濕式DS系列專利脫硫技術(shù)在球團燒結(jié)煙氣脫硫的應(yīng)用

楊 瑩

（福建省德化縣環(huán)境監(jiān)測站 福建泉州 362500）

1 引言

進入“十二五”，國家環(huán)保部門頒布了一系列新的政策。根據(jù)頒布的《鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 28662-2012對現(xiàn)運行脫脫設(shè)施提出了更高要求。新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，2015年1月1日起，現(xiàn)有的鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)企業(yè)排入大氣中的煙氣中所含SO2濃度不能大于200 mg/Nm3。面對更嚴厲的排放標(biāo)準(zhǔn)和總量控制要求，必須對現(xiàn)有脫硫系統(tǒng)整體進行改造。2013年德化鑫陽公司氧化球團廠采用一種新型濕法脫硫設(shè)備（DS-多相反應(yīng)器）對原有脫硫設(shè)施煙氣進行改造。2013年11月已在福建德化縣鑫陽礦業(yè)氧化球團廠實際應(yīng)用，年綜合脫硫效率可達98%以上。

2 技術(shù)原理

該球團爐煙氣脫硫采用濕式石灰-石膏法脫硫工藝，本文將重點對該脫硫技術(shù)中核心設(shè)備DS-多相反應(yīng)器進行介紹。

2.1 多相反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和原理

DS-多相反應(yīng)器由若干個吸收單元組成，每個單元設(shè)有回轉(zhuǎn)體式內(nèi)置構(gòu)件。當(dāng)煙氣和吸收漿液從反應(yīng)器頂流入，特殊內(nèi)置構(gòu)件強迫氣、液相不斷改變速度和方向。漿液在中心回轉(zhuǎn)體的作用下均勻分散成液膜、液幕，從中心向各個方向均勻散開。塔壁上的錐環(huán)又將散開的吸收漿液向下單元中心回轉(zhuǎn)體中心聚焦，形成新的液膜、液幕。當(dāng)液幕與塔構(gòu)件沖擊時，產(chǎn)生液沫、液滴。煙氣與吸收漿液間存在速度差，當(dāng)煙氣在一次次穿過液幕時，液幕被霧化成直徑很小的霧滴；液膜、液幕、液滴充滿反應(yīng)器空間。在氣、液兩相充分接觸過程中，煙氣中的SO2被吸收。整個塔內(nèi)速度場大體可分為兩個區(qū)域：高速流動區(qū)域和渦流區(qū)域。高速流動區(qū)域主要作用是對吸收漿液進行分散、霧化，增大漿液的比表面積。渦流區(qū)域主要是加強煙氣同漿液的攪拌混合，使其充分接觸反應(yīng)，加速傳熱、傳質(zhì)。自上而下，高速流動區(qū)逐步擴大，而渦流區(qū)被壓縮，吸收液霧化效果越來越強烈。

3 技術(shù)方案及工藝流程

3.1 技術(shù)方案及工藝流程

鑫陽公司球團爐煙氣脫硫采用濕式石灰-石膏法脫硫工藝，（工藝流程參見圖1 ）吸收塔采用DS-多相反應(yīng)器，處理煙氣量按210000 m3/h工況煙氣量設(shè)計，脫硫率為99%。吸收劑采用石灰粉，脫硫后的煙氣依次經(jīng)過除霧器除去霧滴后經(jīng)煙囪排放。脫硫產(chǎn)物為石膏漿液，通過料漿排出泵送至尾礦壩處。

3.2 系統(tǒng)及主要設(shè)備

圖1 工藝流程圖

鑫陽公司球團廠脫硫工藝系統(tǒng)包括煙氣系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)、制漿系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等組成，具體包括2臺吸收塔、2臺循環(huán)槽（含攪拌裝置）、4臺循環(huán)泵、1料漿排出泵、氧化系統(tǒng)、1臺除霧器和脫硫煙囪、石灰粉倉、2臺石灰漿液給料泵、料漿排出泵等設(shè)備。

表1 主要設(shè)備

3.2 技術(shù)參數(shù)

3.2.1 煙氣系統(tǒng)。煙氣進入多相反應(yīng)器脫硫，脫硫后凈煙氣經(jīng)除霧器后進入新建煙囪排放。一級吸收塔與二級吸收塔之間用高分子材料制作煙道以克服酸液的腐蝕。

3.2.2 吸收系統(tǒng)。由于該球團廠煙氣SO2濃度高（5000-8000 mg/Nm3），為了保證脫硫效率，設(shè)置2臺多相反應(yīng)器串聯(lián)。每座多相反應(yīng)由3個單元組合而成，反應(yīng)器直徑為4600 mm。每臺多相反應(yīng)器下安裝1臺循環(huán)槽，煙氣出口從循環(huán)槽上部側(cè)面接出。一級循環(huán)槽中的脫硫渣漿通過料漿排出泵送到尾礦壩。原煙氣從反應(yīng)器頂部與吸收漿液并流進入，氣、液、固三相充分接觸反應(yīng)后進入循環(huán)槽，在循環(huán)槽上部分離。煙氣進入一級吸收塔與吸收劑進行充分接觸反應(yīng)，大部分SO2被吸收下來，經(jīng)一級吸收的煙氣進入二級吸收塔與新鮮的吸收劑進行進一步反應(yīng)，使出口SO2濃度達到設(shè)計保證值。

