400m_2烧结机烟气脱硫
技术研究
400m烧结机烟气脱硫
刘
君,庞俊香,刘新虎,程
旭
(邯钢集团公司设计院,河北邯郸056015)
摘
要:本文阐述了烧结机烟气脱硫是未来环保发展的必然趋势;结合邯钢400m2烧结机烟气脱硫实际工程,分析
2
了烧结机头烟气的特性;介绍了一种气固再循环半干法脱硫工艺(GSCA)及其技术特点,该工艺技术先进,可靠,具有代表性。
关键词:烧结机;烟气脱硫;GSCA半干法
TheSmoketoDesulfurizeon400m2Sinter
LiuJun,PangJunxiang,LiuXinhu,TianWei
(DesignInstituteofHan-Steelgroup,Handan056015,HebeiChina)
Abstract:Thesmoketodesulfurizeonsinterisanecessarytrendforenvironmentprotectioninthefuture;Analyzedthesintersmokecharacteristiccombinewiththeprojectofsmoketodesulfurizeon400m2sinterinHanGang;IntroducedakindofGas-SolidCirculatingAbsorption(GSCA),halfdrytechnologyforsmoketodesulfurizeandspecialfeatures;Thistechnologyisadvanced,reliableandrepresentative.
Smoketodesulfurize;GSCA
halfdrytechnologyKeywords:Sinter;
1前言
在炼铁厂的烧结机生产过程中,产生的大气污染物有工业粉尘主要来自原(燃)料系统SO2等,工业粉尘、烟尘、的破碎筛分、混合料系统的配料烧结、成品系统的整粒筛分及运输过程中。烟尘主要来自烧结机的烧结过程及冷却机的冷却过程,SO2主要来自烧结机头烟气。随着邯钢人环保意识的不断增强和大量的资金投入,对生产中产生的工业粉尘和烟尘进行了有效的捕集、净化和排放。而烧结机头烟气中SO2仍然采用烟囱高空排放,如果不对这些污染源加以控制,势必造成污染物的肆意排放,仍然会严重污染厂区环境,影响正常的生产,危害职工身体健康。
而“精锐邯钢,绿色邯钢”一直是邯钢人的文化追求,故无论从邯钢的文化理念和发展上看,还是从社会效益和环境效益上看,尽快建设脱硫设施以达到国家相关环保排放标准是非常必要的。
属、二恶英等有害物质,对环境造成污染。为减少烧结生产NOx、粉尘、重金属、二恶英等的排放,满足环保过程中SO2、
要求,需要对烧结机机头烟气实施脱硫。
烧结机工艺设计分为两条主抽风烟道,这两条烟道内的烟气分别经电除尘器、主抽风机,汇入一个160m高烟囱进行排放。本系统计划对西侧的一条烟道进行脱硫。2.2主要指标(见表1、2)2.3烧结烟气的特点
与脱硫技术较为成熟的电站锅炉烟气比较,烧结机头烟气有如下特点:
(1)烟气中的粉尘含铁粉多,密度高,颗粒细;(2)烟气流量、烟气温度波动较大;(3)SOX浓度较低;
(4)烟气中含有HCL,HF,重金属,有毒有机物(如二恶英)等。
2工程简述和主要指标
2.1工程简述
邯钢炼铁部现有一台400m2烧结机,1999年从卢森堡成套引进,目前承担了炼铁部高炉百分之八十的原料供给。烧结生产过程中除散发大量粉尘外,还产生SO2、NOx、重金
66
2008年第5
期http:www.jssjzz.com
金属世界
技术研究
氧化钙(CaO)粒径
