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1、宝钢气喷旋冲烧结烟气脱硫技术 来源：沈晓林;石洪志;刘道清 文章发表时间：2010-03-23 1 前言 20世纪初在制定至2020年钢铁科技发展指南时，专家一致指出：“烧结矿物组成的复杂性和生产工艺的差异性，烧结烟气脱硫不能简单套用电厂烟气脱硫技术；国外的烧结脱硫技术造价与运行费用昂贵，不适合中国国情”。由此，烧结烟气脱硫技术被列为指南中重要研究课题。宝钢股份有9套大型烧结机，开发一套经济可靠、技术先进的烧结烟气脱硫技术，对于宝钢乃至全国钢铁企业的烧结烟气治理具有重要意义。 2005年11月，宝钢研究院在国内开展了烧结烟气脱硫技术的研究。在充分调研、分析用于烧结的脱硫技术基础上，结合烧结烟气
2、的特性，综合考虑脱硫剂、脱硫产物的应用及企业实际条件，选定以石灰石-石膏法为基础技术路线，展开深入研究和开发。通过系统的工业试验形成了气喷旋冲烧结烟气脱硫成套工艺和装备技术。经公司评审决定对开发的气喷旋冲烧结脱硫成套技术实行产业化，按照统一部署，研究院课题组不仅负责完成了工程技术主导与总成，并开发了一系列的工程化关键技术，保证了工程化的成功。2008年采用宝钢研究院的烧结脱硫成套技术建设的三套大型烧结机全烟气脱硫工程相继投产，均达到了预定的技术经济指标，对宝钢控制污染物排放发挥了重要作用。 2 工艺与核心装备技术特点 图1是宝钢气喷旋冲烧结烟气脱硫工艺流程。 2.1 宝钢气喷旋冲烧结烟气脱硫工
3、艺技术 专门针对烧结生产特点和烧结烟气特性而开发，追求并实现了脱硫剂的价廉易得、以废治废；工艺简捷，系统运行稳定、可靠；污染物去除效率高；符合循环经济要求；投资成本和运行费用的经济性好。 2.2 冷却预处理装置 在吸收塔前开发设置一冷却预处理装置，有效地克服了烟温波动带来的降温难度，保证吸收塔的热安全性，为脱硫反应创造了最佳的反应温度条件；解决了传统工艺GGH易堵、降温效果差等问题；将重金属、碱金属和一部分烟尘除去，防止了吸收塔内的堵塞、结垢，并保证石膏品位；脱除了烧结烟气中的大部分HF、HCl，从而减轻了吸收塔等后续系统的防腐压力。 2.3 气喷旋冲吸收塔 以空气动力学原理将脱硫装置研发设计
4、为气喷旋冲吸收塔。使浆液为连续相，气体从塔体中部进入,经气喷旋冲装置喷出成为高度细分的离散相进入液相。气液两相强烈旋冲、扰动、高效传质，对烟气量和SO2浓度大幅波动的适应能力强；脱硫、除尘效率高；吸收反应一次完成,浆液不需反复循环，能耗低；石膏结晶好，粒径大，有利于资源化利用。 2.4 组合式除雾器 吸收塔上部为空塔结构，通过烟气突然扩张并与开发的外置式除雾器形成组合式除雾器，除雾效率高。 3 工业试验 3.1 试验装置 工业试验装置处理烟气量为9万m3/h，整个系统由SO2吸收系统、浆液制备系统、烟气系统、石膏处理系统、工艺水系统、DCS控制系统等六个分系统组成。烟气引自烧结生产系统，经增压
5、风机升压后，进入冷却器降温、预处理，随后进入气喷旋冲吸收塔完成脱硫除尘过程。从吸收塔出来的净烟气，经除雾后并入原烟气排出管道，混合升温后由烟囱排出。 3.2 脱硫效率主要影响因素试验 通过正交试验，发现影响系统脱硫效率的主要因素有：浆液pH值、入塔烟气温度、气喷管的插入深度、脱硫剂粒度、浆液中吸收剂浓度、吸收塔液位、入口烟气量等。 3.3 烧结烟气脱硫石膏品质分析 通过分析，发现气喷旋冲法烧结脱硫石膏结晶程度高、粒径大、纯度高。与电厂烟气喷淋法脱硫石膏相比，在综合利用上受标准限制小，利用的空间更大。表1将气喷旋冲法烧结脱硫石膏法与喷淋法进行了对比。 表1 气喷旋冲法烧结脱硫石膏与喷淋法电厂脱硫
6、石膏性质对比 分析项目 国内设计要求 宝钢烧结 宝钢电厂 脱硫石膏 脱硫石膏 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 平均颗粒尺寸 32 99 99 (32m以上)，% Cl，ppm 100 50 160 F，ppm 100 90 480 CaSO3.0.5H2O，/% 0.35 0.065 0.074 CaCO3+MgCO3 ，% 3 0.9 2.2 4 工程化应用的关键技术开发 围绕工程化建设主要研发内容与创新成果有： （1） 试验研究影响脱硫效率的各项因素，找出了确保脱硫系统长期、连续、稳定运行的主要因
