氨法脫硫技術(shù)在燒結(jié)煙氣治理領(lǐng)域應(yīng)用研究
1 概述
我國鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣的治理主要集中在除塵方面,隨著環(huán)保要求的日益提高,尤其對二氧化硫的排放濃度與排放總量進(jìn)行了嚴(yán)格控制以后,燒結(jié)煙氣脫硫逐漸引起了企業(yè)的重視。
我國煙氣脫硫的研究與工程應(yīng)用在20 世紀(jì)70 年代開始,但真正近20 年才進(jìn)入了高速發(fā)展期,這期間主要集中在電廠的鍋爐煙氣脫硫。鋼鐵行業(yè)進(jìn)行燒結(jié)機(jī)的煙氣脫硫從2003 年后才逐漸走上日程,經(jīng)過5 年的發(fā)展,目前國內(nèi)上馬燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫工程的鋼鐵企業(yè)已經(jīng)有10 余家,涉及燒結(jié)機(jī)有20 余臺。從電廠鍋爐應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)來看,成熟的煙氣脫硫技術(shù)主要有干法和濕法兩種。干法的主要代表工藝有循環(huán)流化床工藝、密相干塔工藝、NID 工藝;濕法的主要代表工藝有石灰石- 石膏法、氨法脫硫工藝、鎂法脫硫工藝。與此相對應(yīng)的燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)也主要以這兩種脫硫工藝為主,以上提到的兩種工藝均有在國內(nèi)鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)應(yīng)用的實(shí)例。濕法脫硫、半干法脫硫工藝技術(shù)參數(shù)見表1。
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干法與濕法兩種脫硫工藝均有比較明顯的優(yōu)缺點(diǎn):干法脫硫工藝投資小、占地面積小、運(yùn)行費(fèi)用低但同時(shí)也有運(yùn)行不穩(wěn)定,脫硫效率不高的特點(diǎn)。濕法脫硫工藝占地面積大、投資大、容易腐蝕但運(yùn)行穩(wěn)定、脫硫效率高。本文主要針對濕法煙氣脫硫技術(shù)中LS 氨法技術(shù)進(jìn)行介紹。
2 LS 氨法脫硫技術(shù)特點(diǎn)
氨法脫硫技術(shù)從20 世紀(jì)70 年代開始投入應(yīng)用, 已經(jīng)有了很大的更新,在實(shí)際應(yīng)用過程中逐步進(jìn)行改進(jìn)。LS 氨法脫硫技術(shù)是在不斷的探索之后形成的成熟氨法脫硫技術(shù),已經(jīng)在鍋爐煙氣的治理中得到了非常廣泛的應(yīng)用。
LS 氨法脫硫反應(yīng)原理屬于瞬時(shí)反應(yīng),具有多種功能既能脫硫、脫硝,又能除塵,在系統(tǒng)流程上采用循環(huán)密閉系統(tǒng),并設(shè)有防氨泄露安全等有效措施。具體技術(shù)特點(diǎn):
1) 脫硫效率高。在脫硫塔內(nèi),氨水與煙氣充分接觸,屬于氣- 液反應(yīng),瞬時(shí)完成,相同反應(yīng)條件下,是反應(yīng)速率最快的。
2) 副產(chǎn)物(硫酸銨) 易于回收利用,具有良好應(yīng)用價(jià)值？梢詰(yīng)用作農(nóng)業(yè)肥料,用來加工成復(fù)合化肥, 或用作化工企業(yè)的原料。
3) 同步多功能一體化。具有良好的脫硫和除塵功能,同時(shí)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(shù)相比,液氣比值是石灰法的1P10 以上,可以大大減少自身能耗(水、電消耗) ,減少設(shè)備總投資與運(yùn)行成本。
5) 脫硫反應(yīng)溫度區(qū)間可變范圍大。在40 ～ 180 ℃反應(yīng)塔內(nèi),脫硫效率依然能夠達(dá)到95 %以上。液體pH 值控制在生成(NH4 ) 2SO3 范圍之內(nèi),進(jìn)而降低了設(shè)備的腐蝕(已有反應(yīng)塔使用10 年以上的范例) 。循環(huán)液的溫度越高,硫銨的溶解度越大,運(yùn)行中一般控制在使循環(huán)液接近飽和結(jié)晶的濃度以下,使其在塔外結(jié)晶,有效避免堵塞現(xiàn)象。
6) 適應(yīng)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(dāng)煙氣量發(fā)生變化時(shí), 控制系統(tǒng)自動及時(shí)進(jìn)行脫硫劑濃度和量調(diào)節(jié)。當(dāng)脫硫劑濃度增加時(shí),系統(tǒng)采用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效防止氣體氨的逃逸。進(jìn)而避免脫硫劑的浪費(fèi)和可能造成的環(huán)境污染問題。