反应活性(温升)活性度卸料。3.2.2脱硫灰
≥85%<6mm
<3%
>40℃350mL
二氧化硅,氧化铝,氧化铁等杂质
脱硫剂采用专用石灰罐车(业主配备)运输,气力输送
脱硫副产品包括袋除尘器分离下的灰,脱硫塔下部落
3脱硫工艺
3.1脱硫工艺选择
目前国内的脱硫工艺分为湿法和半(干)法,其中,湿法被公认为效率最高的脱硫工艺,但是,在实践运行中暴露出很多问题,如投资、占地和耗水量大,废水二次污染,设备及管路的腐蚀和堵塞。针对湿法脱硫存在的这些问题,人们研GSCA、究开发了半(干)法脱硫工艺,具有代表性的如:RCFB、SDA、CFB—FGD和NID等。通过对这些工艺方案的比较,在本次工程中我们采用技术成熟、可靠的气固悬浮—GSCA)半干法吸收(Gas—SolidCirculatingAbsorption——工艺。该工艺具有很多优点,如:脱硫除尘效率高,吸收剂利用率高,耗水量小,耗电少,副产品干态易于处理,占地小,造价低,运行操作简单,对烟气负荷变化的适应性好,系统运行可靠,无结垢堵塞等。与其它类似的流化床反应塔相比,本工艺从脱硫除尘性能要求看,不需预除尘,脱硫过程不仅不影响除尘,由于吸收塔的旋风分离器会分离一部分飞灰,使进入除尘器的粉尘总量降低,因而提高除尘效率。
副产品及质量指标3.2脱硫剂、
灰以及回料机的溢灰等三部分。脱硫副产品来源于进入脱硫系统的烟气带入的飞灰,脱硫副产品以及未反应的脱硫剂,还有随脱硫石灰原料带入的杂质。3.3工艺流程
本项目工艺流程简图如图1。
◎烟气流程:主抽风机出口烟气被引入反应器底部,在这里与水、脱硫剂和还具有反应活性的循环灰相混合,脱去SO2,然后通过烟道引入后续除尘器,除去烟尘和灰粒。净化后的烟气通过烟囱排入大气。
◎脱硫剂流程:脱硫剂通过输送系统进入反应器。在反应器中,由于床料的存在,使脱硫剂能以较大的表面积散脱去烟气中的SO2,并且在布,并同含SO2烟气充分接触,烟气作用下同残留脱硫剂和飞灰固体物一起贯穿反应器,通过分离器收集实现循环,增加脱硫剂的利用率。
◎副产物去向:反应器内生成的副产物随烟气一起进入旋风分离器,被分离器捕集后,一部分进入循环再利用,一部分与后续布袋除尘器收集的脱硫灰一并排至灰仓,待处理。3.4主要系统以及设施3.4.1烟道系统
净化烟道系统包括从烧结机出口经
GSCA反应塔和GSCA旋风分离器出口至袋除尘器,从除尘器排出经增压
3.2.1脱硫剂
本项目烧结机烟气脱硫采用生石灰(CaO)作为脱硫剂。其质量要求如下:
图1气固再循环烟气脱硫系统
http:www.jssjzz.com
金属世界
2008年第5期
67
技术研究
风机排入烟囟;同时从增压风机出口引出循环烟道构成烟道系统。所有烟道钢制,带有外部加强筋,在适当位置有膨胀节。设有脱硫烟道入口烟气挡板,和增压风机出口烟道档板,及再循环烟道调节档板及原烟道烟气挡扳及附属执行机构、密封风机和相关附属设备、热工仪表等。烟道外壁涂有防锈漆、并加保温。保温层外装0.50mm厚护板。3.4.2脱硫剂储存和供给系统
400m2烧结机用一套反应剂制备系统和储存供给系统,包括一个气力卸料系统、一个石灰料仓、仓顶除尘器、容积给料器、消化器、浆液除砂机、浆液罐、浆液供给泵、连接管道、阀和控制等。其中,专用石灰消化器和除砂机采用进口设备,保证消化过程控制和净浆质量。
在制浆系统制得的浆液由浆液罐供每一GSCA反应塔的就地浆液贮罐,经浆液泵输往脱硫喷嘴。就地浆液供给泵和水泵采用定压头、可调速泵,保证在固定压力下灵活调节1,在脱硫负荷变化时保证脱硫率和反应塔浆液流量为10:温度的精确控制。3.4.3GSCA吸收反应塔
