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SDA 脱硫工艺在烧结烟气脱硫中的应用 顾兵何申富姜创业 上海立谊环保工程技术有限公司， 上海 200940 摘要 介绍了沙钢集团 4 号 360 m2烧结机全烟气脱硫项目的工艺选择、 脱硫原理、 工艺流程及投产后生产情况， 通过对 生产后运行分析， 认为旋转喷雾干燥法 SDA 作为一种新型的脱硫工艺， 适合作为烧结烟气脱硫的主工艺进行推广。 关键词 烧结烟气;脱硫;旋转喷雾干燥法 APPLICATION OF SPRAY DRYING ABSORPTION SDA IN DESULPHURIZATION OF SINTERING FLUE GAS Gu BingHe ShenfuJiang Chuangye Shanghai Liyi Environment Engineering ＆ Technology Co． ， Ltd，Shanghai 200940， China AbstractThis paper introduces the process selection，desulphurization principle，process flow and operating situation of No． 4 sintering machine 360 m2flue gas desulfurization project of Shagang Group． Based on the analysis of production operation，spray drying absorption SDAas a novel desulfurization process，is suitable to be the main technology for sintering flue gas desulfurization which is worth promoting． Keywordssintering machine flue gas;desulphurization;spray drying absorption 国家“十一五” 规划的一个重要指标就是 SO2减 排 10 ， 钢铁行业作为我国的重要基础行业， 在国民 经济中发挥重要作用， 同时也是污染大户 ［1］。目前， 钢铁行业生产过程中产生的 SO2占到全国工业污染 物排放总量的 11 ［2- 3］， 而从钢铁生产工艺流程分 析， 钢铁行业生产过程产生的 SO2主要来源于原料烧 结工序， 据统计烧结工序 SO2排放量占钢铁行业生产 过程中产生 SO2排放量比例为 50 ～ 70［4］。因 此， 烧结 SO2减排成为钢铁行业减少对环境污染、 实 现可持续发展的关键。 为严格执行环境保护政策， 实现可持续发展， 减 少 SO2 酸雨 污染， 从源头上控制污染物的产生， 江 苏沙钢集团张家港宏发炼钢有限公司 以下简称沙 钢集团 决定在 4 号烧结机 360m2 增设一套烟气脱 硫装置， 以实现减排 SO2目标要求。 1项目概况 1. 1项目建设规模 项目由鞍钢集团工程技术有限公司总承包建设， 丹麦 GEA/Niro 公司技术授权方上海立谊环保工程 技术有限公司协作并提供技术支持， 本项目为沙钢集 团 4 号烧结机 360m2 全烟气脱硫， 满足 SO2排放 要求。 1. 2主要技术参数 项目主要技术参数见表 1。 表 1主要技术参数 处理烟气 量 / m3h － 1 烟气温 度 /℃ 最高温 度 /℃ 入口 SO2平均 浓度 / mg m － 3 出口 SO2浓 度 / mg m － 3 入口粉尘浓 度 / mg m － 3 出口粉尘浓 度 / mg m － 3 脱硫 率 / 年运行 时间 /h 年脱硫 量 / t a － 1 204 104110 ～ 1301801 330≤100≤250≤30≥908 00013 776 1. 3项目建设情况 沙钢集团 4 号烧结机烟气脱硫工程于 2009 年 7 月 1 日开始打桩施工， 2010 年 1 月 10 日建成并首次 通烟气热调试， 2010 年 3 月 10 日通过环保验收。