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煙氣脫硫技術在首鋼遷鋼360m2燒結工程中的研究與應用
發布日期:2014-06-27 08:49:13  點擊次數:6190

 

煙氣脫硫技術在首鋼遷鋼360m2燒結工程中的研究與應用
來源:北極星節能環保網
 
首鋼國際工程公司燒結設計專業不斷總結和吸取燒結工程設計、生產中的經驗及技術成果,形成了豐富的技術積淀,打造出了多項燒結工藝的核心技術。燒結生產過程產生大量含SO2煙氣,排放量約占鋼鐵企業年排放量的40%~60%,控制燒結生產過程中SO2的排放,已成為鋼鐵企業SO2排放控制的重點。面對當前脫硫形勢,首鋼國際工程公司聯合首鋼環保產業事業部、北科大環境工程中心組建北京首科興業工程技術有限公司,專門承攬燒結脫硫工程。技術團隊針對首鋼遷鋼360m2燒結機脫硫工程,通過對國內幾種脫硫工藝進行全面考察、綜合分析后,確定采取密相干塔脫硫工藝;脫硫設施投產后運行穩定,脫硫效率達95%,每年可以節省SO2排污成本約648萬元,具有較好的經濟效益和環境效益。

1 煙氣脫硫研發背景

目前,我國燒結煙氣SO2脫硫處于起步階段,僅少數幾個燒結廠上了脫硫設施;首鋼國際工程公司燒結技術團隊在調研后發現國內的燒結脫硫設施均不夠理想。

當前采用的幾種脫硫塔存在以下不足之處:

(1) 噴淋塔,廣泛應用于工業煙氣脫硫;國內火力發電廠已建脫硫設施基本上采取該技術。塔中空、不易結垢、阻力小,突出缺點是傳質系數低、相界面積小,噴淋塔龐大,投資高。

(2) 填料塔,傳質系數比噴霧塔稍大;流體阻力較大,且氣液相界面積較小;易結垢,積垢清理困難;投資高。

(3) 旋流板塔,流體阻力大,塔內結構復雜、易結垢;水平度要求很髙,大型裝置制造安裝困難;投資高。

(4) 噴射吸收塔,工作性能與噴淋塔相近;采用的吸收劑比表面積小,塔體相比于其他三種更龐大,投資高。

2 脫硫工藝的確定

2.1 工藝流程的確定原則

脫硫工程方案的確定,需遵循以下原則:安全、可靠、經濟、適用并符合國情;技術成熟、先進、經濟合理、有工業化業績的工藝系統;控制工程造價,盡量考慮設備的國產化;節約用水;燃燒設備的能力要適應負荷變化的要求;考慮燃煤含硫量、工藝過程的原料含硫量、SO2控制規劃以及環境要求;考慮脫硫劑供應條件;考慮脫硫副產品、脫硫灰、飛灰的綜合再利用;充分考慮廢水、廢渣的排放;充分考慮廠址、布置條件等因素。

首鋼遷鋼燒結脫硫工程為老廠增新環保項目,借鑒國內外成熟的煙氣脫硫工藝;根據煙氣特點以及對脫硫除塵系統的實際要求,對常用的濕法及幾種(半)干法煙氣工藝的特點和技術經濟性做了分析比較,最后確定采取密相干塔處理工藝。

2.2 密相干塔工藝的特點

2.2.1 密相干塔的脫硫原理

密相干塔煙氣脫硫技術是由德國福漢燃燒技術股份有限公司和北京科技大學環境工程中心針對中國國情開發的一種先進技術。具有脫硫效率高、投資運行費用低、可靠性高、能耗低、維護量小、占地面積小、系統壽命長等優點,主要用于各種火電廠鍋爐、工業鍋爐以及工業窯爐排放煙氣的脫硫凈化處理。主要原理利用經水選提純后的脫硫劑漿液,與布袋除塵器下的大量循環灰一起進入加濕器內進行均化,使混合灰的水分含量保持在3%~5%之間,由于含3%~5% 水分的循環灰有極好的流動性,反應塔中設有攪拌器,不但能克服粘壁問題而且還能增強傳質作用。加濕后的大量循環灰由干塔上部的布料器進入塔內,與上部進入的含SO2煙氣進行反應。脫硫劑不斷循環,脫硫效率可達95%。最終脫硫副產物由灰倉排出循環系統,通過輸送裝置送入廢料倉。整個工藝流程包括SO2的吸收和吸收劑的循環利用兩個過程:

