萊鋼4#燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫中粉塵的影響與對(duì)策

盧永嶺，楊 瀟，郄建偉，田國福，黃永輝

（山鋼股份萊蕪分公司 煉鐵廠，山東 萊蕪 271104）

1 前 言

燒結(jié)煙氣是燒結(jié)混合料在高溫?zé)Y(jié)成型過程中產(chǎn)生的含塵煙氣，具有成分復(fù)雜、含塵量大、水分高、溫度及SO2濃度波動(dòng)大等特點(diǎn)。燒結(jié)煙氣粉塵的主要成分為鐵、鈣、鎂、鉀、鈉的化合物［1］，此類物質(zhì)進(jìn)入到脫硫系統(tǒng)中，被吸收劑吸收，將會(huì)生成不溶或可溶性的硫酸鹽，影響吸收劑的質(zhì)量和效率；粉塵中的氯離子對(duì)316L設(shè)備及管道有強(qiáng)烈腐蝕性；粉塵中的陽離子（如K+、Na+等）進(jìn)入到胺液中，達(dá)到一定程度時(shí)，將會(huì)結(jié)晶析出，堵塞管道和設(shè)備；不溶于水的粉塵進(jìn)入系統(tǒng)中也會(huì)對(duì)設(shè)備管道產(chǎn)生堵塞，影響脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行。

萊鋼4#燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫采用有機(jī)胺液選擇性吸收燒結(jié)煙氣中的SO2，并在高溫下解吸出SO2制取高純度濃硫酸，實(shí)現(xiàn)吸收劑重復(fù)利用，具有脫硫效率高、副產(chǎn)物可回收利用、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。燒結(jié)煙氣中的粉塵嚴(yán)重影響脫硫系統(tǒng)，為此，采用了一系列優(yōu)化措施。

2 脫硫工藝簡介

脫硫工藝（工藝流程見圖1）可分煙氣除塵、預(yù)噴淋、吸收/解吸、胺液凈化、制酸、循環(huán)冷卻水和廢水處理等7個(gè)子系統(tǒng)。燒結(jié)煙氣經(jīng)機(jī)頭電除塵與增壓風(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入噴淋系統(tǒng)，完成對(duì)煙氣的降溫除塵等預(yù)處理后進(jìn)入吸收塔，胺液對(duì)煙氣中的SO2進(jìn)行選擇吸收，吸收SO2的胺液變?yōu)楦话罚?jīng)過濾后進(jìn)入解吸塔解吸出SO2，胺液成為貧胺，再泵入吸收塔重復(fù)利用。解吸出的SO2輸送至制酸系統(tǒng)，生產(chǎn)98%的濃硫酸，而制酸尾氣經(jīng)增壓后進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，再次對(duì)其中的SO2進(jìn)行處理，提高煙氣凈化效果。

圖1 脫硫工藝流程

3 脫硫前粉塵的處理

3.1 提高機(jī)頭除塵器效率

本工藝系統(tǒng)采用半氣選脫的方法，即根據(jù)燒結(jié)生產(chǎn)過程中，不同燒結(jié)階段的煙氣含有SO2濃度的不同，集中收集SO2濃度高的煙氣進(jìn)行脫硫。此部分煙氣具有堿金屬含量大、煙氣溫度高、煙塵粒徑小、煙氣干燥的特點(diǎn)。

機(jī)頭脫硫側(cè)的電除塵器電場有效斷面面積185.22 m2，為提高機(jī)頭除塵器的除塵效率［2］，對(duì)煙氣進(jìn)行增濕調(diào)質(zhì)處理，降低煙氣比電阻，嚴(yán)格控制除塵器的漏風(fēng)率，采用均流復(fù)荷轉(zhuǎn)板電場和聲波清灰等方式，大大提高了除塵效率，除塵器出口粉塵濃度降至80 mg/m3。