目 前系统运行稳定。 2脱硫工艺的选择 2. 1几种主流工艺的比较 目前世界上已经开发出的烟气脱硫技术有 200 35 环境工程 2013 年 4 月第 31 卷第 2 期 多种， 其中有十余种已经进入大规模工业生产， 主要 工艺有石灰石 石灰－ 石膏法、 氨硫铵法、 循环流化 床法和旋转喷雾干燥法等。四种主流脱硫工艺的优 缺点见表 2［5］。 表 2主流脱硫工艺优缺点对照 项目石灰石 石灰－ 石膏法氨硫铵法循环流化床法旋转喷雾干燥法 优点1 脱硫效率高; 2 吸收剂利用率和设备运转率高; 3 系统运行可靠。 1 脱硫剂利用效率高; 2 副产物可利用; 3 占地面积小。 1 运行维护费用低; 2 不需要防腐; 3 占地面积小。 1 空塔结构、 系统阻力小; 2 脱硫效率高， 可达到 97 ; 3 无废水产生、 系统不需防腐; 4 调节灵活， 适合烧结烟气; 5 投资运行费用低， 占地面积小。 缺点1 投资、 运行费用高; 2 占地面积大; 3 结垢、 堵塞腐蚀严重［6 ］; 4 石膏、 废水较难处理。 1 系统需防腐; 2 脱硫剂、 运行成本高; 3 脱硫产物难以收集; 4 系统存在安全问题。 1 流化状态不稳定; 2 易出现堵塞; 3 副产物无法利用。 1 浆液管道存在磨损， 仪表及阀门需考 虑耐磨; 2 存在漏灰现象。 2. 2烧结烟气的特点［7］ 1 不稳定性。由于烧结自身工艺不稳定， 原料成分 和配比不稳定， 所产生的烟气流量、 温度、 SO2浓度会有 大幅度变动， 且变化频率高。烟气流量变化可高达 30 以上， 烟气温度变化可在 80 ～180 ℃范围内变化， SO2浓 度值取决于所用铁矿粉、 溶剂、 燃料及其他添加物成分 等， 变化范围在 400 ～5 000 mg/m3。 2 烟气量及温度波动幅度迅速且较大， 温度为 110 ～ 130 ℃ ， 最高为 180 ℃ 。 3 烟气湿度变化较大， 占体积比为8 ～ 15 。 4 烧结烟气含氧量高， 占 15 ， 可以充分利用烟 气中的氧气氧化反应中间产物。 5 烟气含尘颗粒更细和重金属含量更多， 除含 有 SO2外， 还含有 HF、 HCl、 二恶英等。 6 烧结机年作业率高， 可达 95 。 综合各种工艺的优缺点及烧结烟气的特点， 沙钢 集团最终决定在沙钢 4 号烧结机上选用旋转喷雾干 燥脱硫工艺 Spray Drying Absorption， 简称 SDA 。 3SDA 脱硫工艺介绍 3. 1工艺原理 烧结烟气经过旁路挡板引入到脱硫系统， 经由入 口挡板进入脱硫塔后， 原烟气由主抽风机出口烟道顶 面垂直引出， 经原烟气挡板切换后， 送入旋转喷雾脱 硫塔 SDA ， 与被雾化的石灰浆液接触， 发生物理、 化 学反应过程， 气体中的 SO2被吸收净化。吸收 SO2并 干燥的含粉料烟气出脱硫塔进入布袋除尘器进行气 固分离， 净烟气经增压风机抽引由烟囱排入大气。 生石灰加水反应形成 Ca OH 2并配制成浆液雾 化喷入脱硫塔， 亿万个小雾滴在塔内与烟气接触后的 化学反应非常迅速， 完成下述主要化学反应 总反应式 Ca OH 2 s SO2 g→CaSO31 /2H2O s 1 /2H2O 1 反应分为以下几个步骤 1 SO2从气相主体到液滴表面的扩散; 2 液滴表面 SO2被吸收 SO2 g→SO2 aq 2 3 液 相 中 溶 解 的 SO2离 解 后 生 成 HSO3 － 、 SO3 2 － SO2 aq H2O l→H aq HSO3 － aq 3 HSO3 － aq→H aq SO3 2 － aq 4 4 液相溶解的 HSO3 － 、 SO3 2 － 离子在液相中的 扩散; 5 Ca OH 2颗粒的溶解 Ca OH 2 s→Ca 2 aq 2OH － aq 5 6 CaSO3的生成 Ca2 aq SO3 2 － aq 1 /2H2O l→CaSO3 1 /2H2O s 6 反应式 2 、 式 3 、 式 4 、 式 5 、 式 6 均在液 相中完成。 3. 2系统工艺流程 SDA 脱硫工艺主要有脱硫除尘系统， 脱硫剂浆 液制备及输送系统， 脱硫灰输送、 外排系统和公辅设 施系统等。系统工艺流程如图 1 所示。 3. 2. 