有限公司环保事业部 206 室 E- mailshenli60 sohu． com 2011 － 12 － 07 收稿 76 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期