3.2 提高噴淋除塵效率

經(jīng)電除塵后的煙氣由增壓風(fēng)機(jī)加壓后進(jìn)入噴淋系統(tǒng)，噴淋塔為文丘里洗滌塔，材質(zhì)為玻璃鋼，可耐受溫度較低，而燒結(jié)煙氣溫度達(dá)120～150 ℃，為防止高溫?zé)煔鈱?duì)噴淋塔造成變形損壞，在煙氣進(jìn)入噴淋塔的煙道中設(shè)置3 個(gè)霧化噴頭，利用霧化水對(duì)煙氣進(jìn)行降溫和預(yù)除塵處理，確保進(jìn)入噴淋塔的煙氣溫度低于120 ℃。噴淋塔內(nèi)共設(shè)有3 個(gè)噴淋層，采用專用螺旋噴頭，使噴淋液與自下而上的煙氣逆向接觸，達(dá)到去除NOX、HCl、HF、SO3等酸性物、煙氣粉塵和降溫的目的。為提高除塵捕沫效果，拆除塔頂折流板式捕沫器，鋪設(shè)3 層共900 mm 的規(guī)整填料，經(jīng)噴淋后的煙氣含塵量可降低至50 mg/m3。因燒結(jié)煙氣中含有一定量的SO3等酸性物質(zhì)，被噴淋液吸收后，降低噴淋液的pH值，加速高酸性的噴淋液對(duì)設(shè)備及管道的腐蝕；另外，噴淋液中粉塵富集到一定程度，會(huì)堵塞設(shè)備及管道，所以需定期外排廢水，以控制噴淋液的pH值和含固量。

噴淋液的溫度控制在43 ℃左右，當(dāng)噴淋液pH值為1時(shí)，煙氣中的SO2溶于噴淋液較少，可減少SO2隨噴淋廢水排放損失，增大SO2轉(zhuǎn)化為硫酸的比率，提高硫酸產(chǎn)量，同時(shí)降低廢水處理負(fù)荷，減緩噴淋液對(duì)設(shè)備的腐蝕速率。

4 胺液凈化

4.1 胺液過濾單元

胺液過濾單元（過濾工藝流程見圖2）采用微孔過濾技術(shù)，操作單元主要有2 臺(tái)PGR 型過濾機(jī)及1臺(tái)PGH 型壓干機(jī)。在胺液完成對(duì)SO2的吸收時(shí)，煙氣中殘余的粉塵也會(huì)進(jìn)入胺液中，不溶性粉塵達(dá)到一定濃度時(shí)，將會(huì)堵塞設(shè)備及管道，并對(duì)設(shè)備產(chǎn)生磨損。為降低胺液中的粉塵含量，吸收SO2后的富胺液進(jìn)入到過濾系統(tǒng)，對(duì)胺液進(jìn)行除塵凈化處理。設(shè)備開機(jī)時(shí)，過濾機(jī)中需要投入珍珠巖粉作為助濾劑，增大設(shè)備過濾精度至1 μm。

圖2 過濾工藝流程

隨著設(shè)備連續(xù)運(yùn)行，過濾柱上的粉塵產(chǎn)生堆積，過濾精度會(huì)提高，但是過濾罐壓力升高，造成能耗增加，過濾效率下降。在過濾罐內(nèi)壓力升至0.16 MPa時(shí)，需要對(duì)過濾機(jī)進(jìn)行反洗再生處理，對(duì)過濾罐內(nèi)含固濃度高的胺液，利用壓干機(jī)進(jìn)行壓干，濾清液進(jìn)入胺液系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)回收利用。壓濾餅可以進(jìn)入燒結(jié)配料，進(jìn)行二次燒結(jié)，完成廢渣處理。系統(tǒng)設(shè)有PLC自動(dòng)控制裝置。

4.2 除鹽單元

脫硫系統(tǒng)吸收劑是有機(jī)胺液，每個(gè)胺分子中含有2個(gè)氨基，為確保胺液在生產(chǎn)中的穩(wěn)定性，在吸收前需對(duì)胺液進(jìn)行鹽化處理，利用硫酸鹽化胺液，控制硫酸使用量，使胺液中的1個(gè)氨基被硫酸根占據(jù)，生成穩(wěn)定性較強(qiáng)的硫酸銨鹽，另1個(gè)氨基完成對(duì)SO2的選擇性吸收。燒結(jié)煙氣中的Cl-、SO3等進(jìn)入到胺液中將會(huì)生成熱穩(wěn)定性鹽，不能通過熱分解的方式除去，胺液中富集的Cl-、SO42-等離子會(huì)占據(jù)胺液中的另1個(gè)氨基，使胺液喪失吸收SO2的能力。

胺液鹽化反應(yīng)方程式：

胺液吸收反應(yīng)方程式：

為保證胺液的完全鹽化，控制胺液中熱穩(wěn)定性鹽的摩爾電荷與胺液的摩爾電荷的比值HSS為1.1～1.3。若胺液鹽化不徹底，系統(tǒng)存在較多的游離胺，而游離胺穩(wěn)定性差，易降解及逃逸造成胺液損失；熱穩(wěn)定性鹽含量升高，將占據(jù)胺液另1 個(gè)氨基，導(dǎo)致胺液的pH 值降低，使胺液降低吸收SO2的能力，同時(shí)使胺液失去緩蝕作用加速胺液對(duì)設(shè)備及管道的腐蝕，所以富集的此部分熱穩(wěn)定性鹽必須除去，以確保胺液的活性。

