紅土鎳礦回轉(zhuǎn)窯煙氣石灰石膏法脫硫系統(tǒng)設計概況

徐 丹，賴志強，艾 華，李朝陽，孫 威，許文斐

（中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032）

1 概述

目前在國內(nèi)用紅土型鎳礦生產(chǎn)鎳鐵，減少采用電解鎳，既經(jīng)濟又節(jié)能。鎳鐵生產(chǎn)采用最多的是回轉(zhuǎn)窯一礦熱爐一轉(zhuǎn)爐(RKEF)熔煉工藝[1，2]。回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過程產(chǎn)生大量含硫廢氣，福建某鋼鐵公司φ4.4m×80m回轉(zhuǎn)窯，煙氣量：50×104m3/h，溫度120℃，SO2含量：1000 mg/m3。該企業(yè)為減少環(huán)境污染，經(jīng)考察論證，最終決定采用石灰石膏法脫硫工藝處理回轉(zhuǎn)窯排放煙氣中的二氧化硫氣體。本工程于2015年7月開始施工，2016年1月主體工程完成，2016年2月投入試運行，經(jīng)過三年多的生產(chǎn)實踐，該系統(tǒng)各項工藝指標均達到設計值。

2 石灰石膏法脫硫工藝

2.1 工藝原理

石灰石膏法脫硫工藝過程中的核心工藝單元裝置為脫硫塔，在脫硫塔的噴淋區(qū)，含石灰的吸收液自上而下噴灑，而含有二氧化硫的煙氣則逆流而上，氣液接觸過程中，發(fā)生如下反應：

在脫硫塔的漿池區(qū)，通過鼓入空氣，使亞硫酸氫鈣在脫硫塔氧化生成石膏，反應如下：

濕法脫硫工藝技術(shù)比較成熟，適應性強，運行費用較低和副產(chǎn)品易回收等優(yōu)點[3]。目前，石灰-石膏法是世界上應用較多的一種脫硫工藝，脫硫率可在90%以上[4]。

2.2 設計基礎數(shù)據(jù)

2.2.1 進口煙氣條件

回轉(zhuǎn)窯煙氣經(jīng)電除塵器除塵后進入脫硫系統(tǒng)，煙氣參數(shù)如下表所列。

表1 石灰石膏脫硫系統(tǒng)進口煙氣條件

2.2.2 設計指標

經(jīng)脫硫后要求達到的SO2排放濃度設計指標指標為?（SO2）≤50 mg/m3。

2.3 工藝流程及主要設備選型

2.3.1 工藝流程簡述

回轉(zhuǎn)窯煙氣石灰石膏法脫硫系統(tǒng)主要由制漿單元、脫硫單元和渣排放單元3部分組成。工藝流程見圖1。

圖1 脫硫系統(tǒng)工藝流程圖

回轉(zhuǎn)窯煙氣經(jīng)除塵后通過脫硫引風機進入石灰石膏脫硫系統(tǒng)。煙氣經(jīng)風機進入脫硫塔前，首先經(jīng)過急冷噴淋，使煙氣溫度降到合適的反應溫度，再進入塔內(nèi)經(jīng)三層噴淋脫硫，采用鈣基堿液作為脫硫劑，使其與煙氣中的硫氧化物充分接觸反應，達到脫硫的目的，脫硫后的煙氣再經(jīng)過除霧器除去煙氣中的大部分機械水，最后通過塔頂煙囪排入大氣。

噴淋、洗滌煙氣后的脫硫液落入塔釜中，塔釜內(nèi)設置攪拌器和氧化風供給系統(tǒng)，以使反應后的脫硫產(chǎn)物充分氧化，達到固硫的目的。同時由循環(huán)泵從塔釜抽取溶液再次噴入塔內(nèi)進行循環(huán)噴淋脫硫，增加脫硫液的利用率。當循環(huán)到一定程度后，部分達到一定濃度的脫硫液由排漿泵排入渣處理單元進行處理。脫硫塔排漿泵將脫硫廢液排入水力旋流分離器，使干濕分離，上清液返回脫硫塔，含固液體流入真空皮帶機，石膏經(jīng)脫水后，排入石膏庫，廢水外排。外購脫硫劑采用石灰粉，由人工置入石灰漿液池，加入定量水配置成一定濃度的脫硫劑漿液，用石灰漿液泵泵入脫硫塔釜中，再經(jīng)循環(huán)泵打入塔內(nèi)噴淋系統(tǒng)，噴淋脫硫。

