循环流化床半干法烟气脱硫技术在钢铁厂的应用

2022-10-11

循环流化床半干法脱硫工艺, 又称气固循环一体化烟气脱硫系统。该工艺采用气悬浮吸收法, 利用循环流化床强烈的传热和传质特性, 在吸收塔内加入石灰等脱硫剂, 用高速气使脱硫剂流化态从而与烟气强烈混合接触, 烟气中的酸性污染物与脱硫剂中和、固化从而达到净化烟气的目的。该工艺具有占地小, 投资少, 脱硫效率高, 吸收剂利用率高, 耗水、电量少, 运行及维护费用低, 对烟气负荷适应性好, 操作简单, 运行可靠, 副产物为干态, 易于综合回收处理, 不造成二次污染等优点。自20世纪80年代未, 经过对干法脱硫技术中存在的主要问题的大量研究和不断的改进, 现在已取得了突破性进展。一批新的烟气脱硫技术已成功地开始了商业化运行。这一技术的进步, 迎来了干法、半干法烟气脱硫技术的新的快速发展期。德国Lurgi公司、Wulff公司、丹麦F·L·Smith公司及瑞典ABB公司都分别开发出具有自己特点的L urgiLentjesBischoff烟气脱硫技术、回流式循环流化床 (RCFB) 烟气脱硫技术、GSA循环流化床烟气脱硫技术和NI D循环流化床烟气脱硫技术, 并分别应用在小型的锅炉和3 0 0 k w机组以下的电厂中, 运行效果较好。目前, 国内企业拥有循环流化床脱硫核心技术的少之又少。普遍采用技术比较成熟的湿法烟气脱硫。但湿法脱硫前期投资、日常运行及维护费用太高, 副产物易造成二次污染, 不是一般企业所能承受得起的。大连绿诺环境工程科技有限公司采用优化气固循环吸收 (GSCA) 半干法烟气脱硫工艺对邯郸钢铁股份有限公司400 m2烧结机烟气脱硫工程进行了总承包, 并成功地进行了设计、安装和调试。现主要介绍邯郸钢铁股份有限公司400 m2烧结半烟气GSCA半干法烟气脱硫工艺、设计条件、参数, 并简单阐述一下本工艺的经济性指标及几大优化措施, 为加快GSCA半干法烟气脱硫技术的消化与吸收、加速国产化奠定基础。

1 GSCA半干法烟气脱硫工艺

邯郸钢铁股份有限公司新建400 m2烧结烟气采用优化后的GSCA半干法脱硫工艺的流程见图1。GSCA半干法烟气脱硫工艺主要由烟道系统、脱硫剂储存和制浆供给系统、气固循环反应塔 (GSCA) 系统, 包括固粒循环、袋除尘系统、烟气循环系统、仪控系统、电气系统及辅助工艺水系统、压缩空气系统、排灰的运输和储存系统等组成。由引风机引出的含SO2和其它酸性成分的烟气, 从反应塔底部进入, 在文丘里管处被加速, 在该处与三流体喷枪喷入的水和熟石灰浆混合, 大量雾化的灰浆滴与高浓度的循环固体颗粒碰撞结合, 以更大表面积吸收酸性气体分子, 并处于流化状态。同时, 从反应塔顶部出来的含有脱硫废物颗粒, 残留熟石灰和飞灰的固体颗粒在随后的旋风分离器内被分离并经循环回料机返回反应塔, 其中的残留脱硫剂与烟气中的酸性物继续反应, 基本上干态副产物和脱硫剂在系统排出前大约循环50~1 0 0次, 从而使灰浆的利用率提高到最大。而一部分粉尘被分离出来, 起到预除尘效果, 减少了进入袋除尘器烟尘总量, 改进了整个系统的除尘性能。脱硫后的烟气通过旋风除尘器到布袋除尘器, 进一步除去粉尘和灰粒, 净化后的烟气 (标准状态Cso2<100mg/m3, Cash<30mg/m3) 经增压风机排入烟囱进入大气。为调节反应塔的烟气量, 部分净化烟气返回反应塔入口, 实现烟气再循环。这也是优化后的气固循环反应塔工艺的一个重要特点和优点。

脱硫剂储存和制浆供给系统主要由石灰储仓、石灰给料机、熟化器、除砂机、浆液储存罐, 就地浆液罐、浆液泵等组成。制浆系统布置在石灰仓的下方, 使石灰和浆液自上而下自然输送。石灰原料由密封罐车运输, 由气动输送至石灰仓, 来自石灰仓的石灰由螺旋给料机送入熟化器内, 经熟化后的氢氧化钙平均粒径在30μm以下, 石灰熟化率接近1 00%, 熟化后的石灰浆液自流排入振动除砂机, 以分离石灰浆液中90%以上的杂质, 产生奶状浆液, 不仅保证高效率的脱硫吸收, 而且有效防止磨损, 沉积、堵塞等问题。经除砂净化的浆液自流入底部浆液罐, 由两台输浆泵向G S C A反应塔的就地浆液罐供浆, 两台就地浆液泵向三流体喷枪供浆。就地浆液泵和水泵采用定压头, 可调速泵, 保证在固定喷射压力下灵活调节浆液流量为10∶1, 以使脱硫负荷变化时保证脱硫率和反应塔温度的精确控制。

