1、寶鋼氣噴旋沖燒結煙氣脫硫技術 來源：沈曉林;石洪志;劉道清 文章發表時間：2010-03-23 1 前言 20世紀初在制定至2020年鋼鐵科技發展指南時，專家一致指出：“燒結礦物組成的復雜性和生產工藝的差異性，燒結煙氣脫硫不能簡單套用電廠煙氣脫硫技術；國外的燒結脫硫技術造價與運行費用昂貴，不適合中國國情”。由此，燒結煙氣脫硫技術被列為指南中重要研究課題。寶鋼股份有9套大型燒結機，開發一套經濟可靠、技術先進的燒結煙氣脫硫技術，對于寶鋼乃至全國鋼鐵企業的燒結煙氣治理具有重要意義。 2005年11月，寶鋼研究院在國內開展了燒結煙氣脫硫技術的研究。在充分調研、分析用于燒結的脫硫技術基礎上，結合燒結煙氣

2、的特性，綜合考慮脫硫劑、脫硫產物的應用及企業實際條件，選定以石灰石-石膏法為基礎技術路線，展開深入研究和開發。通過系統的工業試驗形成了氣噴旋沖燒結煙氣脫硫成套工藝和裝備技術。經公司評審決定對開發的氣噴旋沖燒結脫硫成套技術實行產業化，按照統一部署，研究院課題組不僅負責完成了工程技術主導與總成，并開發了一系列的工程化關鍵技術，保證了工程化的成功。2008年采用寶鋼研究院的燒結脫硫成套技術建設的三套大型燒結機全煙氣脫硫工程相繼投產，均達到了預定的技術經濟指標，對寶鋼控制污染物排放發揮了重要作用。 2 工藝與核心裝備技術特點 圖1是寶鋼氣噴旋沖燒結煙氣脫硫工藝流程。 2.1 寶鋼氣噴旋沖燒結煙氣脫硫工

3、藝技術 專門針對燒結生產特點和燒結煙氣特性而開發，追求并實現了脫硫劑的價廉易得、以廢治廢；工藝簡捷，系統運行穩定、可靠；污染物去除效率高；符合循環經濟要求；投資成本和運行費用的經濟性好。 2.2 冷卻預處理裝置 在吸收塔前開發設置一冷卻預處理裝置，有效地克服了煙溫波動帶來的降溫難度，保證吸收塔的熱安全性，為脫硫反應創造了最佳的反應溫度條件；解決了傳統工藝GGH易堵、降溫效果差等問題；將重金屬、堿金屬和一部分煙塵除去，防止了吸收塔內的堵塞、結垢，并保證石膏品位；脫除了燒結煙氣中的大部分HF、HCl，從而減輕了吸收塔等后續系統的防腐壓力。 2.3 氣噴旋沖吸收塔 以空氣動力學原理將脫硫裝置研發設計

4、為氣噴旋沖吸收塔。使漿液為連續相，氣體從塔體中部進入,經氣噴旋沖裝置噴出成為高度細分的離散相進入液相。氣液兩相強烈旋沖、擾動、高效傳質，對煙氣量和SO2濃度大幅波動的適應能力強；脫硫、除塵效率高；吸收反應一次完成,漿液不需反復循環，能耗低；石膏結晶好，粒徑大，有利于資源化利用。 2.4 組合式除霧器 吸收塔上部為空塔結構，通過煙氣突然擴張并與開發的外置式除霧器形成組合式除霧器，除霧效率高。 3 工業試驗 3.1 試驗裝置 工業試驗裝置處理煙氣量為9萬m3/h，整個系統由SO2吸收系統、漿液制備系統、煙氣系統、石膏處理系統、工藝水系統、DCS控制系統等六個分系統組成。煙氣引自燒結生產系統，經增壓

