空塔喷淋烟气脱硫技术及其在烧结机的应用

空塔喷淋烟气脱硫技术及其在烧结机的应用

永清环保集团  冯延林

摘要：概述了烧结烟气特点，介绍了空塔喷淋烧结烟气脱硫的技术优势及其工艺过程，总结了该技术在华菱湘潭钢铁有限公司360 m²烧结机上的应用效果。

关键词：空塔喷淋；烧结烟气；二氧化硫

在目前和今后较长的一段时期内，钢铁工业仍是我国的支柱产业，钢铁工业发展的同时会带来污染物的排放。2008年全国重点统计的钢铁企业SO₂排放量约110万t，其中烧结机烟气SO₂排放量约80万t。钢铁工业要保持可持续发展，就必须减少对环境的污染。根据新制订的《钢铁工业大气污染物排放标准(烧结“球团”)》(征求意见稿)提出的要求，新标准实施之日前已建成投产或环境影响评价报告书(表)或登记表已通过审批的烧结(球团)生产企业或设施，在2010年7月1日前执行SO₂的排放浓度为600 mg／Nm³，2010年7月1日后执行SO₂的排放浓度限值为100 mg／Nm³。

我国烧结机烟气脱硫起步较晚，截止2008年12月底，我国实施脱硫的烧结机仅30多台，不到总量的6％。采用的方法主要有循环流化床法、氨-硫铵法、密相干塔法和石灰石-石膏法等。尽管采用的技术各异，建成的装置也有30多套，真正能保持连续稳定运行的烧结烟气脱硫装置并不多见。从烧结烟气脱硫一开始，工业和信息化部一直在寻求适合我国国情的烧结烟气脱硫技术。

空塔喷淋烧结烟气脱硫技术是以石灰石浆液为脱硫剂，在吸收塔内采用循环浆液喷淋对烧结烟气进行逆流洗涤，去除烟气中的SO₂、SO₃、HCl、HF、烟尘等多种污染物，达到净化烧结烟气的目的。除塔的中上部布置循环管和喷嘴外，塔内再无任何充填物。由湖南永清环保股份有限公司科技人员研发的空塔喷淋烧结烟气脱硫技术已在衡阳华菱连轧管有限公司180 m²烧结机和华菱湘潭钢铁有限公司：360 m²烧结机上得到成功应用，该技术已于2009年11月15日通过湖南省科技厅组织的科技成果鉴定。使用该脱硫技术对烧结烟气进行净化，具有净化效率高，气相阻力低，无结垢，无堵塞，副产石膏能直接利用，对烟气流量、压力、温度波动具有广泛的适应性，装置启、停速度快，净化成本省等多种综合优势。

1  烧结烟气的特性

与燃煤锅炉和冶炼烟气不同，烧结烟气具有如下特性：①烟气流量变化大且波动幅度大。l t烧结矿产生的烟气量在4 000～6 000 m³之间，波动幅度可达40％以上，波动无规律可循。②SO₂浓度变化大。范围可以在300～5000 mg/Nm³之间，且突变频繁。③温度变化大。范围在80～200℃之间，温升温降无规律，幅度大。④烟气中水分含量大，一般为9％～13％。⑤烟气中氧含量高，一般为14％～18％。⑥烟气含有多种污染物成分，除含有SO₂、SO₃、HCl、HF、粉尘(其中氧化铁含50％以上)外，还含有重金属、二恶英、氮氧化物等。上述烟气特点均在一定程度上增加了烧结烟气治理难度。所以，到目前为止，我国钢铁行业烧结机烟气脱硫进展不顺，很大程度上是没有针对性地把握住上述烟气特性而采取相应的治理技术。

