首钢一系列120t/a氧化球团生产线脱硫改造采用了脱硫除尘一体化的密相塔半◤干法脱硫技术,本文介绍了该技术的特点及关键所在。改█造实施后,脱硫系统运行稳定,与主工艺同步运行率达100%,脱硫率达90%,脱硫后烟气SO 2浓度<180 mg/m 3,达到了环保标准。

1前言

首钢始建于1985年,共有两条生产线,其中一系列生产线原设计□为生产金属化球团,1989年转产氧化球,由于」工艺大相径庭,边生产,边改造,2000年完成截窑改造后,成为国内首条采用链篦机-回转窑-环冷◣机工艺的氧化球团生产线,设计能力为100t/a2003年,建成投产了年产200t的二系列□ 生产线。两条生产线均无烟气脱硫装置,SO 2排放浓度平均为↑1 100 mg/m 3

随着国家环保形势的日益严峻,河北省环保厅及国家环保部相继出台ζ了更严格的排放标准。为了实现达标排放,我厂决定对100t/a球团生产线进行脱硫改造,采用脱硫除尘一体化密相塔半干法对球团烟气进∞行处理(系国内最先采用∴)。通过对密相塔半干法脱硫工艺中的循¤环灰输送、脱硫灰加湿、循环灰计量、脱硫效率、脱硫系统自动控制等卐技术要点进行研究,完善了设计方案,其中,部分工艺※技术、设备、计量控制为首次应用。201310月份完成改造后,系统运行稳定。脱硫后的烟气SO 2浓度达到↙了环保部门规定的<180 mg/m 3的标准,脱硫效率达⌒ 到了90%

2脱硫除尘一体化技术简介

2.1系统构成及工▓作原理

球团烟气脱硫系统主要由以下部分构成:脱硫剂储备输运系统、副产物储备输运系统⌒、烟气系统、密相塔系统、除尘系统、工艺」水系统、提升流▼化风系统、压缩空气系统,及其与之配套的供水、供电、供气设施等,其主要设计参数见表1

工作原理:本技术是一种以钙基脱硫㊣ 剂(CaO)为主的增湿类烟气脱硫技术,细粉状脱硫剂在加湿混合器内加湿,水均匀㊣分配到颗粒表面,加湿后的脱硫剂与SO 2在脱硫塔内进行↓脱硫反应。加湿后的脱硫剂与SO 2具有很好的反应活性,同时可使烟气温度较快降△低,形成理想的脱硫反应条件。根据含湿脱硫剂颗粒的状态,可将脱硫系统的气、固、液三相化学反应分为两个阶段:第一阶段为含有一①定湿度的固体脱硫剂与SO 2的反应;第二阶段为水分挥发后的干ぷ态固体脱硫剂与SO 2的反应。脱硫反应主要在第一阶段完成,反应时间约68 s。第一阶段是一个快速的离子反应过程。

SO 2的传质包括以下5个步骤:

(1)气相☉主体中的SO 2在湍流作用下扩散到气膜表面;

(2)SO 2靠分子扩◆散通过气膜到达两相界面;

(3)界面上SO 2从气相溶入液相,形成

HSO3SO 23;

SO 2+H 2 OH 2 SO 3H 2 SO 3H++HSO3HSO3H++SO 23

(4)液相中SO 2靠分子扩散从两相界面通过液膜;

(5)液相中SO 2靠湍流扩散从边界液膜到液相主体。Ca(OH)2的传质包括以下3个步骤:

(1)Ca(OH)2固体∴扩散到液相主体中;

(2)Ca(OH)2颗粒溶解,形成Ca2+OH;Ca(OH)2Ca2++2OH

(3)液相◤主体中的SO 2Ca(OH)2发生反应,生成亚硫酸盐并部分氧化为硫酸盐。

Ca 2++SO 23+1/2H 2 OCaSO 3·1/2H 2 OCaSO 3·1/2H 2 O+1/2O 2+3/2H 2 OCaSO 4·2H 2 OSO 2Ca(OH)2的传质同时进行,并相互影响、相互促进。Ca(OH)2的反应活性与含湿颗粒表面水分的存在有很大关▓系。上述反应均是在液相中进行的,故水分蒸发会限制反应卐进行。生成物CaSO 3CaSO 4在反◣应界面上产生,并沉积在脱硫剂颗粒表面。但在密相塔内,气固两相均处于高度湍流状态,颗粒之间存在着相互摩擦和碰撞,在搅拌装置的作∑ 用下,这种摩擦碰撞作用更加剧烈。因此,沉积在颗粒表面的CaSO 3CaSO 4会不断剥离,使包裹在内部未反应的Ca(OH)2不断裸露,促使脱硫反☆应持续进行。