整個脫硫系統(tǒng)全部實現(xiàn)電氣自動化控制，現(xiàn)場設備的控制通過PLC系統(tǒng)完成，再通過上位監(jiān)控機實現(xiàn)在線監(jiān)控和工藝過程操作。

表3 石灰石膏脫硫系統(tǒng)主要設備選型

2.3.2 主要設計參數(shù)及設備選型

脫硫系統(tǒng)主要設計參數(shù)見表2。

表2 脫硫系統(tǒng)主要設計參數(shù)

脫硫系統(tǒng)主要設備選型見表3。

2.3.3 主要工藝設計特點

（1）吸收塔：吸收塔選型主要是根據(jù)煙氣風速計算的，煙氣風速選值具有一定的范圍，流速過快導致煙氣中的SO2還未來得及與漿液充分反應即排出，無法達到脫硫的目的，流速過慢，根據(jù)氣液反應的雙膜理論和實際工程經(jīng)驗，煙氣無法沖破液膜，SO2無法融入液體并發(fā)生脫除反應，也無法達到脫硫的目的，因此本項目方案煙氣風速選擇3.7m/s。脫硫塔主要材質(zhì)為：碳鋼+玻璃鱗片防腐，其優(yōu)點是耐酸堿腐蝕性能高，使用壽命長，價格較低。

（2）脫硫劑制備單元：脫硫劑優(yōu)先采用生石灰，要求含鈣量＞80%，粒徑200目。如選用石灰石，要求含鈣量＞95%，粒徑325目，同時需要加大液氣比，即循環(huán)漿液泵的選型需要加大。設置兩種料倉加料方式：來料通過氣力輸送直接送入石灰倉，灰倉儲量按2天設計。設計將石灰倉建于石灰漿液池上方，使用時，石灰通過灰倉的插板閥和卸料閥直接送入石灰漿液池，配比濃度控制由密度計完成。

（3）渣處理單元：主要為脫硫渣處理，包括中間池、過濾設備。脫硫塔排出泵將脫硫廢液排入水力旋流分離器，使干濕分離，上清液一部分返回吸收塔塔釜，一部分進入中間池，含固液體流入皮帶機，經(jīng)壓濾后，石膏排入石膏庫，過濾液流入中間池。中間池用于收集真空皮帶機分離出的脫硫液，設置回流泵，將中間池的漿液用于石灰漿液池補水。同時設置皮帶機沖洗泵，用于皮帶機的沖洗。

（4）其他設備：塔釜設置攪拌器、氧化風管、循環(huán)泵接口、排漿泵接口、溢流口、回流口、加石灰漿液口等，以及相應儀表接口。為防止事故狀態(tài)下高溫煙氣對塔內(nèi)防腐層的損害，塔入口段設置急冷噴淋層。塔內(nèi)煙氣進口向上設置四層脫硫液噴淋層，塔體出口處設置兩層除霧器及三層沖洗裝置。管路采用防腐處理。

3 實際運行指標

回轉(zhuǎn)窯煙氣石灰石膏脫硫系統(tǒng)實際運行的主要技術(shù)指標及其設計值見表4。由表4可見，在脫硫系統(tǒng)連續(xù)運行過程中，各項技術(shù)指標都能達到設計值。

表4 回轉(zhuǎn)窯煙氣石灰石膏脫硫系統(tǒng)實際運行指標

4 結(jié)語

本回轉(zhuǎn)窯煙氣石灰石膏脫硫系統(tǒng)經(jīng)過三年多的運行，脫硫效率一直穩(wěn)定在設計值以上，可以看出，該脫硫工藝技術(shù)先進、成熟、設備可靠，適應于紅土鎳礦回轉(zhuǎn)窯冶煉行業(yè)。