5、風機升壓后，進入冷卻器降溫、預處理，隨后進入氣噴旋沖吸收塔完成脫硫除塵過程。從吸收塔出來的凈煙氣，經除霧后并入原煙氣排出管道，混合升溫后由煙囪排出。 3.2 脫硫效率主要影響因素試驗 通過正交試驗，發現影響系統脫硫效率的主要因素有：漿液pH值、入塔煙氣溫度、氣噴管的插入深度、脫硫劑粒度、漿液中吸收劑濃度、吸收塔液位、入口煙氣量等。 3.3 燒結煙氣脫硫石膏品質分析 通過分析，發現氣噴旋沖法燒結脫硫石膏結晶程度高、粒徑大、純度高。與電廠煙氣噴淋法脫硫石膏相比，在綜合利用上受標準限制小，利用的空間更大。表1將氣噴旋沖法燒結脫硫石膏法與噴淋法進行了對比。 表1 氣噴旋沖法燒結脫硫石膏與噴淋法電廠脫硫

6、石膏性質對比 分析項目 國內設計要求 寶鋼燒結 寶鋼電廠 脫硫石膏 脫硫石膏 自由水含量，% 10 6.5 10.3 CaSO4.2H2O含量，% 90 92.5 90.4 pH值 68 6.9 7.6 平均顆粒尺寸 32 99 99 (32m以上)，% Cl，ppm 100 50 160 F，ppm 100 90 480 CaSOH2O，/% 0.35 0.065 0.074 CaCO3+MgCO3 ，% 3 0.9 2.2 4 工程化應用的關鍵技術開發 圍繞工程化建設主要研發內容與創新成果有： （1） 試驗研究影響脫硫效率的各項因素，找出了確保脫硫系統長期、連續、穩定運行的主要因素和控制要

7、領，制定了大型脫硫工程的聯動調試方案、規程，系統啟動、各種狀態停機等規程及技術要求、標準等。 （2） 通過多種氣噴旋沖裝置、多種冷卻預處理方式試驗研究和CFD數值模擬，建立了工藝系統相應的熱力學、動力學系列計算模型，優化燒結煙氣脫硫的工藝參數及關鍵設備內部結構配置和最佳設計參數。 （3） 連續試驗運行，尋找和發現燒結煙氣脫硫過程中可能出現的各種問題，如堵塞、結垢等的規律及解決方案。制定了大工程系統運行控制策略和功能需求、儀表配置等控制方案。 （4） 針對工程放大后塔底漿液擾動的不確定性和液面平穩的技術需求，開展側進式漿液攪拌及氧化空氣分布最佳配置試驗。建立相關數值模型，找出各種控制參數規律，研

8、究開發出工程放大漿液擾動和強制氧化的成套技術，制定了不同處理煙氣量下的工程配置最佳方案。 （5） 在試驗裝置的各代表性位置進行了共48種100多個掛片試驗，為工程化選材提供了依據，并開發出幾種專用防腐膠泥等適合燒結煙氣脫硫的新型防腐材料，制定了系統主要環節的工程防腐方案。 （6） 開發了脫硫系統核心裝置的制造、加工、安裝等系列成套技術，并進行工程指導。 （7） 開展系統運行中可能出現的突發情況下應急處理預案的試驗研究，形成了大生產運行中的相關應急預案技術規程。 （8） 開展了燒結脫硫石膏的利用研究，如配入鋼渣微粉、礦渣微粉中直接替代水泥等，其利用量和利用效果明顯。 （9） 研究分析燒結脫硫廢水

9、特性，開發處理、回用技術，提出了不同現場條件下的廢水處理利用技術和方案。 5 工程應用 寶鋼燒結煙氣脫硫技術首批三套工程應用項目情況如下： 5.1 脫硫工程設計性能指標 .與主體設備的同步運行率90 %； .SO2脫除率90 %； .SO2排放濃度100 mg/Nm3； .粉塵排放濃度50 mg/Nm3； .Ca/S 摩爾比1.03； .除霧器出口處煙氣攜帶水滴含量75 mg/Nm3； .石膏品質石膏（CaSO4.2H2O）含量90 %； .石膏含水率10 %；石膏pH值68。 5.2 脫硫工程基本情況 三個脫硫工程的基本情況見表2。 表2 三個脫硫工程基本情況 梅鋼3號180m2燒結 不銹鋼