第二阶段发生的是气固非催化反应,包括以下几个步骤:

(1)SO 2从周围的膜表面▼扩散到颗粒表面;

(2)SO 2从产物层到未反应核的渗透和扩散;

(3)SO 2Ca(OH)

2在未反应核表面反应。

脱硫塔内安装有搅拌装置,强力破碎循环脱硫剂颗粒,可有〖效提高脱硫剂利用率,同时去除HClHFNO X;循环脱硫剂●加湿水量为3%5%,确保物料不结块,流动性好;操作温度高于露点,没有腐蚀或冷凝现象,无废水产生;对ω 烟气流量、SO 2浓度、温度的变化适应能力强,这是】该技术的显著优点。

2.2工艺流程

首钢一系列烟气脱硫工艺流程见图1。需要处理的原烟气由现用电除尘器除尘后进入脱硫系统入口烟道。烟气入口设计在脱硫塔下部,入口处装有搅○拌器,在♀搅拌器上游烟道加入加湿并混合良好的脱硫剂,经搅拌器强力扰动搅拌后,由烟气携带进入脱硫塔。进入塔内的脱硫剂(10μm80%)随烟气向上【流动,在运动过程中与水、SO 2进行化学反应,生成CaSO 3CaSO 4等产物。反应后的脱硫灰随烟气进入布袋除♀尘器,经除尘器捕集后沉积在除尘器的灰斗内。除尘器灰斗下部出料口设有双轴加湿混合机,并与脱硫塔的进料口相连,灰斗中的脱硫灰经双轴加湿混合机混合后◤返回脱硫塔,进行下一轮循环。少部分大颗粒落入脱硫塔灰斗内,通过脱硫塔底部灰斗由气力输送至脱硫塔中部进灰口,返回再用,使脱硫灰中的有效成分得以充分利▆用。在脱硫塔灰斗底部取样化验,当脱硫灰中CaO含量<8%时,作为失效的脱》硫废灰排至副产物仓,通过密封罐车外运。净化后的烟气由新建主引风机送至烟囱达标排放。

3关键技术及特点

3.1脱硫除尘一体化工艺与装备ㄨ

将脱硫塔№与除尘器合并布置,实现了脱硫塔与除尘器“无缝对接”,装备布置紧凑,减少了占地面积,系统建设耗钢量降低30%,投资相应№降低;而且设备布置灵活,实现了工艺装置的╱“积木化”、“模块化”设计安装,可用于不同的场地条件,同时还解决了后期改造现场位置狭窄的难题。

另一方面,一体化设计也缩短了烟气流程,使系统压降控制在2 500 Pa以下;还缩短了脱硫剂●的循环路径,提高了循环倍率和脱硫♂率,可使副产物中的CaO含量降至8%以下。本工艺中,脱硫剂依靠烟气携带实现塔内循环,气固两相流完全同向,不仅使脱硫剂与烟气充分接触,还借助重¤力与烟气带动力的平衡实现了粗细颗粒分级,小于10μm的颗粒随烟气上升至除尘段,大于10μm的颗粒则落入脱『硫塔灰斗中;从而稳定了脱硫剂循环量,再通过脱硫剂循环量控制加水量,达到了稳定脱硫效率之目的。

3.2循环灰气力输送

采用罗茨♀风机与气力喷射器组合的中压气力输送系统完成脱硫剂的循环输送,既满足了脱硫工艺要求,又实现了脱硫除尘设备的“零故障”,提高了设备效率,降低了运维费◥用。罗茨≡风机及输送管道占地少、布置灵活,装机容量(150 kW)相比而同等规模的机械输送(190kW)大大降低,有助〓于生产节电。

3.3立式搅拌装置

为了增强脱硫剂与烟气的混合效果,在双轴加湿混合机下料口处增设了2台立式搅拌装置,使加湿循环灰从双轴加湿混∮合机下料口落下后立即进行搅拌▲混合,提高了烟气与加湿循环灰的接触面积,使脱硫效率得到进一步提升。