反应塔底配有气流分布板,使气流均匀向上流动,进入文丘里管。烟气在文丘里中加速,促进喷枪喷入的吸收剂浆液和冷却水的雾化,同时与从回料机返回的大量固粒接触,增强气固液三相之间的充分混合。烟气被冷却的同时,水和浆液迅速蒸发,在液滴附膜中的吸收剂最大程度地吸附SO2酸性气体,促进了吸收反应的进行。
喷枪位于文丘里喉部。熟化石灰浆液,压缩空气和水分别进入喷枪,在喷嘴内混合喷出。浆液被压缩空气雾化,并在喉部高速气流中进一步粉碎和与烟气良好混合。三流体喷射保证了在脱硫剂浆液量变化时稳定良好的雾化。喷枪采用专门设计的拆装机构,可以在运行中方便地拆、装,检查和更换。
3.4.4GSCA旋风分离器
每一台GSCA吸收反应塔配两台旋风分离器。旋风分离器将反应塔排出的烟气中的固体颗粒分离。旋风分离器为垂直圆柱容器,底部为圆锥形。气体切向进入,顶部为放射状出口。旋风分离器入口段配有可更换耐磨衬里,使用寿命长,便于敷设、更换。分离器顶部有检修门,下部灰斗有自动调温电加热器,柔性膨胀节和滑板闸门。3.4.5GSCA物料循环机
每一台旋风分离器下方配一台物料循环给料机,用来存储和供给循环物料,其底部平行安置的由变频电机驱动的计量螺旋给料机可以根据固粒再循环要求,精确控制加入反应塔的循环量。另一台螺旋送料机则排除多余物料,为后置除尘器起到了预除尘的作用。给料箱配有恒温控制电加热器。
3.4.6布袋除尘器系统
高压脉冲滤袋除尘器具有一般脉冲喷咀袋除尘器的结构。一般采用下进风,上排风圆形袋外滤式。根据现场实际及工艺的需要也可以采用上进风,中部、底部进风等多种进风方式。
用于本工程的滤袋除尘器有如下特点:
①采用气流分布均匀的进气和箱体结构。对于大气量多箱体结构,采用空气动力模拟确定布气设计。
脉冲,改善喷吹效果,延长滤袋寿②采用高压(0.7MPa)命。
③全气密封的结构设计和制作,消除漏风。
④脉冲喷吹控制灵活、可靠,可以离线或在线喷吹,保证在各种工况下的喷吹效果。
⑤排灰和灰斗设计能有效防止粘结、堵灰。3.4.7增压风机及烟气循环系统
在每一套烟气净化系统的除尘器之后装一台增压风机,克服净化系统阻力。在增压风机出口烟道上引出烟气循在烧结机低载和变负荷运环烟道,返回GSCA反应塔入口。行时,从增压风机出口引入净化后的清洁烟气进入GSCA的入口与待净化烟气混合,使GSCA反应塔保持最佳气流量和物料的流化状态。循环烟道上装自动调节档板,无需另加循环风机。3.4.8仪控系统
采用PLC用于控制气固循环脱硫一体化烟气净化系统所有相关设备的启动、停运,参数调节和自动控制以及安全保护,主要信号保持和烧结机总控制室的通讯接口。3.5工艺特点
GSCA烟气脱硫工艺有如下四个重要特点:
(Ca(OH)2)浆液为脱(1)采用石灰熟化生成的氢氧化钙
CaO+H2O→Ca(OH)2吸收酸性硫吸收剂,其化学反应如下:气体的主要反应是:
Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2OCa(OH)2+2HCl→CaCl2+2H2OCaSO3+1/2O2→CaSO4
与用石灰(CaO)增湿熟石灰粉比较,具有如下优点:①熟石灰浆液具有比生石灰更强的脱硫吸收能力,钙/硫比低。
②可以用粒状生石灰,加水即可熟化,不必一定要用粉状石灰,显著降低原料成本。
③浆液比粉状固粒更容易吸附烟气中的飞灰和酸性气体,具有更好的脱硫性能。
④喷入适当浓度的浆液,在塔内雾化比分别喷入干粉和水在塔内混合具有更均匀和更良好的混合特性。
⑤在熟化制浆过程中可以自动除去杂质,保证Ca(OH)2
浆液的高品质。
⑥石灰熟化技术成熟,运行可靠,造价较低。
68
2008年第5
