活性焦脫硫塔物料循環系統的改進方案

高洪鐵

(中冶北方(大連)工程技術有限公司，遼寧 大連 116000)

0 引言

近年來，隨著國家對工業環保的要求越來越高，以及大眾的環保意識也在不斷增強，燒結煙氣的治理與環保配套已經成為整個燒結生產線的“標配”。燒結煙氣是鋼鐵企業排放的主要大氣污染物，占整個鋼鐵企業排放總量的50%以上。根據生態環境部發布的《鋼鐵企業超低排放改造工作方案》對燒結煙氣污染物的排放限制規定，將燒結機頭煙氣、球團焙燒煙氣顆粒物、二氧化硫、氮氧化物的排放限值由排放限制20、50、100 mg/m3修改為10、35、50 mg/m3，由此燒結球團的環保壓力更為突出?，F階段國內治理效果較好的活性焦脫硫技術可基本上滿足上述超低排放的指標要求?；钚越姑摿蚬に嚸摿蛐矢哌_95%以上，除此之外該工藝還能脫除煙氣中汞、重金屬、二惡英、呋喃、揮發性有機物及其他微量元素[1，2]。在活性焦脫硫工藝中，脫硫塔是整個工藝的核心設備，經過多年實踐與改進，中冶北方同上?？肆蚝献魍茝V的二級錯流式吸附塔已能較為穩定運行,但該設備仍然有可優化改進之處，比如脫硫塔出氣室漏料現象。由此提出活性焦脫硫設備中存在的不足之處，并圍繞該問題進行分析和討論。

1 吸附塔運行情況概述

1.1 基本原理

如圖1所示，待處理煙氣從進氣室進入裝置，通過一級床焦層后經由過渡氣室進入二級床焦層，最后達標煙氣通過出氣室排出。在這個過程中，煙氣中顆粒物、二氧化硫、氮氧化物在適宜溫度下發生化學反應形成易被活性焦吸附的化合物，從而留在活性焦中，使待處理煙氣成為達標煙氣。在此過程中實際上發生了物理化學兩種反應，此處僅以脫硫過程為例(脫硝過程需要在系統內噴入氨水，相對復雜一些)。首先利用活性焦的變溫吸附性能，在低溫時將氣體中SOX(SO2、SO3)吸附，吸附態的SO2在煙氣中氧氣和水蒸氣存在的條件下被氧化為H2SO4，并被儲存在活性焦孔隙內，這便是在脫硫塔內發生的主要反應。隨后在高溫時，活性焦所吸附的H2SO4與活性焦反應被還原為SO2，二氧化硫回收利用，活性焦恢復吸附性能，循環使用，這是在活性焦脫硫工藝的另一個重要設備再生塔內發生的。伴隨這兩個過程，活性焦在脫硫塔內料層不斷下降排出，經再生塔解析后恢復吸附能力，重新回到吸附塔中從而形成物料循環。

圖1 吸附塔基本工作原理

1.2 存在的問題

在裝置運行過程，物料所在的料室與煙氣所在的氣室是通過一層僅能通過氣體而不能通過固體的格柵隔離。在理想狀況下，格柵結構形式經過嚴密計算和大量試驗，不應該有活性焦通過，但是由于工況復雜、氣流不穩定、活性焦質量不穩定等不利因素，圖1中出氣室內部常常有積料現象發生，長時間積累，會導致活性焦利用率下降，而為了排出塔內大量活性焦“漏料”，必然要增加了工人清料工作量，而如果清料不及時，物料在氣室內積累過多，嚴重者影響裝置運行效果甚至有蓄熱超溫風險。

1.3 常規解決方案及效果

針對脫硫塔漏料問題，由于塔內灰塵大環境極其惡劣，無法實現觀測，只能定性分析其原因。首先，也是主要可能原因是氣流不穩定，即氣流大小、均勻度和設計及試驗的氣流狀況相差過大。這與煙氣管道布置，煙氣波動過大等因素緊密相關，表現為不同工程以及同一工程甚至同一系列塔的不同出氣室所出現的漏料量完全不一致。其次，活性焦物料在不斷循環過程會出現物料的磨損導致粉料的出現，主要是指在物料循環過程中，由于活性焦與活性焦之間的物理摩擦、擠壓、物料循環路徑上的磨損等因素造成[3]。粉料過多加之物料行進中的偏析導致物料的均勻度變差，會加劇氣流分布的不均勻，從而使得氣流較大處的活性焦突破格柵限制，進入出氣室。從設備本身出發，很難針對以上可能原因采取合理限制，所以現多采用在氣室加裝多孔板的方案，見圖2。