(1) SO2的吸收:煙氣由干塔上部入口進入塔內,在塔內與吸收劑進行反應,反應后的煙氣由塔下部煙道出口排出,經布袋除塵器除塵后排放至大氣中。

(2) 吸收劑的循環利用:密相干塔內落下的反應產物、布袋除塵器收集的循環灰和新吸收劑漿液一起由提升機提升到塔上部布料器內,再次進入密相干塔進行一系列脫硫物化反應。

2.2.2 密相干塔的主要特點

(1) 脫硫劑用量少利用率高,循環過程中脫硫劑顆粒在攪拌器的作用下,不斷裸露出新表面,使脫硫反應不斷充分地進行,SO2脫除效率達95%,同時可以去除HCl、HF等;

(2) 耗水量低,脫硫劑通過加濕來提高其活性所用的水少,通常循環脫硫劑的含濕量為3%~ 5%;

(3) 反應塔內的攪拌器強化了均質過程,延長了脫硫反應的時間,保證系統的運行質量;

(4) 系統對不同SO2濃度的煙氣及負荷變化的適應能力極強,是該技術的顯著優點;

(5) 脫硫劑在整個脫硫過程中都處于干燥狀態,操作溫度高于露點,不會發生腐蝕或冷凝,無廢水產生;

(6) 密相干塔用普通鋼材制作,而且無需合金、涂料和橡膠襯里等特殊防腐措施;

(7) 煙氣無需再加熱即可排放。

(8) 脫硫副產物主要成分:

CaSO4·2H2O占61.7%,CaCO3占21.9%,CaSO3·1/2H2O占1.1%,CaCl2·4H2O占1.3%,Ca (OH)2占0.2%,Fe2O3占1.7%,Al2O3及SiO2均占1.5% ,MgO占0.8%,P2O5占0.5%。

2.2.3 密相干塔脫硫系統的運行方式

燒結生產與脫硫系統同時運行,在特殊情況及出現故障時允許煙氣從旁路煙道排放。正常運行時,無論脫硫裝置處于何種工況都不會對燒結生產產生任何影響。脫硫系統投運時,脫硫系統的進、出口擋板門打開,旁路煙道擋板門關閉。密相干塔負荷變化時,應按干塔運行特性來調節加料裝置的進料量,以改變干塔內循環灰的密度,來適應負荷的變化。

在燒結機啟動過程中或脫硫系統解列、需要檢修時,應將脫硫系統進、出口擋板門關閉,旁路煙道擋板門打開,煙氣經引風機和旁路煙道直接進入煙囪排出。

 

3 系統設計

3.1 煙氣工況

首鋼遷鋼360m2燒結機,機頭配有兩室四電場電除塵器一臺,煙氣量216萬m3/h(工況)。

 

密相干塔煙氣脫硫系統的脫硫效率設計為92.3%~97.5%,反應系統出口溫度為82℃,脫硫除塵島總壓力降為2300Pa,出口煙氣煙塵濃度小于50mg/Nm3,出口煙氣SO2濃度小于100mg/Nm3。

3.2 工藝流程

脫硫系統由煙氣系統、密相塔、加濕系統、除塵系統、灰循環系統、增壓風機系統等組成。干粉狀的鈣基脫硫劑與密相塔及布袋除塵器搜集的大量循環灰一起進入加濕器內進行增濕消化,使混合灰的水的質量分數保持在3 %~5 %之間,加濕后的循環灰由塔上部進料口進入塔內。

含少量水分的循環灰有極好的反應活性和流動性,與由塔上部進入的煙氣發生反應,密相塔中安裝的攪拌裝置,不但克服了普通半干法煙氣脫硫中可能出現的粘壁問題,而且增強了傳質,使脫硫效率達95%。脫硫劑循環利用,最終脫硫副產物由灰倉溢流出循環系統,通過氣力輸送裝置送入廢料倉,副產物作為建筑材料進行綜合利用。

 

