燒結(jié)煙氣干式超凈工藝在2×180m2燒結(jié)機上的應(yīng)用

文_周海遠 福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司

1 項目概況

鋼鐵行業(yè)是除火電行業(yè)外另一個主要污染物排放源，其廢氣排放量大、污染物種類多、濃度高。隨著電力行業(yè)超低排放技術(shù)的推廣應(yīng)用，我國大氣污染防治重點從電力行業(yè)向鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)變。2019 年4 月發(fā)布的《關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》，將燒結(jié)（球團）煙氣中顆粒物、SO2、NOX的超低排放限值分別規(guī)定為10、35、50 mg/Nm3，要求到2020 年底前，重點區(qū)域鋼鐵企業(yè)力爭60%左右產(chǎn)能完成改造。

揚州秦郵特種材料有限公司現(xiàn)有兩條180m2燒結(jié)礦生產(chǎn)線，為了滿足最新環(huán)保要求，燒結(jié)煙氣凈化設(shè)施需要進行升級改造。其中，脫硫除塵方案采用福建龍凈的燒結(jié)煙氣干式超凈工藝，共2 套脫硫除塵裝置，排放指標(biāo)按SO2排放小于30mg/Nm3，粉塵排放小于10mg/Nm3進行設(shè)計。

2 技術(shù)方案

2.1 工藝流程及反應(yīng)機理

煙氣從燒結(jié)機機頭主抽風(fēng)機出口煙道引出，首先進入循環(huán)流化床吸收塔進行脫硫反應(yīng)，隨后經(jīng)布袋除塵器除塵后，進入燒結(jié)機脫硝裝置，完成脫硝后經(jīng)煙囪排出?？傮w工藝流程為：燒結(jié)機→機頭電除塵器→主抽風(fēng)機→循環(huán)流化床吸收塔→布袋除塵器→（GGH 系統(tǒng)→脫硝系統(tǒng)）→煙囪排放。

裝置主要由煙道系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、布袋除塵器系統(tǒng)、吸收劑制備及供應(yīng)系統(tǒng)、物料再循環(huán)系統(tǒng)、脫硫灰排放系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)流化風(fēng)系統(tǒng)及電氣、儀控系統(tǒng)等組成。

從化學(xué)反應(yīng)工程的角度看，SO2與Ca(OH)2的顆粒在循環(huán)流化床中的反應(yīng)過程是一個外擴散控制的反應(yīng)過程。SO2與Ca(OH)2反應(yīng)的速度主要取決于SO2在Ca(OH)2顆粒表面的擴散阻力，或說是 Ca(OH)2表面氣膜厚度。當(dāng)滑落速度增加時，由于摩擦程度的增加，Ca(OH)2顆粒表面的氣膜厚度減小，SO2進入 Ca(OH)2的傳質(zhì)阻力減小，傳質(zhì)速率加快，從而加快 SO2與 Ca(OH)2顆粒的反應(yīng)。

塔內(nèi)生成的脫硫灰的主要成分為 CaSO3·1/2H2O、 CaSO4·1/2H2O、 CaCO3、 CaF2、 CaCl2及未反應(yīng)的 Ca(OH)2和雜質(zhì)等。這些脫硫灰目前的主要用途為干粉砂漿、廢礦井填埋、高速公路路基、吸聲材料、水泥摻合料等。在脫硫塔中，消石灰Ca(OH)2與煙氣中的SO2和幾乎全部的SO3，HCl，HF 等完成化學(xué)反應(yīng)，主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

2.2 總體布置

本項目采用“一機一塔”的布置方式，脫硫除塵島布置在燒結(jié)機周邊的空地上，吸收塔、布袋除塵器等設(shè)備中心線布置在一條直線上。主要輔助設(shè)施如工藝水系統(tǒng)、流化風(fēng)機、高壓水泵、引風(fēng)機等布置在地面層，按工藝要求集中布置，既做到工作分區(qū)明確，又做到合理、緊湊、維修方便，最大限度地節(jié)省用地，其他小設(shè)備可考慮布置在脫硫布袋除塵器底部平臺上。

2.3 設(shè)計參數(shù)

裝置設(shè)計煙氣參數(shù)如表1。

表1

2.4 關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計

2.4.1 吸收塔

吸收塔是整個脫硫反應(yīng)的核心。吸收塔為文丘里空塔結(jié)構(gòu)，整個塔體由普通碳鋼制成。為建立良好的流化床，預(yù)防堵灰，吸收塔內(nèi)部氣流上升處均不設(shè)內(nèi)撐，故稱為空塔。本項目吸收塔采用單孔文丘里噴嘴形式。

由于脫硫系統(tǒng)始終在70℃（高于煙氣露點）以上運行，加上吸收塔內(nèi)部強烈的碰撞與湍動，SO3基本全部除去。因此，吸收塔內(nèi)部不需要防腐內(nèi)襯。

當(dāng)脫硫系統(tǒng)不運行時，燒結(jié)煙氣走旁路，吸收塔與布袋除塵器進行內(nèi)循環(huán)運行。為了建立穩(wěn)定良好的流化床，需要脫硫灰不斷的循環(huán)，吸收塔出口粉塵濃度可達600 ～1000g/m3。