7) 適應(yīng)煙氣中粉塵含量的變化。系統(tǒng)具有高效除塵功能,煙氣中粉塵在脫硫塔內(nèi)得到有效捕集,同時(shí),系統(tǒng)中設(shè)置了固液分離裝置,有效實(shí)現(xiàn)粉塵的回收再利用,也避免了系統(tǒng)內(nèi)粉塵雜質(zhì)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1P3 ,一般為 500～800 Pa 。經(jīng)過塔本體阻力計(jì)算以及多次實(shí)際應(yīng)用,測試證明LS 塔本體阻力均小于1 000 Pa ,一般在 500～800 Pa 。
3 方案分析
3.1 項(xiàng)目概述
某鋼廠66 m2 燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫工藝方案,單臺燒結(jié)機(jī)的煙氣量為297 000 m3Ph ,煙氣中二氧化硫含量設(shè)計(jì)值為2 500 mgPm3 ,煙氣中粉塵含量為200 mgPm3 。項(xiàng)目建成后,二氧化硫的排放濃度小于100 mgPm3 ,粉塵排放濃度小于50 mgPm3 。每年可以減少二氧化硫排放7 171 t ,減少粉塵排放448 t ,能夠生產(chǎn)硫銨產(chǎn)品 114 萬t 。
3.2 工藝路線
本項(xiàng)目采用LS 氨法脫硫工藝。本工藝具有脫硫效率高、投資省、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。脫硫效率能夠達(dá)到95 %以上。脫硫除塵后能夠達(dá)到國家最新的鋼鐵工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)(鋼鐵行業(yè)) , 采用單臺燒結(jié)機(jī)配套一套煙氣脫硫裝置。具體的工藝過程主要包括:
1) 氨水儲存輸送系統(tǒng)。根據(jù)鋼鐵廠的實(shí)際情況, 可以應(yīng)用德勝鋼鐵公司焦化廠的剩余氨水。用量不足的部分,可以進(jìn)行外購,用罐車輸送至廠區(qū)氨水儲存系統(tǒng)中,進(jìn)行調(diào)氨處理以備工藝應(yīng)用。
2) 煙氣系統(tǒng)。通過新設(shè)增壓風(fēng)機(jī)引出燒結(jié)煙氣, 煙氣經(jīng)煙道至脫硫塔。在原有煙囪前和脫硫塔前分別設(shè)置擋板門,用于燒結(jié)機(jī)運(yùn)行期間脫硫裝置的隔斷和維護(hù)。FGD 配置一臺用于克服自身阻力的增壓風(fēng)機(jī),以保證燒結(jié)機(jī)的正常運(yùn)行。新配置的增壓風(fēng)機(jī)選型要與燒結(jié)系統(tǒng)壓力、流量等參數(shù)相匹配,進(jìn)而保證脫硫系統(tǒng)不影響燒結(jié)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行,同時(shí)在燒結(jié)工況發(fā)生變化的情況下,保證脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行和脫硫除塵指標(biāo)的達(dá)標(biāo)。煙道設(shè)置保溫,防止煙氣溫度低于酸露點(diǎn)對煙道產(chǎn)生腐蝕。
3) 脫硫吸收系統(tǒng)。調(diào)配一定濃度的氨水,通過噴霧反應(yīng)段,與煙氣中的SO2 充分反應(yīng),生成亞硫酸銨溶液,流入循環(huán)液池。亞硫酸銨溶液氧化風(fēng)機(jī)的不斷充氧氧化為硫酸銨溶液。脫硫吸收塔內(nèi)部有特殊結(jié)構(gòu)設(shè)置,用于捕集粉塵、以及可能的逃逸氣溶膠。在脫硫塔底部設(shè)有循環(huán)泵,用于吸收液的循環(huán)泵,循環(huán)泵為離心泵,葉輪由防腐耐磨材料制成。
4) 工藝水及廢水處理系統(tǒng)。從燒結(jié)廠廠區(qū)供水系統(tǒng)引接至FGD ,分別接至工藝水箱及部分用水點(diǎn)。本工藝沒有廢水排放。氨水需要用水來調(diào)配一定濃度;在脫硫過程中會由于煙氣的顯熱,焓差使水蒸發(fā)損耗要補(bǔ)充的水;清洗塔內(nèi)設(shè)備工藝水分兩路:一路送到工藝系統(tǒng),另一路送到水池補(bǔ)水,所有工藝水不外排,循環(huán)使用,整個(gè)系統(tǒng)中只有補(bǔ)水,沒有排水。所有水量均由控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。
5) 脫硫副產(chǎn)物硫酸銨提取系統(tǒng)。從脫硫塔底部洗滌下來的粉塵進(jìn)入洗滌液中,并進(jìn)入沉降池內(nèi),在沉降池內(nèi)通過泵送,進(jìn)入壓濾機(jī),壓濾后得到泥餅和清液。泥餅通過汽車運(yùn)輸?shù)綗Y(jié)原料場,回收用作燒結(jié)原料,以便回收其中的有用金屬;清液通過泵送進(jìn)入循環(huán)池內(nèi),循環(huán)用于煙氣脫硫系統(tǒng)。該系統(tǒng)裝置不造成固廢排放和污水排放。
