動力波石灰石膏法在燒結機頭煙氣脫硫中的應用

劉 哲

(韶關冶煉廠,廣東韶關 512024)

·環 保·

動力波石灰石膏法在燒結機頭煙氣脫硫中的應用

劉 哲

(韶關冶煉廠,廣東韶關 512024)

闡述了動力波石灰石膏法工藝流程、原理以及吸收塔的結構和性能特點。介紹了該技術在韶關冶煉廠燒結機頭煙氣脫硫中的應用現狀,并就運行中存在的問題進行改進,取得較好效果。

動力波石灰石膏法;煙氣脫硫;應用;改進

韶關冶煉廠是一家以鉛鋅冶煉為主,采用 ISP密閉鼓風爐技術煉鉛鋅的大型冶煉企業。工藝前端采用鼓風燒結焙燒技術產出燒結塊,燒結機頭部產生大量含低濃度二氧化硫煙氣,煙氣成分復雜,氣量波動大,不能滿足制酸要求。未實施脫硫前,機頭煙氣經布袋收塵后通過60 m煙囪直接排入大氣,造成空氣污染。根據燒結煙氣特點,2008年工廠在原有除塵設施基礎上,采用動力波-石灰/石膏法對燒結機頭部煙氣進行脫硫治理,實現了SO2穩定達標排放。

1 工藝流程

工藝流程如圖1所示,燒結機煙氣特點情況列于表1。

圖1 石灰—石膏法脫硫工藝流程

表1 燒結機頭部煙氣特點

燒結機頭部排放的煙氣經過低壓脈沖布袋除塵器去除粉塵后,從頂部自上往下進入動力波洗滌器,與向上噴射的石灰乳洗滌液逆流相撞發生反應, 90%以上的SO2被吸收,凈化煙氣經過捕沫除霧、氣水分離后由風機引至煙囪外排。脫硫產物在動力波塔底經羅茨風機曝氣發生氧化產生石膏,生成的石膏漿液經石膏中間槽用泵打至廂式壓濾機壓濾,含水約38%石膏定點堆放外賣用于水泥生產或者建材行業,濾液經濾液儲罐返石灰乳制備工序或泵至燒結濃密池循環利用。

2 動力波-石灰/石膏法脫硫原理及特點

2.1 動力波-石灰/石膏法脫硫原理

燒結煙氣自上而下高速進入設備,石灰乳通過管道泵從兩組特殊結構的噴嘴中由下而上噴射,形成氣液兩相的逆流對撞,當氣液兩相的動能達到平衡時,產生了氣液兩相密切接觸的泡沫“駐波”,產生一個高度的泡沫區(見圖2),達到氣液相充分接觸,然后液相顯輻射狀向器壁運動[1]。氣液兩相經泡沫區混合后合作向下的順流流動,最后在循環槽內和除沫器中得到氣液分離,洗滌后的氣體從出口管中排出。動力波洗滌器內部結構圖如圖2所示。

SO2在塔內發生以下反應:

反應后的溶液因重力作用流入動力波塔底部,經羅茨風機鼓入空氣,對脫硫產物進行曝氣氧化。

圖2 動力波洗滌器內部結構圖

2.2 動力波-石灰/石膏法脫硫工藝及設計特點

動力波-石灰/石膏法洗滌脫硫技術是國際煙氣凈化領域的一項先進技術,運行成本低、技術成熟、運行穩定、脫硫效率在90%以上,在國外已廣泛應用于冶金、建材、化工、食品等行業。洗滌器具有獨特的泡沫洗滌方式和設備結構特點,具體詳情列于表2。

該設計有較寬范圍的氣量適應能力。燒結機頭部煙氣氣量波動大,隨燒結機投礦量的增大而升高,動力波洗滌技術可適應煙氣量在50%～100%范圍內波動。其設計操作的關鍵是建立泡沫區,要形成泡沫區就要具有合理的氣液動量平衡和合理的液氣比。在給定的氣液比下,氣體流速只要保持在接近氣流速度的特定區間內,便可形成泡沫區,因此,當進入洗滌管的煙氣量發生一定程度的變化時,仍可在洗滌管內形成泡沫區,只是其位置會沿洗滌管上下移動,而不會影響傳熱和傳質效率[2],動力波洗滌管圖如圖3所示。