期http:www.jssjzz.com
金属世界
技术研究
因此,采用熟化石灰浆液更能保证达到高的脱硫效率,且技术成熟,运行可靠,原料成本低,设备造价较低。固粒流化状态的反应塔(2)
烟气自下部进入,经均流折板向上进入文丘里,其中布置脱硫剂喷枪,烟气在上部反应塔筒体完成水的蒸发脱硫过程后排至旋风分离器,将固粒分离下来,经回料返回反应塔,实现固粒循环。由于文丘里中烟气速度高,保证了固粒处于流化状态。
GSCA脱硫工艺的突出特点是反应塔内的平均气速为传统的喷雾干燥法反应塔的5~10倍,固粒处于流化状态。同时,靠旋风分离器及特有的回料机实现固粒再循环,使塔内气流的固粒浓度提高数十倍至百倍,因而反应塔内的传热、传质和化学反应强度大大提高。反应塔内的颗粒物质包括来自污染源的飞灰、未反应的脱硫剂和反应副产物,经反复循环反应,最大程度地利用了吸收剂,达到高吸收效率。反应塔具有突出的优点:
①反应塔内更有效的蒸发冷却
脱硫剂浆液雾化后在上行烟气中被加热、蒸发、干燥,同时降低了烟气的温度,有助于酸性气体吸收。在文丘里内的强紊流条件下,浆液滴与固粒碰撞,使得颗粒表面形成薄液膜,这一过程又促进了快速蒸发。与传统的喷雾干燥吸收GSCA的停留时间仅为2~法的停留时间(8~12s)相比,
3s。而其副产品的含水量小于1%,使短时间内得到干态排灰成为可能。
②反应条件好,吸收剂利用率高
反应塔的流化状态和浆液液膜的形成以及烟气快速降温都有利于吸收反应的进行,特别是吸收剂的循环使用,最大程度地利用了吸收剂,提高了脱硫效率。
③在更接近绝热饱和温度下运行
GSCA排出的排灰的含水量小于1%,这使如上所述,
得除尘系统可以在更接近烟气绝热饱和温度的条件下操作,以达到更高的脱硫效率,而且可以避免固体颗粒在系统部件的堆积、结垢等问题。
④脱硫剂高浓度循环使用,反应塔运行强度高,体积小GSCA的固有优势在于靠反应塔内高浓度的固体颗粒的流化状态来实现化学反应要求的热量和质量的高效传递,因此塔体小,而效率高。
⑤高效去除酸性气体
由于GSCA可以在较低的气体温度下运行,这使得系统可以取得较高的酸性气体去除效率。业绩证明了GSCA最高可达到96%以上的脱硫和98%的脱HCl的效率。
脱硫效率易于控制可以通过控制出口气体温度或吸收剂供给速率来实现。
(3)采用专门的由旋风分离器和回料机组成的固粒循环装置
由于GSCA采用浆液吸收剂,使烟气中的固粒能集聚成较大的粗糙固粒,可以在反应塔出口的旋风分离器中达到极高的分离效率。分离出来的固粒进入下部的回料机。回料机控制向反应塔的固粒循环量,多余的固料则排出。从旋风分离器上部排出的烟气携带剩余的粉尘进入除尘器。该装置具有以下优点:
①专门的分离和回料装置能可靠、稳定地控再循环,不受烟气中含尘量的影响。
②脱硫过程与除尘分开,高浓度的固粒再循环并不进入除尘器,保证了除尘器的可靠、高效运行。
③回料机的“溢流”使进入后部除尘器的粉尘减少,进一步改善了除尘效率。
④采用旋风分离器和变速螺旋输送回料,运行可靠,维护简便,控制灵活。采用三流体喷枪(4)
与其它循环流化床类脱硫反应塔不同,GSCA反应塔采用装于文丘里内的三流体喷枪,将脱硫剂浆液、水和压缩空气在喷嘴处混合喷入经文丘里的高速热气流中。与将干粉脱硫剂和水分别进入反应塔的工艺相比,具有明显优点:
①脱硫剂、水与烟气混合完全均匀。不会各自流动,难以在极短时间混合。
②脱硫剂均匀分布在浆液雾化后的细液滴中,易于充分吸收烟气中的酸性成分,有效增大接触面积,
提高反应能力。
③浆液水雾化后立即与大量返回的固粒混合,在高速气流形成流化状态,不仅极大地加强了传热传质的反应,而且
制固粒