1脱硫除尘系统 该系统由旋转喷雾干燥脱硫塔、 布袋除尘器、 增 压风机、 烟道、 进口挡板、 旁路烟道挡板等组成。烧结 机主抽风机后烟道引出的烟气经入口挡板由烟道进 45 环境工程 2013 年 4 月第 31 卷第 2 期 图 1系统流程 入脱硫塔， 烟气与塔内经雾化的脱硫剂在脱硫塔充分 接触， 迅速完成物理、 化学反应 同时进行吸收 SO2 和蒸发干燥的过程 ， 达到脱硫的目的。 脱除 SO2并完成干燥的含粉料烟气出脱硫塔经 烟道进入布袋除尘器进行气固分离， 其固相脱硫灰收 集外运， 其气相即为 SO2及粉尘浓度达标的净烟气， 经增压风机引送至烟囱排放。 3. 2. 2脱硫剂浆液制备及输送系统 脱硫剂为石灰浆液， 将生石灰定量加入消化罐并 加水配制成一定浓度的浆液， 根据原烟气 SO2浓度 由浆液泵定量送入置于脱硫塔顶部的浆液顶罐， 顶 罐内浆液自流入脱硫塔顶部雾化器， 浆液经雾化器 雾化后喷入脱硫塔， 与脱硫塔内烟气接触迅速完成 吸收 SO2的作用。由于石灰浆液为极细小的雾滴， 增大了脱硫剂与 SO2接触的比表面积， 保证 SO2浓 度达标排放。 3. 2. 3循环灰制浆系统 为提高脱硫剂的利用率， 除尘器收集的脱硫灰部 分循环利用， 脱硫灰定量加入循环灰混合罐并加水配 制成一定浓度的浆液， 根据烟气温度由循环灰浆液泵 定量送入置于脱硫塔顶部的浆液顶罐与脱硫剂浆液 混合， 顶罐内混合浆液根据烟气温度和 SO2浓度自动 调节送入脱硫塔雾化器的浆液量。达到高效、 经济的 脱硫目的。 3. 2. 4脱硫灰输送、 外排系统 布袋除尘器收集的脱硫灰经除尘器灰斗下部旋 转卸灰阀至刮板输送机， 并经斗式提升机， 送脱硫灰 仓。脱硫灰仓中的脱硫灰外运或综合利用。 3. 2. 5公辅设施系统 本工程的公辅设施包括 给排水系统、 压缩空气、 蒸汽系统， 供电系统、 仪表及自动化控制系统等。 1 给排水系统。主要用于制浆用水、 冲洗水及 冷却水。 2 压缩空气、 蒸汽系统。压缩空气主要用于布 袋除尘器清灰及气动阀门用气; 蒸汽主要用于除尘器 灰斗伴热及石灰消化伴热。 3 供配电系统。分为高压和低压， 高压电主要 用于风机电机、 雾化器电机供电， 其余设备均为低压 供电高压电源等级为 10 kV， 低压电源等级为 380， 220 V。 4 仪表及自动化控制系统。本项目采用 PLC 控 制系统实现整个脱硫工程的生产过程控制。 4投运后生产实践 4. 1脱硫系统效果及分析 经过一段时间对整套脱硫系统运行分析， 系统运 行稳定， 达到脱硫效果。系统入口、 出口烟气参数见 表 3。烟气脱硫进出口 SO2浓度对比见图 2。进出口 烟尘浓度见图 3。 表 3投运后脱硫系统入口、 出口烟气参数 时间 入口烟气 量 / 万 m3h － 1 出口烟气 量 / 万 m3h － 1 入口 SO2浓 度 / mg m － 3 出口 SO2浓 度 / mg m － 3 入口烟尘 浓度 / mg m － 3 出口烟尘浓 度 / mg m － 3 2010 － 03176. 3191. 81 271. 456. 679. 932. 9 2010 － 04173. 4176. 91 229. 558. 1115. 129. 2 2010 － 05199. 3199. 21 181. 539. 3118. 522. 8 2010 － 06203. 8196. 61 423. 148. 8117. 118. 1 2010 － 07201. 2191. 0612. 555. 3107. 218. 6 2010 － 08202. 1190. 1681. 246. 2102. 716. 7 平均192. 7191. 01 066. 550. 7106. 723. 1 注 压力为相对于大气压力; 表中数据为数据采集时间 2010 年 38 月 内平均值。 从表 3 中可以发现 1 实际系统平均烟气量达到了 1 927 000 m3/h， 最大烟气量为 2 038 000 m3/h， 与设计值基本相当， 系统负荷能够满足全烟气量运行。 55 环境工程 2013 年 4 月第 31 卷第 2 期 图 2烧结烟气脱硫进出口 SO 2浓度对比 图 3烧结烟气脱硫进出口烟尘浓度对比 2 系统入口 SO2浓度平均值为 1 066. 