圖3 動力波洗滌管圖

表2 動力波洗滌器設備結構特點[3]

采用大口徑噴嘴不易發生堵塞現象。該工藝是利用泡沫區洗滌技術,不需要對洗滌液進行霧化。由于洗滌液不形成霧滴,凈化后煙氣中夾帶的霧沫量較少,減輕了除霧器的負荷;使用大口徑的洗滌液噴嘴,不易堵塞,可采用較高含固量的洗滌液。這些特點尤其有利于鈣法脫硫的推廣。

3 生產實踐中的控制條件

1.循環液pH需控制在5.4～6,防止動力波內結垢。當pH計顯示低于5.5時加入石灰乳進行調節,達到pH6.5時立即停止。同時,煙囪排口設煙氣在線監測系統,根據煙囪排口SO2濃度,適當加入石灰乳調高pH。

2.液位控制在4～5.5 m之間,防止滿槽或空槽。設循環液重度儀,當循環液密度大于1.20 t/m3時,排出部分循環液,然后補充適量的石灰乳液至適當液位。

3.石灰乳濃度控制10%～15%。購買團灰或者袋裝石灰使用石灰消化機制備石灰乳,靠經驗控制石灰乳濃度,控制難度大。加裝石灰乳密度測量裝置改進后,濃度控制更準確。

4.動力波洗滌器壓力降小于6 000 Pa,若壓力降大于6 000 Pa,則應開啟一、二段噴淋管,對器內捕沫器進行清洗,直至動力波洗滌器壓力降至適當范圍。

5.各吸收劑噴嘴出口壓力不小于60 kPa,動力波洗滌器運行時噴嘴入口壓力應不小于60 kPa,正常控制在100 kPa左右,若小于60 kPa,則應調整噴嘴入口管閥門,使入口壓力升至正常值。

4 運行中出現的問題、改進措施及建議

4.1 煙氣帶水

動力波脫硫系統在酸性條件下運行時,風機設計在動力波之后,動力波負壓操作,風機帶液引起煙囪、在線監測傳感器及風機腐蝕嚴重。

改進措施:針對煙氣帶液產生的腐蝕問題,將脫硫煙囪由鋼結構內襯玻璃鋼改為全玻璃鋼煙囪,但仍然存在風機腐蝕嚴重的問題。為此,就風機位置進行改造,改引風機為加壓風機,將加壓風機置于布袋收塵器之后,動力波洗滌器之前。即改動力波洗滌器負壓操作為正壓操作。因動力波洗滌器為整體結構,煙氣外泄程度小,對現場環境影響小。目前該項改進措施已經順利實施,徹底解決了煙氣帶水引起的風機葉輪腐蝕問題。

4.2 脫硫工藝控制不當

石灰石膏法脫硫工藝控制不當易造成動力波儀表如pH計、密度計、壓力計等檢測設備堵塞,閥門及較嚴重的管道磨損腐蝕。

改進措施:循環液pH值控制不嚴格是造成設備管道結垢的關鍵。同時石灰乳含雜質多,石灰乳濃度控制不穩定,也是造成管路堵塞及設備磨損的重要因素。對石灰乳制備工序進行改造,采用簡易石灰乳澄清措施減少石灰乳溶液中的雜質,改善脫硫系統堵塞狀況;拓展渠道,提高石灰供貨質量。實施該措施后,儀器儀表結垢問題得到緩解。

為更加有效解決結垢問題,提出以下建議:在儀表選型時重點考慮防結垢問題,密度計選用非接觸式儀表,pH計、壓力計選用流通式儀表并帶沖洗裝置,利用變頻器代替調節閥,以解決調節閥堵塞問題。鈣法脫硫工藝本身具有易結垢的缺點,根據鉛鋅冶煉行業特點,冶煉過程產生的副產品氧化鋅、次氧化鋅均為較好的脫硫劑原料,具備脫硫劑價格低廉,原料易得的優點,脫硫產物具有回收價值且不易造成系統結垢[4]。