2  空塔喷淋技术对烧结烟气脱硫的针对性

2．1  烟气流量跟踪调节控制技术，消除脱硫装置设置对烧结装置的干扰

脱硫装置的增压风机和烧结装置的引风机分属两个不同装置，若不能保持这两台风机间风量的同步协调，势必造成烧结工序烟气压力和烟温的剧烈波动，干扰烧结工序的正常工况，严重时会引发停机事故。根据烧结烟气流量变化大且波动幅度大的特点，研发人员研制出烟气流量跟踪调节技术，使主装置引风机排出的烟气量与脱硫装置增压风机吸进的烟气量保持延时同步协调，消除了脱硫装置设置对烧结工艺带来的附加影响，使烧结、脱硫装置完全协调适配。该技术使用证实，引风机和增压风机连接烟道的压力能稳定在－200～+200 Pa之间，对烧结主装置和脱硫装置均不构成实际影响。

2．2入塔烟温定值控制技术，消除烟温波动对吸收效果的影响

对吸收操作而言，烟气中SO₂吸收效率随烟温的升高而降低。当烧结烟气温度频繁无规律波动时，会对吸收操作产生较大的冲击。严重时无法达到应有的脱硫效率保证值。为了保持脱硫系统气液相平衡温度保持在相对低的定值状态，避免出现浆液温度的大起大落，提高和稳定烟气污染物吸收效率，研发人员研发出双重降温办法来实现烟温的定值控制。该技术使用证实，当烧结烟温低于200℃时，采用该技术，可使入塔烟温很快降到100℃以下，最大限度地减少了烟温对烟气SO₂吸收效果的影响。

2．3  空塔喷淋技术，特别适应SO₂浓度波动，可有效降低烟气系统阻力

由于烧结矿供应渠道不同，使得烧结烟气SO₂浓度波动区间特别大，由于空塔喷淋设计时可以根据提供的SO₂浓度波动区间通过流场的数值模拟灵活确定塔径、塔高和不同的喷淋层数，投运时又可根据烟气含硫高低情况决定投运的层数，使得空塔喷淋具有很好的操作弹性从而适用烟气SO₂浓度波动，稳定烟气的脱硫效率。空塔喷淋的这一特性是其他脱硫方法无法实现的。不仅如此，空塔喷淋还具有极小的烟气阻力，使用结果证实，空塔喷淋的烟气系统阻力<1 500 Pa，系统阻力还不到其他脱硫方法的40％。因此，该技术具有很好的节能特性。

2．4  浆池结晶控制技术，防止浆池结垢堵塞

吸收塔垢层的形成，是大量的半水石膏与二水石膏在一定的条件下复合生成的，一旦结垢生成，过程无法逆转，垢层会越积越厚，最终堵塞容器和管道，使烟气脱硫无法进行。研发人员通过采取控制合适的工艺条件，降低浆液中液相亚硫酸钙浓度，从源头上控制亚硫酸钙在浆液中的过饱和度，消除亚硫酸钙和硫酸钙混合结晶[Ca(SO₂)X·(SO₃)X·(SO₄)X·1/2H₂O](结垢物)的生成条件，避免结垢的生成；同时，给结晶的目标产物(二水石膏)创造良好品种成长条件，以使该目标产物结晶能迅速长大，从而使得浆液脱水易于进行，这一防浆池结垢堵塞技术已申报国家发明专利(申请号：200910043096．9)。

2．5  石膏分级脱水技术，确保最低的石灰石消耗和副产石膏品质

    由于石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术中的石灰石反应和石膏生成在同一浆池内完成，实际在浆池移出的浆液是石膏和石灰石的混合物。因此，要求一级脱水设备不仅具有石膏浓缩功能，还应具有石膏与未反应完的石灰石之问的分级功能。研发人员采用旋流分级和真空脱水串接并用，不仅使产出的石膏中石灰石含量<2％，确保了Ca／S比<1．03％，且确保了脱水石膏游离水含量<10％，使产出的石膏直接供水泥制造或生产石膏板用。