7、素和控制要领，制定了大型脱硫工程的联动调试方案、规程，系统启动、各种状态停机等规程及技术要求、标准等。 （2） 通过多种气喷旋冲装置、多种冷却预处理方式试验研究和CFD数值模拟，建立了工艺系统相应的热力学、动力学系列计算模型，优化烧结烟气脱硫的工艺参数及关键设备内部结构配置和最佳设计参数。 （3） 连续试验运行，寻找和发现烧结烟气脱硫过程中可能出现的各种问题，如堵塞、结垢等的规律及解决方案。制定了大工程系统运行控制策略和功能需求、仪表配置等控制方案。 （4） 针对工程放大后塔底浆液扰动的不确定性和液面平稳的技术需求，开展侧进式浆液搅拌及氧化空气分布最佳配置试验。建立相关数值模型，找出各种控制参
8、数规律，研究开发出工程放大浆液扰动和强制氧化的成套技术，制定了不同处理烟气量下的工程配置最佳方案。 （5） 在试验装置的各代表性位置进行了共48种100多个挂片试验，为工程化选材提供了依据，并开发出几种专用防腐胶泥等适合烧结烟气脱硫的新型防腐材料，制定了系统主要环节的工程防腐方案。 （6） 开发了脱硫系统核心装置的制造、加工、安装等系列成套技术，并进行工程指导。 （7） 开展系统运行中可能出现的突发情况下应急处理预案的试验研究，形成了大生产运行中的相关应急预案技术规程。 （8） 开展了烧结脱硫石膏的利用研究，如配入钢渣微粉、矿渣微粉中直接替代水泥等，其利用量和利用效果明显。 （9） 研究分析烧
9、结脱硫废水特性，开发处理、回用技术，提出了不同现场条件下的废水处理利用技术和方案。 5 工程应用 宝钢烧结烟气脱硫技术首批三套工程应用项目情况如下： 5.1 脱硫工程设计性能指标 .与主体设备的同步运行率90 %； .SO2脱除率90 %； .SO2排放浓度100 mg/Nm3； .粉尘排放浓度50 mg/Nm3； .Ca/S 摩尔比1.03； .除雾器出口处烟气携带水滴含量75 mg/Nm3； .石膏品质石膏（CaSO4.2H2O）含量90 %； .石膏含水率10 %；石膏pH值68。 5.2 脱硫工程基本情况 三个脱硫工程的基本情况见表2。 表2 三个脱硫工程基本情况 梅钢3号180m2烧
10、结 不锈钢1号224m2烧结 宝钢3号495m2烧结 全烟气脱硫工程 机全烟气脱硫工程 机全烟气脱硫工程 烟气量，Nm3/h 45万90万 50万100万 100万180万 设计烟气量70万 设计烟气量87.5万 设计烟气量130万 烟气中SO2浓度 10003000 3001200 3501160 mg/Nm3 （平均1800） （平均500） （平均400） 烟气基础温度， 90150 130170 85150 脱硫剂 250目石灰石粉 250目石灰石粉 废弃石灰石泥饼 投产时间 2008年3月9日 2008年10月31日 2008年10月31日 5.3 工程运行效果 梅钢3号机脱硫工程于
11、2008年4月20日系统满负荷运行后，系统正常、稳定、连续运行已1年8个月。宝钢分公司3号烧结脱硫工程和不锈钢1号烧结脱硫工程也同样稳定运行了一年，各项技术经济指标达到预设目标。系统与主体工程同步运转率95%以上。 5.4 污染物去除效果 系统烟气量、烟气温度、SO2浓度在较大波动下，比较经济的脱硫效率为90%，可在95以上稳定运行；除尘效率85%以上，SO3、HF、HCl仅占总酸性物的1%以下，脱除效率分别为SO3去除率50%、HCl去除率80%、HF去除率90%。烟囱出口处低温下排出的“白雾”，其冷凝液滴pH值为6.06.5。 35t/h废水送厂内废水处理系统处理后回用。副产品石膏，CaS
12、O4.2H2O含量大于90%，结晶程度高、杂质含量低、品质优于常规电厂湿法脱硫石膏和天然石膏，可作为建材制品的原料。 5.5 效益分析 （1） 在处理同等烟气量的情况下，宝钢烧结烟气脱硫技术的一次投资和运行费用仅是普通湿法和循环硫化床半干法技术的80%左右。 （2） 梅钢3烧结烟气脱硫工程成为南京地区和江苏省的环保示范项目，不锈钢和宝钢分公司的脱硫项目投产后，完成了上海市给宝钢下达的SO2 减排任务，为企业的持续发展创造了环境条件。 （3） 根据烧结烟气实际硫含量，三套脱硫设施每年总削减SO2约为1500020000t，仅此一项公司每年减少排污费2000万元左右。少量废水和副产品石膏均能综合利用，是一项节能减排、符合循环经济要求的脱硫工程技术。 （4） 自主开发创新，较好地解决了行业的一项环保技术难题，为企业树立了良好的社会形象。 6 有关思考 （1） 由于烧结矿物组成的复杂性和生产工艺的差异性，烧结烟气脱硫远比电厂烟气脱硫难度大。不能将电厂烟气脱硫技术简单地套用在烧结烟气的处理上。 （2） 烧结烟气脱硫是一项具有明显特征的，比较复杂的化工工艺过程和装备技术，是物理学、化学、物理化学、反应动力学、传热、传质等多种学科理论的综合体，