4.3 脫硫系統自動化控制水平不高

主要操作參數如液位調節、pH值調節、捕沫器噴淋沒有實現自動控制,而且存在操作滯后、不精確等問題。

改進措施:分別在動力波噴嘴、除沫器清水噴淋裝置三處安裝隔膜密封式變送器三個;在動力波脫硫液位、石膏儲罐、濾液儲罐、石灰乳儲罐分別安裝液位變送器;動力波循環液內安裝pH探頭、pH計。在石灰乳儲罐管道內設管道式密度計,嚴格控制石灰乳濃度。使液位調節、pH值調節、捕沫器噴淋實現計算機自動控制。目前脫硫系統自動化改造措施已經實施,脫硫效率穩定在90%以上,并降低石灰乳的消耗量,大大降低勞動強度。

4.4 脫硫濾液中含懸浮物、重金屬及石膏顆粒

針對脫硫濾液中含懸浮物、重金屬及石膏顆粒,易造成二次污染問題,特提出以下建議:采用將脫硫濾液用于配石灰乳溶液或者送往制酸污水系統進行處理,濾液中的重金屬離子配石灰乳易引入雜質,影響脫硫效率。脫硫濾液流量約20 m3/h,建議將濾液用于燒結機尾高溫煙氣洗滌冷卻系統,利用壓縮空氣使濾液霧化后,用于燒結機尾高溫煙氣的冷卻收塵,濾液被霧化蒸發,濾液中的固體物隨煙氣經布袋收塵器被收集下來,實現脫硫濾液零排放,目前該技術已經開始應用于發電企業脫硫濾液的處理[5]。

5 結 語

韶冶燒結收塵煙氣脫硫工程自2008年2月投入運行以來,動力波-石灰石膏法脫硫工藝在實踐中不斷得到改進完善,較好地改善了脫硫系統結垢、腐蝕問題,提高了系統的自動化水平,在生產實踐中摸索出適合的工藝控制條件,同時就仍需完善的問題提出了自己建議。總之,動力波石灰石膏法脫硫工藝在韶冶燒結機機頭煙氣脫硫中得到較好應用,系統設計處理煙氣量78 000 m3/h,外排煙氣含SO2由8 500～14 000 mg/m3降低到400 mg/m3以下,煙塵、二氧化硫穩定達標排放,脫硫效率在90%以上,年減排二氧化硫近4 000 t,為SO2減排做出貢獻。該工程被列為廣東省環保廳“十一五”SO2減排項目,具有較好的社會效益。

[1] 趙增泰.介紹一種新型氣體凈化設備——“動力波”洗滌器[J].硫酸工業,1989,(4):43-46.

[2] 昌夢華.動力波洗滌技術在燒結煙氣脫硫中的應用[J].礦業工程,2010,8(4):45-47.

[3] 林寶平.韶冶Ⅱ系統燒結機頭煙氣脫硫實踐[J].有色冶金設計與研究,2009,30(3):27-29.

[4] 彭容秋.重金屬工廠環境保護[M].長沙:中南大學出版社, 1987.10.

[5] 高原.新型脫硫廢水零排放處理方案[J].華電技術,2008,30 (4):73-75.

The Application of Dyna Wave Scrubbing Lime-gypsum Process in Desulphurization of Flue G as from the Head of Sinter Machine

LIU Zhe
(Shaoguan S melter,Shaoguan512024,China)

The process flow and working principle of Dana Wave scrubbing technology and the structure&features of absorbing tower are explained.The practice of application of the technology in Shaoguan Smelter for desulphurization of gas flue from the head of sinter machine is introduced.The problems existed in operation are improved,and the result is satisfactory.

dyna wave scrubbing lime-gypsum process technology;desulphurization of flue gas;application;improvements

X169

A

1003-5540(2011)02-0045-04

劉 哲(1981-),男,助理工程師,主要從事環保技術管理工作。

2011-03-06