3.4脱硫增压风机与主工艺风机合并

通过研究主工艺风机与脱硫风机合并的各种条㊣件及制约因素,优化脱硫系统及除尘器工艺布置,同时对原有主风机进行增╲容改造(60m 3/h6 500 Pa增容至90m 3/h8 500 Pa),达到了取消旁路,脱硫系统与主工艺系统共用同一台风机。投入运行后,风机电机运行在40Hz时,完全满№足主工艺及脱硫装置的需求,设备运〒转平稳,实现了脱硫系统与主系统100%同步稳定运行。

4运行情况及效果

4.1一次验收成功

脱⊙硫系统建设完成后,经过近1个月的调试,循环灰气力输送系统、脱硫灰加卐湿混匀设备、循环灰量控制系统实现了稳定运行,并通过了迁〗安市、唐山市环保部门的验收。脱硫后烟气出口SO 2浓度<180 mg/m 3,达到了环保部门规定』的标准。

4.2脱硫效率高,对主工艺的适应性强

随着球团厂原料结构的变化,20149月开始,秘鲁细精矿粉配比从10%逐步提高★到40%,导致烟气↘入口SO 2浓度由696 mg/m 3升高至1 011 mg/m 3。对此,通过优化操作,使脱硫塔4个⌒加灰点的灰量与加水量合理匹配,波动范围控制在10%以下,增大了密相塔内有效脱硫剂的浓度,使烟气、脱硫剂和水◣三相混合更加均匀,提高了脱硫量和脱硫效率,确保出口SO 2浓度稳〓定在180 mg/m 3以下,适应了球团原料结构变Ψ 化的需求。

4.3实现了脱硫系统与主工艺系统100%同步运行

一系列烟气脱硫系统自20139月投运后,生产稳定,实现了与主工艺系统100%同步运行。实践证明,脱硫循环灰采用气力输送不仅保证了≡现场环境,而且设备运行稳定,在风机能力范↓围内通过定量设置循环灰斗的给料量,成功控制了循环灰量及加水量的大小,满足了在不同进口〇SO 2浓度条件下对循环灰量及加水量的调整。

4.4运行成本低▲、日常∞维护简便

2014年开始,脱硫系统实现了长周期稳定运行。脱硫效率从1月份的79.6%逐步提高到9月份的93.71%,并稳定在90%以上;新灰消耗一直稳定在3.25.0 kg/t球,见表2。脱硫系统与主工艺共用▂一台引风机,在生产能力不变的情况下,原生产电耗为6.5 kWh/t球,现在为9.56 kWh/t球,比增加一台脱硫风机的电耗☉(6.5×2=13 kWh/t)要低3.44 kWh/t球。由于脱硫系统设备主要是气力输送风机和@加水水泵,操作可靠、日常维护简单,维护费用低。

4.5社会ξ 效益显著

201310月系统调试正常后,首钢申请迁安市环保局监测站对脱硫设施运行情况进行监测。监测数据显示,20131112月减排SO 2 217.38 t201419月减排2 010.55 t,社会效益〒显著。脱硫副产物还︽可按市场价610/t销售给道路建设单位,作为路基施〖工用料。

5结论

1)脱硫除尘一体化密相塔半干法脱硫技术在首钢一系列生产线上应用后,使SO 2排放指标快速达到了政府环保部♀门规定的标准。

2)多点加灰、多点加水◆的方式使循环灰量和加水量得到∩合理控制,对脱硫效率的控制更加有效,脱硫率稳定在90%以上。

3)脱硫系统稳定顺行,实现了与主工艺生产100%同步。实践证明,脱硫风机与生产风机共用完全︼可行,不仅节省了建设投资,也降低☆了运行维护费用。

4)脱硫除尘一体化设计不仅延长了烟气脱硫反应时间,而且能有效减少建》设空间和一次性投资,同时解决了前期没有脱硫系统,后期进行脱硫改造现场狭窄的√难题。

5)脱硫除尘一体式密相塔半干法ω脱硫技术脱硫效率高、无废水、腐蚀小、操作简便、维护量小、适应环境能力强(尤其是北方冬季运行)、运行稳定、故障率低、投资相对较少。