10、1號224m2燒結 寶鋼3號495m2燒結 全煙氣脫硫工程 機全煙氣脫硫工程 機全煙氣脫硫工程 煙氣量，Nm3/h 45萬90萬 50萬100萬 100萬180萬 設計煙氣量70萬 設計煙氣量87.5萬 設計煙氣量130萬 煙氣中SO2濃度 10003000 3001200 3501160 mg/Nm3 （平均1800） （平均500） （平均400） 煙氣基礎溫度， 90150 130170 85150 脫硫劑 250目石灰石粉 250目石灰石粉 廢棄石灰石泥餅 投產時間 2008年3月9日 2008年10月31日 2008年10月31日 5.3 工程運行效果 梅鋼3號機脫硫工程于2008年

11、4月20日系統滿負荷運行后，系統正常、穩定、連續運行已1年8個月。寶鋼分公司3號燒結脫硫工程和不銹鋼1號燒結脫硫工程也同樣穩定運行了一年，各項技術經濟指標達到預設目標。系統與主體工程同步運轉率95%以上。 5.4 污染物去除效果 系統煙氣量、煙氣溫度、SO2濃度在較大波動下，比較經濟的脫硫效率為90%，可在95以上穩定運行；除塵效率85%以上，SO3、HF、HCl僅占總酸性物的1%以下，脫除效率分別為SO3去除率50%、HCl去除率80%、HF去除率90%。煙囪出口處低溫下排出的“白霧”，其冷凝液滴pH值為6.06.5。 35t/h廢水送廠內廢水處理系統處理后回用。副產品石膏，CaSO4.2H

12、2O含量大于90%，結晶程度高、雜質含量低、品質優于常規電廠濕法脫硫石膏和天然石膏，可作為建材制品的原料。 5.5 效益分析 （1） 在處理同等煙氣量的情況下，寶鋼燒結煙氣脫硫技術的一次投資和運行費用僅是普通濕法和循環硫化床半干法技術的80%左右。 （2） 梅鋼3燒結煙氣脫硫工程成為南京地區和江蘇省的環保示范項目，不銹鋼和寶鋼分公司的脫硫項目投產后，完成了上海市給寶鋼下達的SO2 減排任務，為企業的持續發展創造了環境條件。 （3） 根據燒結煙氣實際硫含量，三套脫硫設施每年總削減SO2約為1500020000t，僅此一項公司每年減少排污費2000萬元左右。少量廢水和副產品石膏均能綜合利用，是一項

13、節能減排、符合循環經濟要求的脫硫工程技術。 （4） 自主開發創新，較好地解決了行業的一項環保技術難題，為企業樹立了良好的社會形象。 6 有關思考 （1） 由于燒結礦物組成的復雜性和生產工藝的差異性，燒結煙氣脫硫遠比電廠煙氣脫硫難度大。不能將電廠煙氣脫硫技術簡單地套用在燒結煙氣的處理上。 （2） 燒結煙氣脫硫是一項具有明顯特征的，比較復雜的化工工藝過程和裝備技術，是物理學、化學、物理化學、反應動力學、傳熱、傳質等多種學科理論的綜合體，用于燒結煙氣脫硫的工藝裝備技術，必須與燒結工藝結合起來綜合考慮,要有針對性的開發。 （3） 燒結脫硫必須滿足和服務于燒結生產，更不能影響燒結生產；燒結脫硫工藝裝備技術的大生產應用，系統的穩定、可靠是前提。同時，操作要簡單、檢修要方便； （4） 技術