圖2 氣室加裝多孔板的方案示意圖

所述多孔板孔徑小于活性焦顆粒直徑，當活性焦突破格柵限制有進入出氣室趨勢時，多孔板對其實現物理隔當，從而防止活性焦進入出氣室而出現漏料現象。其實現是通過角鋼骨架將一定規格和厚度的多孔板固定在氣室一側而非料室側，如果多孔板設置在料室側，會導致活性焦在料室內向下排出過程，受到多孔板的切割，從而導致多孔板對物料的損傷而增加粉料量，形成惡性循環。而多孔板設置在氣室也便于對多孔板的檢修、更換。同時對于漏料嚴重的已有工程增設多孔板時，無需排料，實現快速處置。而對于新建工程，在建設初期便對格柵加裝多孔板以杜絕隱患。經過不斷改造和實踐后，該方案已較為成熟運用工程中，以日照鋼鐵為例，在加裝多孔板前，一個檢修周期(約一月)需清理出氣室1/4高度的散料，在加裝多孔板后每兩個檢修周期檢查一次，可見的顆粒狀散料已不明顯，運行效果良好。

2 新的漏料解決方案

2.1 設備改造部位現狀

解決漏料問題常規思路便是封堵，其實如同治水一樣，還有另一種思路，便是疏通。因為在“堵”的方案中，增設一系列多孔板，使得原有經過精密計算和大量試驗才制作成的格柵外側增加了一層“阻礙”，導致氣流通過阻力有所增加，從而使得塔內壓力相比增設多孔板之前相對增大，有偏離工藝設計的煙氣壓力值的趨勢。如果能提供一種方案在不增加氣流阻力，不改變塔內壓力情況下，使物料不再進入出氣室或者不滯留在出氣室，則會讓整個系統運行更加順暢。該方案出發點與多孔板方案相比，變“堵”為 “疏”，不再阻止活性焦由料室進入氣室的通道，而是任由其進入出氣室，而通過對設備的適當改造，讓進來的活性焦重新回到物料循環系統中去。

常規設備進出氣室之間采取兩種隔離方式，第一種是由一塊水平設置的鋼板隔離；第二種是為了方便積料被排出，采取鋼板傾斜設置，讓隔板接近塔壁的一端低，使得累積在出氣室內的活性焦更多的聚集在靠近塔壁的一側，從而方便人工將其運出。但是上述兩種形式都需要檢修工人參與，將料從塔內運出，這部分活性焦都需要從物料循環中剝離開來，再用人工方式將其重新加入物料循環中去，以重復利用。

2.2 設備改造方案

處理方式是對進出氣室之間的隔板加以改造，即將進出氣室之間設置若干個小漏斗以代替原有隔板，見圖3。當出氣室有活性焦進入時，其能夠在出氣室內通過若干漏斗聚集，在漏斗下方設置一個管道，將聚集在出氣室內的活性焦通過管道導入到料室，從而讓這些漏料重新加入物料循環。為了能夠使這些漏料順暢進入料室，就要求料室接受氣室來料的位置有空隙，也就是圖中管道進入料室的終點，必須與料斗連接并且此處要有一個料的真空區以迎接管道送來的“漏料”，處理方法是將料室一級床與料室二機床之間的過渡段加以改造，將兩個床層之間的過渡的直管加長，利用固體物料的特性，在直管出口處會形成一個活性焦的真空區，即直管周圍不會有活性焦(圖3中豎直管道周圍的空白區域)，形成如圖所示效果。從而出氣室的活性焦會順利在此區域排出。這些漏料會隨著物料循環慢慢向下移動，重新融入物料循環中。該方案優點是無需人工干預，使出氣室物料自動進入循環系統。

圖3 氣室積料疏通結構示意圖

3 結語

通過對吸附塔出氣室漏料的原因和常規處理方法進行了細致分析，并提出一種新的處理方案，其效果尚待工程實踐驗證。采用的活性焦脫硫工藝是國家推薦、“十五863計劃”支持下的燒結球團煙氣處理工藝，經過多年發展，其技術已經逐漸成熟，因其脫硫工藝相對于濕法脫硫而言，工藝簡單、能耗低，幾乎不消耗水，硫酸可回收、循環再利用，已逐漸成為燒結、球團脫硫的主流技術之一。活性焦脫硫裝置投產后基本能夠達標并且穩定運行，是眾多鋼鐵廠煙氣治理的不二選擇。當然，隨著裝置的長期運行，難免會暴露出一些小問題，這需要運營單位、總承包單位及技術輸出單位共同研究探討，不斷完善。同時，活性焦質量也是影響整個工藝系統運行效果和運行穩定性的重要因素，需要活性焦生產企業不斷進步。只有通過各參與方共同努力，才能使這一技術成為鋼鐵、有色、焦化，石油化工等眾多行業共同打贏藍天保衛戰的一大利器。