GSCA半干法烟气脱硫工艺过程控制系统为单独的控制系统, 控制系统总的原则是利用最少的石灰耗量, 自动实现烟气净化的要求, 主要由4个控制回路组成: (1) 根据入口的烟气量控制固粒物料至反应塔的循环量; (2) 通过入口和出口烟气温度和入口气体的流量控制喷枪的喷水量, 确保烟气冷却至适当的温度以达到最佳脱硫效果, 并防止灰粘结; (3) 通过入口烟气的流量和出口气体中酸性氧化物的含量, 控制石灰浆液的添加量; (4) 通过入口烟气量控制增压风机出口净化烟气的再循环气量, 以保证反应塔内处于良好气悬浮状态。系统自动控制包括三个重要阶段中对设备的控制过程, 这三个阶段是:启动、运行、停机或局部紧急停机。此外, 当烧结机主机停机时, 脱硫系统亦立即停止返料及喷水喷浆, 而当脱硫除尘系统必须停机检修时, 控制系统将自动切换到旁路运行, 不影响烧结机的运行, 除了通过控制系统自动操作之外, 每种功能还可以通过主控制屏或就地屏上的启动/停止按钮切换成手动控制。

说明:各种原料、能源介质参考价格: (单位:人民币) 粒状生石灰:180元/吨, 压缩空气:0.08元/m 3, 氮气:0.35元/m 3, 电:0.45元/kwh, 水:3元/吨。

2 烧结烟气脱硫的特点

烧结机的原料矿石和燃料中所含的硫主要以硫化物的形式存在, 而绝大部分的硫化物被氧化成S O2以气体形态进入烧结烟气。多方统计数据表明, 烧结机从点火到烧结终止, 80%以上的二氧化硫排放集中在烧结氧化反应及加强阶段, 点火和热蒸发阶段及烧结后冷却段, 烟气中的二氧化硫的浓度始终在低浓度水平较慢增减, 没有明显的变化, 所以选择氧化加强阶段排烟进行选择性脱硫, 可以使脱硫装置的烟气处理量下降一半。本项目就采用半烟气进行脱硫。从优化设计和经济性考虑是非常合适的。另据烧结烟气具有烟气量和烟气参数波动较大的特点, 本公司采用增加一套烟气再循环系统, 以适应烟气不低于4 0%的负荷变化。

3 工程设计参数与设计指标

3.1 设计参数

邯郸钢铁股份有限公司400m2烧结半烟气脱硫工程的设计参数:烟气处理量 (标准状态) :685758Nm3/h;烟气入口温度:120℃;出口烟气温度:≥70℃;烟气入口SO2浓度;1200mg/Nm3;出口SO2浓度;100mg/Nm3;脱硫系统年运行时间:83 00 h;脱硫系统设计使用年限:30年;初始烟气湿度:3.0%;出口烟气湿度:2%~4%;钙基吸收剂 (Cao) :粒度≤8 mm, C a o含量≥8 5%, 原料石灰容积密度<9 0 0 k g/m 3, 硬质杂质总含量<3%。

3.2 设计性能指标

G S C A烟气脱硫工程的设计性能如下 (1) 脱硫系统不能影响机组的启停和正常运行; (2) 脱硫系统能承受烧结机40%~100%的负荷变化; (3) 在钙硫比小于1.4条件下系统脱硫效率不小于9 2%; (4) 烟囱出口粉尘的排放浓度小于30mg/Nm3; (5) 脱硫系统阻力不大于4900Pa。

4 技术经济性 (原料、能源介质消耗)

下面我们以具体数据来统计一下本工艺系统的原料、能源经济指标, 具体见表1。

5 GSCA半干法烟气脱硫工艺的优化设计

本工程采用G S C A半干法烟气脱硫工艺对传统的循环流化床进行了重要的优化和改进, 主要是: (1) 利用脱硫塔出口的高效旋风分离器和专门的固粒循环设备, 实现高倍率固粒再循环; (2) 采用高效三流体喷射枪, 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, 保证脱硫剂浆液量变化时稳定良好的雾化; (3) 反应塔底部设有落灰斗, 可以在运行和停机时储存塔内落灰和“堒灰”; (4) 布袋除尘器只接受旋风筒排出的低含尘浓度的粉尘, 其总粉尘量不参与烟气与脱硫剂带入加反应产物形成的固粒量, 不承担固粒再循环; (5) 将原工艺向塔内喷干粉, 在塔内与水蒸汽熟化, 改为先将石灰熟化, 生成氢氧化钙浆液喷入塔内, 可将石灰熟化达到几乎100%, 喷干粉到塔内熟化大致只能熟化70%~80% (6) 布有净烟气循环烟道, 以适应烧结机在低载和变负荷运行时, 调节反应塔的烟气量, 使GSCA反应塔保持最佳气流量和物料的流化状态。使反应塔具有更高、更宽的运行适应特性; (7) 采用高压脉冲布袋除尘器, 大大提高清灰效率, 缩短喷吹时间, 延长滤袋寿命。实现以上六项主要的设计改进和优化, 使循环流化床脱硫工艺更加完善, 使本项目的技术指标得到全面保障, 且显著改善运行经济性。

6 结语

大连绿诺环境工程科技股份有限公司采用优化后气固循环吸收半干法烟气脱硫工艺, 成功应用于邯郸钢铁股份有限公司新建4 0 0 m 2烧结机半烟气脱硫工程, 为循环流化床烟气脱硫技术在我国钢铁烧结烟气脱硫中应用奠定了良好的基础, 为国产大型化小时烟气处理量达百万立的循环半干法烟气脱硫技术的成功应用, 翻开了新的历史篇章, 它标志着我国部分环保技术已走向世界级水平。

摘要：本文介绍了循环流化床半干法烟气脱硫技术的发展状况、工艺过程、特点及其在邯郸钢铁厂400m2烧结烟气脱硫工程的应用, 给出了该工程的设计条件、参数及技术经济性, 阐述本工艺的优化措施。

关键词：循环流化床,烟气脱硫