吸收塔出口段設(shè)有溫度、壓力檢測。用溫度控制吸收塔的加水量，用吸收塔的進出口壓力降計算出來的床層壓降來控制脫硫灰循環(huán)量。當(dāng)壓力降增大時可以降低Ca/S，提高脫硫率。

煙氣從吸收塔底部進入吸收塔，煙氣方向向上。為了防止吸收塔進口煙氣沉降造成的進口煙道積灰，吸收塔底部及轉(zhuǎn)彎處均設(shè)有氣流分布裝置及壓縮空氣吹掃系統(tǒng)。由于文丘里段的管速最高達50m/s 以上，經(jīng)文丘里段加速，流化床內(nèi)的物料被完全托起，只有非常少量的大顆粒沉降回吸收塔進口煙道，通過進口煙道輸灰機排放。

2.4.2 布袋除塵器

布袋除塵器系統(tǒng)采用脫硫?qū)Ｓ玫蛪夯剞D(zhuǎn)脈沖布袋除塵器，保證脫硫除塵器出口粉塵濃度≤袋除塵器系統(tǒng)采用；脫硫布袋除塵器分為4 個室，8 個單元。主要由灰斗、煙氣室、凈氣室、進口煙箱、出口煙箱、低壓脈沖清灰裝置、電控裝置、閥門及其它等部分組成。每臺脫硫布袋除塵器系統(tǒng)配有3 臺清灰風(fēng)機，1用2 備。

由于從吸收塔出來的煙氣含塵濃度較高，含濕量較大，針對脫硫后粉塵物理及化學(xué)特性的變化，本工程布袋除塵器采用低流速設(shè)計。煙氣從吸收塔出口側(cè)垂直向下進入布袋除塵器，一方面減小煙氣的運行阻力，另一方面充分利用重力作用，入口大部分粉塵直接落入灰斗，有效減輕布袋的過濾負荷。同時，利用布袋各個室壓力的自均衡性，使煙氣均勻分配到各除塵室，從濾袋外測進入內(nèi)部延長濾袋的使用壽命。

2.5 技術(shù)特點

①設(shè)備使用壽命長、維護量?。虎跓煔馀c物料接觸時間長、接觸充分，脫硫效率高；③工藝及控制簡單、可靠；④采用高壓回流式噴嘴直接向脫硫塔內(nèi)噴水， 對負荷變化響應(yīng)快，保證脫硫后除塵器可靠運行；⑤單塔處理能力大，已有大型化的應(yīng)用業(yè)績；⑥采用流線型的底部進氣結(jié)構(gòu)，保證了脫硫塔入口氣流分布均勻；⑦脫硫塔內(nèi)操作氣速相對穩(wěn)定，負荷適應(yīng)性好，進一步保證氣固兩相流場的穩(wěn)定；⑧無須防腐；⑨良好的入口煙氣二氧化硫濃度變化適應(yīng)性；⑩脫硫副產(chǎn)物流動性好，易于處理；脫硫劑利用率高、脫硫副產(chǎn)物排放少；運行維護費用低，占地面積??；無廢水等二次污染物產(chǎn)生。

3 項目實施及試運行情況

2#裝置于2019 年7月6 日7：00 開始進入168 小時連續(xù)試運行，在連續(xù)試運行期間，原煙氣SO2濃度為2000 ～3000mg/Nm3，凈煙氣SO2平均濃度為7.4mg/Nm3，平均脫硫率高達99%以上，凈煙氣煙塵平均濃度為1.0mg/Nm3。

1#裝置于2019 年7月31日8：00 開始進入168 小時連續(xù)試運行，連續(xù)試運行期間，原煙氣SO2濃度為2000 ～3000mg/Nm3，凈煙氣SO2平均濃度為6.9g/Nm3，平均脫硫率高達99%以上，凈煙氣煙塵平均濃度為1.3mg/Nm3。

試運行期間，部分時間段發(fā)生入口煙氣量快速波動的情況，煙氣再循環(huán)系統(tǒng)實時調(diào)整再循環(huán)風(fēng)擋的開度，能夠有效的緩沖煙氣量波動的影響。當(dāng)入口SO2濃度發(fā)生變化時，吸收劑供應(yīng)系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)，實時調(diào)整吸收劑的供應(yīng)量，實現(xiàn)SO2排放濃度的智能控制。無論煙氣工況如何變化，裝置的始終保持在較為穩(wěn)定的運行狀態(tài)，SO2、煙塵排放濃度均優(yōu)于超低排放指標(biāo)，水耗、電耗、吸收劑耗量等各項技術(shù)參數(shù)也均低于設(shè)計要求。

4 結(jié)語

福建龍凈燒結(jié)煙氣干式超凈工藝可實現(xiàn)脫硫、除塵及多污染物的協(xié)同治理和超凈排放，系統(tǒng)的集成度及自動化程度高，運行穩(wěn)定；而且沒有廢水產(chǎn)生、煙囪無須防腐、排煙透明無視覺污染，為鋼鐵行業(yè)煙氣的超低排放治理提供有力的技術(shù)支撐。