3.2.3 制漿系統(tǒng)。石灰漿液制備系統(tǒng)包括石灰供應(yīng)及儲存系統(tǒng)、吸收漿液制備及給料系統(tǒng)。石灰通過專用的密封粉罐車運至脫硫區(qū)，通過壓縮空氣送入粉倉內(nèi)儲存。粉倉配有一套料位測量儀器及稱重給料設(shè)備，通過稱重給料設(shè)備將粉倉內(nèi)的石灰計量加入制漿槽，并按比例計量加入工藝水或濾液，通過攪拌制成固體含量約15%的石灰漿液。配好的石灰漿液通過吸收劑給料泵（采用變頻控制）計量送至吸收系統(tǒng)。

3.2.4 給排水系統(tǒng)。給料水系統(tǒng)包括工藝水給水和脫硫漿液排放二部分。工藝水通過現(xiàn)有的廠區(qū)內(nèi)工業(yè)水管網(wǎng)直接供給。脫硫石膏通過料漿排出泵直接排到尾礦壩，在設(shè)置尾礦壩1臺回水泵，將尾礦池內(nèi)澄清液返回制漿和吸收系統(tǒng)，一部分用于石灰制漿，一部分補充吸收系統(tǒng)。

4 運行情況

鑫陽公司于2012年5月使用本文所述技術(shù)及系統(tǒng)在公司球團廠對原有脫硫設(shè)施進行改造，于當(dāng)年11月投入運行。經(jīng)過1年多的運行來看，該脫硫系統(tǒng)脫硫效率高、系統(tǒng)穩(wěn)定運行、設(shè)施維護管理簡單方便、運行費用低。

4.1 煙氣處理效果。首先，煙氣進入一級吸收塔與吸收劑進行充分接觸反應(yīng)，大部分SO2被吸收下來，經(jīng)一級吸收的煙氣進入二級吸收塔與新鮮的吸收劑進行進一步反應(yīng)，使出口SO2濃度降到最低。其次，氣液順流，氣、液兩相在塔內(nèi)形成高速湍流區(qū)，氣、液充分接觸，脫硫效率高。2013年鑫陽公司豎爐原煙氣脫硫前SO2濃度為4565000 mg/Nm3；煙塵100 mg/Nm3。凈化后煙氣SO2排放低于50 mg/Nm3，煙塵≤30 mg/Nm3。SO2產(chǎn)生量為1445噸，脫硫后排放量42噸，綜合脫硫率穩(wěn)定在97%-99%。

4.2 運行費用低。一是單位脫硫成本低。由于無噴嘴，循環(huán)泵揚程可降低，降低能耗。2013年，鑫陽公司脫硫工程每年可脫除二氧化硫1403噸，年運行費用43萬元，單位脫硫成本為305元/噸.SO2，與技改前采用“雙堿法”脫硫的單位脫硫成本減少400元/噸.SO2。二是運行管理費用低。由于吸收塔體采用耐溫、耐磨、高強度的改性高分子材料整體成型。不存在塔體防腐層脫落、腐蝕和塔體滲漏等問題。使用期間不再需要對塔體進行維修，在提高綜合脫硫率的同時減少運行費用。

4.3 脫硫機組穩(wěn)定安全運行。由于吸收塔內(nèi)具有以下幾個獨特的結(jié)構(gòu)，確保設(shè)施高效穩(wěn)定運行。（1）無噴嘴，克服了傳統(tǒng)濕式石灰-石膏法中漿液噴嘴易磨損、堵塞問題；（2）塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，無死區(qū)，不會結(jié)垢、堵塞，煙氣阻力低。（3）塔內(nèi)無死角和灰塵積聚區(qū)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)運行中不會發(fā)生因灰塵積聚而影響設(shè)備正常運行的情況。2013年該脫硫機組（停產(chǎn)除外）穩(wěn)定運行時間達≥7900小時。4.4吸收塔采用單元模塊結(jié)構(gòu)，主設(shè)備在工廠成型，現(xiàn)場組裝，大大縮短施工周期且主體占地面積小。

5 結(jié)語

德化縣鑫陽礦業(yè)氧化球團廠豎爐脫硫系統(tǒng)的運行表明，濕式石灰-石膏法脫硫工藝，吸收塔采用DS-多相反應(yīng)器，由于DS-多相反應(yīng)器采用特殊材料制作，采取特有加工方法加工。無論從脫硫效果或者是在安裝、運行及維護等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的濕式石灰-石膏法脫硫，鋼鐵行業(yè)在全球經(jīng)濟不景氣的背景下，面臨嚴重的環(huán)境壓力和減排壓力的挑戰(zhàn)，鑫陽公司采用的新的脫硫工藝特別適用于類似球團、燒結(jié)機進口煙氣量及SO2濃度起伏變化大，脫硫效果不穩(wěn)定的老舊脫硫設(shè)施的改造。