3  空塔喷淋烧结烟气净化工艺过程

3．1  烟气净化化学原理

    石灰石-石膏空塔喷淋对烧结烟气吸收的化学过程可用如下化学反应方程式表示：

吸收：SO₂+H₂O=H₂SO₃

SO₃+H₂O=H₂SO₄

中和：CaCO₃+H₂SO₃=CaSO₃+CO₂+H₂O

CaCO₃+H₂SO₄=CaSO₄+CO₂+H₂O

CaCO₃+2HCl=CaC1₂+CO₂+H₂O

CaCO₃+2HF=CaF₂+CO₂+H₂O

氧化：2CaSO₃+O₂=2CaSO₄

结晶：CaSO₄+2H₂O=CaSO₄·2H₂O

3．3工艺过程描述

外购石灰石规格小于20 mm，经卸料、储存、计量进入湿式球磨机，研磨后的石灰石浆液经旋流器分离，大颗粒再循环进入球磨机，合格石灰石浆液用泵送入吸收塔。这一过程也可采用外购石灰石粉直接配浆来实现。

从烧结机的引风机后引入的烟气用增压风机加压使其进入脱硫装置，采用烟气量跟踪调节技术，使引风机的出风量与增压风机的进风量保持协调，采用烟温调节控制技术使进入吸收塔的烟气温度降至100℃，烟气从浆液池液面折回后上升，吸收塔浆液池的浆液通过吸收塔循环泵送入吸收塔上部喷淋层，通过喷嘴向下喷淋吸收烟气中的SO₂、SO₃、HCl-HF、粉尘等多种污染物，浆液吸收SO₂后生成亚硫酸钙经浆池中的氧化喷枪喷入的空气氧化成副产物二水硫酸钙(石膏)，采用浆池结晶生成物控制技术，控制浆池供氧量和调节浆池的pH值，防止浆液在浆池生成结垢。净化后的烟气经吸收塔顶部除雾器除去水雾再经塔顶排气筒排放。为避免石膏及石灰石沉积，浆液池中的浆液通过侧进式搅拌器进行搅拌保持浆液成悬浮状态。

石膏浆液由排出泵送入石膏旋流器分级并浓缩，旋流器溢流为含有未反应完全的石灰石和石膏细晶，再循环至吸收塔充分利用，底流为合格石膏送真空带式脱水机进一步脱水后送入石膏库供出售。滤液返回吸收塔利用。考虑浆液中氯离子的积聚会影响SO₂的吸收并腐蚀设备和管道，因此，定期处理一部分含氯废水，每小时处理量约2～3 t／h，处理后的废水达标后排放。

4  空塔喷淋技术在华菱湘潭钢铁有限公司烧结机上的实际应用

4．1  基本情况

以华菱湘潭钢铁有限公司360 m²烧结机烟气脱硫为例，该厂360 m²烧结机设置二套风箱系统，对应两条烟道，本项目采用选择性烟气脱硫方案，即只对SO₂浓度高的1号机头烟气进行脱硫，SO₂浓度低(含SO₂约300 mg／m³)的2号机头烟气直接从烟囱排放。

4．2  实际运行状态

脱硫装置于2009年10月21日投入试运行，连续7天(168 h)运行的结果表明，装置设计合理，污染物去除率高，对烧结工艺不构成任何不良影响，无结垢，无堵塞，运行状态良好。系统运行各项指标均达到或优于设计指标。

4．3  污染物去除率

该脱硫装置经环保测试和在线监测表明，对SO₂去除率平均达到97．23％，对HCl去除率达到98．21％，对HF去除率达到97．54％，对烟尘去除率达到81．27％。

4．4石膏的利用

该脱硫装置每年产出石膏约2．19万t，产出的石膏经监测，二水硫酸钙含量平均达到90．64％，含水量<10％，全部以每吨30元价格销售给了湘潭附近石膏板厂用于生产石膏板。

5  脱硫装置运行成本分析

截取该脱硫装置连续7天运行的平均消耗为分析依据，每年按8 140 h运行计算，分析结果表明，不考虑副产石膏销售收入和核减排污费收入，该装置脱除每千克SO₂直接成本为2．46元，折合吨烧结矿为4．17元。

6  结论

空塔喷淋烟气脱硫技术对烧结烟气适应性强，净化装置投运后能连续稳定运行，对烟气中污染物去除效率高，运行阻力低，成本省，副产石膏可直接利用，使用效果好。此技术具有完全自主知识产权，推广无牵制，应用前景广阔.