從曝氣氧化池中泵送來的硫酸銨溶液進(jìn)入到脫硫副產(chǎn)物硫酸銨提取系統(tǒng)。
鑒于燒結(jié)煙氣中含有重金屬(如As 等) 可能造成脫硫副產(chǎn)物質(zhì)量的影響,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)有重金屬處理備用系統(tǒng)。以便于應(yīng)對今后國家對燒結(jié)煙氣重金屬處理要求及農(nóng)用化肥中重金屬含量要求。
6) 給排水系統(tǒng)。根據(jù)主體工藝的特點(diǎn),此系統(tǒng)只有給水,沒有排水。給水排水系統(tǒng)的設(shè)置將包括:生活給水系統(tǒng)及排水系統(tǒng)、生產(chǎn)消防給水系統(tǒng)、雨水排放系統(tǒng)。
7) 采暖、通風(fēng)系統(tǒng)。對采暖、通風(fēng)、空調(diào)的要求根據(jù)當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)要求,進(jìn)行設(shè)計(jì)。有特殊工作條件要求, 盡量符合業(yè)主要求,本著節(jié)能、增效進(jìn)行設(shè)計(jì)。燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng),有以上分系統(tǒng)組成,具體的流程如圖1。
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3.3 治理前后污染物排放對比
目前現(xiàn)場并沒有進(jìn)行煙氣脫硫的治理,該工程建成后將會大大降低燒結(jié)機(jī)的污染狀況,項(xiàng)目投產(chǎn)前后的污染物排放對比見表2。
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3.4 成本分析
該項(xiàng)目成功達(dá)產(chǎn)后,生產(chǎn)硫氨產(chǎn)品可以外銷,目前硫氨產(chǎn)品在市場屬于緊俏商品。因此項(xiàng)目投產(chǎn)后, 有一定的利潤,經(jīng)濟(jì)效益明顯。可年產(chǎn)硫銨14 760 t , 則本項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后年?duì)I業(yè)收入為1 328萬元。另外,該項(xiàng)目投產(chǎn)后,每年可節(jié)約SO2 排污費(fèi)450 萬元,節(jié)約粉塵排污費(fèi)11 萬元。折算后,該項(xiàng)目可帶來的每年收入為1 791萬元,燒結(jié)廠煙氣脫硫年成本1 600萬元, 每年可盈利190 萬元。
從以上的分析可以看出,LS 氨法脫硫技術(shù)不同于以往的環(huán)保建設(shè)項(xiàng)目,該項(xiàng)目建成投產(chǎn)后具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)減少了二氧化硫的排放又具有明顯的社會與環(huán)境效益,一舉三得。
4 煙氣脫硫工藝選擇依據(jù)
鋼鐵企業(yè)進(jìn)行燒結(jié)煙氣脫硫工程勢在必行,具體選用何種工藝要根據(jù)各自的情況酌情而定,這其中要注意以下幾點(diǎn)參考:
1) 是否有適合的脫硫場地。對于新建燒結(jié)廠均有比較富裕的脫硫場地,可以同時(shí)滿足干濕兩種脫硫技術(shù)。但對于老廠改造,就面臨場地緊張,要求布置更加靈活的脫硫工藝。
2) 吸收劑來源。吸收劑可以主要有石灰(熟石灰) 、液氨、碳酸鎂等,鋼鐵企業(yè)要根據(jù)自身的情況而定,同時(shí)也受到地域限制。
3) 燒結(jié)機(jī)工況條件。燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)工況條件各有不同,從調(diào)研情況看燒結(jié)煙氣中二氧化硫的含量從 200～5 000 mgPm3范圍內(nèi)波動,上下相差比較明顯,也決定了選用何種脫硫工藝。
4) 脫硫副產(chǎn)物的處置。脫硫副產(chǎn)物如果處理不當(dāng)很容易造成二次污染,因此脫硫副產(chǎn)物的處置至關(guān)重要。
5 結(jié)論和建議
1) 鋼鐵企業(yè)的焦化廠剩余氨水是否能滿足燒結(jié)機(jī)氨法脫硫的需要,需要進(jìn)一步科研攻關(guān),同時(shí)在現(xiàn)有的現(xiàn)場條件下挖掘新的氨源。
2) 需要預(yù)先測定燒結(jié)除塵灰中微量元素的含量, 以保證脫硫產(chǎn)物的品質(zhì),為脫硫產(chǎn)物的再利用消除隱患。
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