摘要：針對燒結機頭煙氣脫硫的問題,介紹了LS 氨法脫硫工藝和煙氣循環(huán)新方法。該項技術的推廣應用不僅在煙氣脫硫技術上是一個突破,而且還能創(chuàng)造可觀的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：燒結機頭煙氣,LS 氨法脫硫,煙氣循環(huán)

1 　燒結脫硫技術與現狀

目前,在已超過200 種的SO2 控制工藝中只有10 余種進入商業(yè)應用,按工藝特點可分為3 大類:濕法,半干法,干法?？捎迷跓Y煙氣上的濕法脫硫工藝主要有石灰石/ 石灰- 石膏濕法、氨硫銨法;半干法工藝主要有循環(huán)流化床法、密相干法。由于石灰石/ 石灰- 石膏濕法技術投資大、運行費用高、易產生污水等二次污染問題,加之每年大量外排的脫硫石膏處理難題,導致該技術還很難在中國燒結煙氣脫硫上推廣應用。氨法脫硫技術可利用焦化的廢氨水作為脫硫劑,副產物為硫酸銨農用化肥,可實現“以廢治廢、變廢為寶”的目標,而且運行成本低,是任何一種脫硫方法所無法比擬的。

近年來,鋼鐵企業(yè)對燒結煙氣脫硫的認識和緊迫感明顯提高,行動積極。部分企業(yè)與脫硫公司配合建設了一些不同流程的燒結煙氣脫硫項目,各種脫硫技術在鋼鐵企業(yè)都有不同程度的應用,起到了積極的帶頭作用。然而,從已經投產的燒結煙氣脫硫項目來看,雖然取得了一定的成果和經驗, 但還沒有完全解決燒結煙氣脫硫的技術問題,沒有找到真正適合我國燒結煙氣脫硫的技術。在已投產的項目中,并沒有采用在電廠普遍采用的石灰石/ 石膏法脫硫技術,而是廣泛采用了半干法脫硫技術。濟南鋼鐵集團總公司和三明鋼鐵公司均采用了循環(huán)流化床脫硫技術,石家莊鋼鐵公司采用密相干塔法脫硫技術,包頭鋼鐵公司采用ENS 法脫硫技術,柳州鋼鐵公司采用氨法脫硫技術[1 ] 。

2 　LS 氨法脫硫

2. 1 　LS 氨法脫硫工藝

LS 氨法脫硫工藝主要包括增壓風機系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、硫銨提取系統(tǒng)等。LS 氨法脫硫工藝流程見圖1。

(1) 增壓風機系統(tǒng)。配置的增壓風機要與燒結系統(tǒng)壓力、流量等參數相匹配,進而保證脫硫系統(tǒng)不影響燒結系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行,同時在燒結工況發(fā)生變化的情況下,保證脫硫系統(tǒng)正常運行和脫硫除塵指標的達標。

該脫硫裝置本體的阻力< 1 kPa , (一般在500 - 800 Pa) 。

(2) 脫硫系統(tǒng)。脫硫塔采用LS 塔,并在塔內進行特殊結構設計。LS 塔具有脫硫除塵效果好,本體尺寸較小,系統(tǒng)結構緊湊,系統(tǒng)流體阻力小,氣流(液流) 擾動劇烈等特點。塔內設置了縮擴器、漩流器、折流板以及多層高效除霧器,這些特殊結構設計可以有效解決氣- 液之間的傳熱傳質問題,進而達到脫硫除塵速度快、效率高的效果。多層高效除霧器能夠有效捕集氣溶膠粒子的逃逸,進而有效解決氨氣逃逸污染環(huán)境和浪費氨資源的問題。

脫硫塔底部設有沉降池和壓濾機,該裝置可以有效實現不溶物的固- 液分離,一方面防止循環(huán)液噴嘴和管道的堵塞,另一方面可以進一步消除重金屬對副產物的影響并實現固體的回收利用,達到固廢資源“零”排放的綜合效果。

(3) 硫銨提取系統(tǒng)。設置脫硫副產物回收利用系統(tǒng),并將分離水回收循環(huán)用于脫硫系統(tǒng)。脫硫副產物提取可以回收硫酸銨產品,實現脫硫副產物的商品化和效益化;副產物回收過程中產生的水考慮回收進入氨水濃度調配器,實現水資源回收利用,達到工藝污水“零”排放的綜合效果。

2. 2 　LS 氨法脫硫反應原理

該技術是運用同步多功能脫硫、除塵及選擇性非催化部分還原法脫硝的一體化工藝技術,整個反應過程是在封閉循環(huán)系統(tǒng)中進行的;NH3 與SO2 、NOX 的轉化反應是在同一裝置中瞬時交叉反應完成的,其終止物是硫酸銨,無二次污染。

2. 2. 1 　脫硫原理

氨極易溶于水,其化合物為NH3·H2O ,脫硫塔內氨和SO2 反應為[2 ] :

即:2NH3·H2O + SO2 = (NH4) 2SO3 + H2O

此反應為瞬時反應,反應率極高。獨特的設計避免了產生NH4HSO3 這一階段,大大地減少了氨的逃逸現象,使反應時的溫度可提高到80 ℃以上,不加GGH 減少投資,降低了系統(tǒng)阻力,而且減少了自身系統(tǒng)的能耗。