http:www.jssjzz.com
金属世界
2008年第5期
69
技术研究
使固粒增大,保证了极高的固粒分离和循环效率。
④由于浆液位置自气流中心区扩散,最大程度避免粘壁积垢可能,运行可靠。采用定压变流量泵供喷枪浆液和水可以在保证压力稳定和雾化质量的前提下能精确控制喷嘴浆液量和喷水量。
采用净化烟气再循环(5)
从增压风机出口烟道引出一根烟管到吸收塔入口烟道,用调节档板控制返回的净化烟气量,使进入反应塔的烟气总量始终保持塔内最佳的流化状态。
根据烧结机烟气负荷变化调节再循环烟气量,使反应塔能适应负荷变化范围40%~110%。
根据塔内流态化状态调节烟气总量,有利于保证脱硫效率。
再循环烟气可以靠脱硫/除尘系统的压差,由增压风机实现循环,勿需装设再循环风机。
该工程是环保项目,烟气处理过程中消耗的能源及耗能工质有生产用水、电、压缩空气等。耗能工质的消耗构成了烟气脱硫处理过程的总能耗。原料及能源介质消耗表见表3。
5结束语
(1)在我国,SO2的排放主要是由煤炭燃烧造成的。冶金行业是继电力和建材行业之后第三用煤大户,随着国家环保法规的日益严格和对烟气排放中硫含量的控制,冶金行业特别是其中钢铁企业的烟气脱硫已经成为环保发展的必然趋势。
(2)由于钢铁企业的烟气脱硫才刚刚起步,脱硫工艺和技术也在不断的改进和完善,如何寻找到一条在环保、节能和投资上适合我国国情的脱硫技术成为我们下一个研究方向。
(3)邯钢400m2烧结机烟气脱硫工程采用先进的SCGA半干法脱硫技术,处理烟气量1000000m3/h,项目建成后,每创造一个巨大的社会效年可以减少SO2排放量7000多吨,益,打造一个环保精品工程。
4技术经济指标
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
(上接第24页)
焊接采用多层多道焊,焊后进行热处理,焊后冷却到250℃~300℃,并立即用石棉布将焊接头包起来自冷;合理选择焊条,焊条焊前要进行烘熔,烘干温度在150℃,选型为奥氏体A102,打底选用Φ3.2焊条,其余焊道选用Φ4.0焊条,焊前应对钢件打破口,对焊坡度为60°。
(5)对电动蝶阀进行改型,改为气动半球阀,改后开关灵敏,密封良好,使用寿命延长。
(6)正确安装过滤网;改造安装方法,由单层支撑网改为双层支撑网,内夹过滤网,避免过滤网直接被渣块冲击。定期检查粒化池格栅孔距大小,孔距保持在80mm左右,杜绝大块未粒化的渣进入转鼓。
(7)调节转鼓转速范围到0.6~1.2r/nin,当渣流量大时,转鼓自动调高转速;检查机械传动故障,重点检查转鼓链条销轴开口销磨损情况,发现磨损严重及时检修更换。(8)在循环水管道上增加旁通排水管道和阀门。正常生产时阀门常闭,需要排水时打开阀门,同时关闭粒化用循环出水管道阀门,启动循环泵,将热水迅速排掉,排水时间减
少到15min;其次在粒化、循环管道总管上增设手动半球阀,需检修水泵、阀门、管道时将总阀门关闭,将管道内残存的水用排污阀排放掉,即可迅速进修检修。定期更换润滑油,保持油位正常。(9)
5解决效果
自采取改进措施后,INBA设备运行良好,INBA系统生产的连续性得到保障,系统生产开机率由过去的80%提高到98%以上,保证了高炉的正常生产。
6结语
设备故障是在设备运行后逐渐发现的,出现故障后,不能只作维护,进行重复简单检修,应针对故障原因进行研究分析,找出解决方法,对不适应生产需要的地方进行改进改造,彻底解决,是解决故障隐患,减少设备故障频发,杜绝突发停机事故,保障设备正常运行的重要手段。
70
2008年第5
期http:www.jssjzz.com
金属世界