HSS值計(jì)算公式：

其中ne-為胺液中負(fù)離子摩爾電荷數(shù)，ne+為胺液中正離子摩爾電荷數(shù)。

因燒結(jié)煙氣中含有大量的酸性物質(zhì)，隨開機(jī)時(shí)間的延長，進(jìn)入到胺液中，生成酸根離子，與胺液反應(yīng)生成銨鹽（取樣數(shù)據(jù)見表1）。

表1 2011年11月10—12日胺液中取樣分析數(shù)據(jù)

由表1可知，在開機(jī)的32 h中，胺液中的熱穩(wěn)定性鹽及HSS 值處于持續(xù)上升狀態(tài)，HSS 值升高將會(huì)降低胺液對(duì)SO2的吸收效果，富集的熱穩(wěn)定性鹽必須除去，以確保胺液對(duì)SO2的吸收能力。

除鹽單元采用離子交換工藝，用離子交換樹脂選擇性吸附胺液中的熱穩(wěn)定性離子，樹脂吸收飽和后，采用燒堿對(duì)樹脂進(jìn)行再生處理，恢復(fù)樹脂吸附能力。但燒結(jié)煙氣中的Fe3+、Cu2+等重金屬離子極易使樹脂中毒，降低樹脂使用周期，胺液中的超微粉塵吸附在樹脂表面或進(jìn)入樹脂空隙中，降低樹脂表面積，影響樹脂使用質(zhì)量。采用本系統(tǒng)中產(chǎn)生的亞硫酸對(duì)樹脂進(jìn)行浸泡擦洗處理，可提高樹脂的使用周期及處理能力。

4.3 除氯、除陽單元

燒結(jié)煙氣中的Cl-、Na+、K+等離子等進(jìn)入胺液中影響胺液質(zhì)量。Cl-不僅會(huì)使胺液喪失吸收SO2的能力，同時(shí)對(duì)316L不銹鋼腐蝕較嚴(yán)重。為保護(hù)316L材質(zhì)管道及設(shè)備，需控制胺液中的Cl-含量低于800×10-6。胺液中的K+、Na+等含量富集到一定濃度時(shí)會(huì)堵塞管道及設(shè)備，也會(huì)影響對(duì)胺液的分析，所以胺液中的K+、Na+總量需控制在800×10-6以下。采用離子交換樹脂吸附胺液中的離子，用系統(tǒng)產(chǎn)生的硫酸或亞硫酸對(duì)樹脂進(jìn)行再生，可減少原料使用，降低生產(chǎn)成本。

4.4 冷凍結(jié)晶法

在冬季檢修時(shí)，對(duì)胺液進(jìn)行提濃處理，提濃后胺液存于吸收塔中。經(jīng)冷卻后，出現(xiàn)結(jié)晶鹽等固體物質(zhì)，利用自制的簡易設(shè)備對(duì)胺液中的固體雜質(zhì)進(jìn)行物理分離。經(jīng)分析，固體雜質(zhì)主要成分為結(jié)晶鹽（硫酸鈉、硫酸鉀）和單質(zhì)硫。冷凍結(jié)晶法對(duì)酸根離子SO42-、Cl-、NO3-等去除效率高［3］，同時(shí)也可去除胺液中的單質(zhì)硫，可降低離子交換單元的工作負(fù)荷，避免塔頂冷凝器單質(zhì)硫的析出，減少原材料（胺液、燒堿、硫酸等）的消耗，降低脫硫生產(chǎn)成本。

5 結(jié) 論

萊鋼煉鐵廠燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)已成功應(yīng)用于生產(chǎn)，充分結(jié)合燒結(jié)生產(chǎn)線工藝特點(diǎn)，脫硫效率可以達(dá)到95%以上，在總風(fēng)量450000 m3/h、入口濃度1200～2000 mg/m3的情況下，可實(shí)現(xiàn)SO2排放濃度低于100 mg/m3，確保燒結(jié)煙氣中SO2達(dá)標(biāo)排放。

［1］李志鋒，林七女，董曉春，等.燒結(jié)機(jī)頭除塵灰生產(chǎn)氯化鉀的應(yīng)用研究［J］.中國資源綜合利用，2010（2）：13-15.

［2］譚松濤，殷征，喬漢東，等.265 m2燒結(jié)機(jī)機(jī)頭除塵器運(yùn)行參數(shù)分析［J］.萊鋼科技，2009（4）：60-62.

［3］邱正秋.胺法脫二氧化硫溶液中熱穩(wěn)定性鹽去除實(shí)驗(yàn)研究［J］.天然氣化工，2011，36（2）：19-22.