3.3 脫硫劑儲運系統

脫硫劑通過密封罐車運輸到現場,經壓縮空氣輸送到脫硫劑儲倉內,儲倉容積可滿足3天的連續供給量。

脫硫劑儲存有脫硫劑儲倉、一套脈沖式倉頂布袋除塵器和料位計,以保證罐車打入脫硫劑時外排粉塵濃度小于30mg/Nm3。需要向脫硫塔加入新脫硫劑時,石灰通過原料儲倉下部的電動閥進入輸送泵,輸送到物料循環系統的機械輸送裝置。

3.4 煙氣系統

燒結煙氣由燒結機的原煙道引出,爬升到原煙道上部1.5m處,經脫硫系統煙道進入本系統脫硫塔上部的煙氣入口,經過脫硫后的含塵煙氣從脫硫塔下部的煙氣出口引出,進入布袋除塵器,經分離凈化后的凈煙氣由增壓風機送至煙囪排放。

增壓風機主要用以克服脫硫系統阻力,包含煙道阻力、脫硫塔阻力、除塵器阻力等。在增壓風機的出口設置消聲器,風機殼體貼隔聲材料,以減少風機出口噪音,將風機噪音控制在85dB以下。

3.5 密相塔系統

燒結煙氣在密相塔內與加濕的脫硫劑從上到下并流充分接觸、反應,為了保證脫硫劑的充分利用,脫硫塔內設置攪拌裝置,此裝置能夠強力攪拌破碎脫硫劑顆粒,使其不斷裸露出新表面,提高脫硫劑的反應能力。此時,部分脫硫灰落入脫硫塔底部的集灰斗,通過斗式提升機不斷輸送至脫硫塔頂部的加濕機內,使脫硫灰不斷與SO2反應,直至脫硫灰失效。

3.6 灰循環系統

脫硫循環灰在脫硫過程中,不斷與SO2發生化學反應,保證物料充分利用。煙氣經吸收塔后通過中間倉(圖2未示出)、布袋除塵器繼續反應,落入灰斗的脫硫灰然后通過刮板機和斗式提升機及加濕混勻機加濕后,進入脫硫塔繼續循環反應,完成脫硫循環灰的一個循環周期,直至脫硫循環灰失效。

4 系統運行

脫硫工程包括工程設計、設備采購、設備安裝及系統調試等部分,工期8個月。工程建設完成后,進入調試階段。整個調試過程分為3部分:分部調試、冷態調試和熱態調試。

在分部調試中,主要是對各設備、電氣及儀表進行檢查與校訂,并對機電設備進行空轉試驗。在設備具備運轉條件后,對主要設備如增壓風機、脫硫塔" title="脫硫塔新聞專題">脫硫塔攪拌器等進行連續運轉試驗,檢查其運行工況。檢查過程中,各設備運行正常。

在冷態試驗中,主要檢查FGD系統的控制邏輯。在程序啟動控制邏輯檢查核對完好后,進行緊急跳閘試驗,檢驗系統在事故狀態時是否按預定的方式動作。試驗中各項內容符合設計要求。

系統在負荷下進行熱態調試試驗,其主要目的是進一步檢測系統的脫硫效率、設備運行性能等。

系統調試完畢,整個系統即進入連續運行,運行穩定,脫硫效率達95%。

 

5 工程效益分析

首鋼遷鋼燒結脫硫系統建成后,360m2燒結機年運行按7920h計算,利用系數1.3t/(m2·h),燒結礦產量為370萬t。

 

每噸燒結礦的脫硫成本約增加1982.9/370=5.4元/t。年減少SO2排放約5400t,同時年減少粉塵排放約360t。SO2排污費按現行的1.2元/kg計算,年SO2排污費減少648萬元。

6 脫硫研發團隊

首鋼國際工程公司多年從事燒結工程咨詢、設計和總承包業務,積累了豐富經驗。為充分發揮此優勢,公司燒結設計室成立了以燒結室主任、高級工程師李長興為組長,主管設計師、高級工程師李文武為副組長的脫硫研究小組,以劉永言等專家為核心,以研究生王代軍、呂新鵬等為骨干力量的脫硫研發團隊已日臻成熟。首鋼國際工程公司煙氣脫硫技術團隊將會繼續深入研究、不斷探索,為煙氣脫硫的發展、為冶金環保事業做出應有的貢獻。

 

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