5 mg/m3， 与当时的设计值相比偏低， 但是系统出口 SO2浓度为 50. 7 mg/m3， 满足设计要求， 达到了排放标准， 且出口 SO2浓度不受入口出口 SO2浓度变化的影响， 在实际 采集数据的过程中发现， 整个烧结烟气的 SO2浓度波 动很大， 最大值达到了 1 423. 1 mg/m3， 但是出口 SO2 浓度始终在 100 mg/m3以下， 这就从另一个方面说明 整个 SDA 脱硫系统自调能力强， 能够满足烧结烟气 SO2浓度波动大的特点。 3出 口 烟 尘 浓 度 满 足 设 计 要 求，控 制 在 30 mg/m3以下， 但同时也发现入口处烟尘浓度也比 较低， 可能是因为该烧结出口电除尘器除尘的效果比 较好， 间接上减轻了脱硫系统的烟尘负载。 4 整个系统主要压降为脱硫塔、 烟道系统、 除尘 器等， 算在一起总的压降为 4 000 Pa， 在净烟气出口 设增压风机， 增压风机的压力为 4 200 Pa， 能够充分 补偿系统压降， 保证系统处于负压状态， 满足系统对 压力的要求。 对采集的数据进行分析发现， 整个系统平均的脱 硫效率为 95. 2 见表 4 。基本上达到了当时 90 的设计目标， 主要是因为入口的烟气 SO2浓度较低， 系统出口 SO2浓度已经能够达到设计要求。系统的 n Ca /n S 为 1. 28， 这主要归功于循环灰制浆系 统， 除尘器中的脱硫灰重新制浆循环利用， 大大提高 了石灰的使用效率， 降低了脱硫系统的运行成本。均 实现了 SO2减排量和烟尘减排量。 表 4系统主要运行参数 脱硫效 率 / n Ca / n S SO2减排 量 / t h － 1 烟尘减排 量 / t h － 1 95. 21. 281. 960. 16 注 CaO 纯度按 85 计算。 4. 2脱硫系统主要经济指标 SDA 脱硫系统主要经济指标见表 5。 表 5脱硫系统主要经济指标 生产水 / m3d － 1 电耗 / kWh － 1 生石灰 / t d － 1 压缩空气 / m3h － 1 蒸汽 / t h － 1 循环灰量 / t h － 1 36. 72 6251. 877282. 516. 8 5结论 该脱硫系统投产半年以来， 整个 SDA 脱硫系统 调试运行稳定， 各项指标都达到设计要求， 脱硫率都 在 90 以上， 整个 SDA 系统适应能力强， 能够在低负 荷和满负荷之间任意运行， 且适应速度快， 能很好的 适应和应对烧结突发状况。同时， 对于运行中出现的 问题， 需总结经验， 优化设计， 规范操作， 使该工艺在 烧结烟气脱硫中发挥更大作用， 为国家的节能减排做 出更大的贡献。 参考文献 ［1］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． ［2］星晓东， 刘正平， 孙玉平， 等． 承德建龙 265m2烧结烟气脱硫工 程生产实践简介［J］． 冶金环境保护， 2011 3 23- 26． ［3］郝继峰， 汪丽， 宋存义． 钢铁厂烧结烟气脱硫技术的探讨［J］． 太原理工大学学报， 2005，36 4 491- 494． ［4］郭斌， 卞京凤， 任爱玲， 等． 烧结烟气半干法脱硫灰理化特性 ［J］． 中南大学学报． 自然科学版， 2010，41 1 387- 392． ［5］谢海运． 浅析我国钢铁企业烧结烟气脱硫技术［J］． 科技情报 开发与经济， 2011，21 11 176- 177． ［6］刘建秋， 付翠彦， 郑轶荣， 等． 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［J］． 环境工程， 2012，30 2 64- 67． ［7］陈活虎， 倪建东， 黄中子． 火电厂炉内喷钙法烟气脱硫改造实践 ［J］． 环境工程， 2012，30 1 55- 57． 作者通信处顾兵200940上海市松江区三新北路 1333 弄 89 号 201 室上海立谊环保工程技术有限公司 E- mailbinghgu 126． com 2012 － 05 － 12 收稿 65 环境工程 2013 年 4 月第 31 卷第 2 期