對于循環(huán)液中存在少量未參與反應的亞硫酸銨,通過系統(tǒng)中設置的富氧曝氣系統(tǒng)使得亞硫酸銨轉化為硫酸銨。

(NH4) 2SO3 + 1/ 2O2 = (NH4) 2SO4

2. 2. 2 　脫氮原理

煙氣中的NOX 主要是NO 和NO2 ,其中NO 占90 %以上。脫硫產生的(NH4 ) 2SO3 是一種還原劑,可以將煙氣中的NO 還原為N2[3 ] 。

2 (NH4) 2SO3 + 2NO = 2 (NH4) 2SO4 + N2

因此利用該原理可以不用催化裝置,就能去除一定量的 NO ,而且原料中含硫量越高,產生的(NH4) 2SO3 越多,脫氮的效率就越高。

2. 2. 3 　除塵原理

特殊設計的脫硫塔反應器結構會產生多種效應,除了氨與NOX、SO2 發(fā)生化學反應外,粉塵進入脫硫塔后,在循環(huán)液以及吸收塔的獨特設計共同作用下產生劇烈擾動,形成碰撞凝聚,使塵粒增大,同時也使塵粒表面由原來的氣- 固界面被液- 固界面代替,粉塵的表面由水膜代替氣膜,產生吸附、凝聚現象,并在塵粉間形成液橋,從而增強了亞微米粉塵捕集能力。在煙氣返向過程中,粉塵穿越雙層循環(huán)液膜時又進一步增強了捕集效果,提高了除塵系統(tǒng)的總除塵效率。

2. 3 　LS 氨法脫硫技術的主要特點

(1) 脫硫效率高。在脫硫塔內,氨水與煙氣充分接觸,屬于氣- 液反應,瞬時完成,相同反應條件下,是反應速率最快的。

(2) 副產物(硫酸銨) 易于回收利用,具有良好的應用價值,可以用來加工成復合化肥,或用作化工企業(yè)的原料[4 ] 。

(3) 同步多功能一體化。具有良好的脫硫和除塵功能, 同時具有一定的脫硝功能。

(4) 液氣比值小。與傳統(tǒng)的石灰石- 石膏法脫硫技術相比,液氣比值是石灰法的1/ 10 以上,可以大大減少自身能耗 (水、電消耗) ,減少總投資與運行成本。

(5) 脫硫反應溫度區(qū)間大。在40 - 180 ℃反應塔內,脫硫效率依然能夠達到95 %以上。液體pH 值控制在生成 (NH4) 2SO3 的范圍之內,進而降低了設備的腐蝕(已有反應塔使用10 年以上的范例) 。運行中一般控制在使循環(huán)液接近飽和結晶的濃度以下,使其在塔外結晶,有效避免堵塞現象。

(6) 適應煙氣量和煙氣含硫量的變化。脫硫系統(tǒng)具有較高的可靠性及靈活性,當煙氣量發(fā)生變化時,控制系統(tǒng)自動及時進行脫硫劑濃度和量調節(jié)。當脫硫劑濃度增加時,系統(tǒng)采用獨特的結構設計有效防止氣體氨的逃逸,進而避免脫硫劑的浪費和可能造成的環(huán)境污染問題。

(7) 適應煙氣中粉塵濃度的變化。系統(tǒng)具有高效除塵功能,煙氣中的粉塵在脫硫塔內得到有效捕集,同時,系統(tǒng)中設置了固液分離裝置,有效實現粉塵的回收再利用,也避免了系統(tǒng)內粉塵雜質沉淀和堵塞。

(8) 系統(tǒng)阻力小。由于LS 塔屬于噴射塔,塔本體阻力比填料塔阻力小,僅為填料塔阻力的1/ 3。經過阻力計算以及多次實際應用,測試證明塔本體阻力小于1 kPa。

3 　煙氣循環(huán)

為了進一步節(jié)能減排,從主抽風機后取出總煙氣量的 1/ 3 ,返回到燒結機中部料面罩內。這樣,既可利用煙氣余熱,減少排入大氣的廢氣,又減少了脫硫系統(tǒng)處理的煙氣量。此技術經實踐證明是可行的。對于燒結機,當廢氣的氧體積分數大于17 %時,返回作為燒結用熱風對燒結礦的質量無不良影響。該廢氣到達料面時,氧體積分數在20 %左右,可滿足燒結要求。燒結機中部料面罩設計得足夠大,可使足夠的自然空氣被吸入。另外,在燒結機中部料面罩內保持一定的負壓,可防止循環(huán)廢氣外逸,防止環(huán)境污染與危害人身安全。

4 　結語

對于燒結機頭煙氣脫硫的問題,LS 氨法脫硫工藝和煙氣循環(huán)相結合是一種節(jié)能減排的新思路,該項技術的推廣應用不僅在技術上是一個突破,而且還能創(chuàng)造可觀的經濟效益和社會效益。

該技術正在萊蕪市九羊福利鐵廠1 # 、2 # 燒結機上實施, 工程計劃在2009 年10 月15 日投產。

參考文獻

[1 ]黃東升. 燒結煙氣脫硫技術探討. 燒結球團, 2008 ,33 (3) :6 - 10.

[2 ]葛能強,邵永春. 濕式氨法脫硫工藝及應用. 硫酸工業(yè),2006 (6) : 10 - 15.

[3 ]孟慶義,袁生. 濕式氨法脫硫在煙氣脫硫中的應用. 氮肥技術, 2007 ,28 (3) :32 - 34.

[4 ]岑望來,胡勇. 燒結煙氣脫硫技術現狀. 工業(yè)安全與環(huán)保, 2007 , 33 (7) :27 - 30.

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