石灰石／石膏法在烧结机头烟气治理中的应用

石灰石／石膏法在烧结机头烟气治理中的应用

职丽丽

(内蒙古包头市包钢钢联股份有限公司炼铁厂)

摘要：根据石灰石／石膏法的脱硫原理，结合在包钢炼铁厂四烧车间烧结机头的实际应用，对运行过程中影响脱硫效率的因素和出现的堵塞、结垢等问题进行分析并提出解决方法，提高了脱硫效率，系统得到了稳定运行。

关键词：脱硫工艺；结垢；堵塞；脱硫效率

“十二五”期间国家转变发展方式，钢铁行业的节能减排是重中之重，其生产过程产生的二氧化硫排放量很大，是环境空气污染的重要来源之一，存在较大的减排空间。而炼铁厂烧结矿原料中S、F含量较高，适当地选择、配入含硫低的原料，是控制烧结烟气中SO2排放量简单易行、有效的措施之一。但低含硫原料配入法对原料含硫要求严格，使原料来源受到一定限制，烧结矿的生产成本也会随着低硫原料价格的上涨而增加，因此推广有较大难度。同时在我国对大气污染物实行的浓度和排放总量都必须同时达标(困家标准)，因此高娴囱排放在我国受到限制。而烟气脱硫法是治理烧结烟气SO2污染的有效方法之一[1]。

1 烧结机头烟气脱硫系统概述

1．1 化学反应原理：

烟气经气喷管进入吸收塔浆液池后与石灰石浆液充分接触，使气液两相高度旋冲混合，延长气相在液相中的停留时间，以浆液为连续相气体为高度分散相进行气液传质，烟气中SO2溶解于水并与石灰石浆液反应生成亚硫酸钙(CaSO3·1／2H2O)，同时在鼓入大量空气条件下，使亚硫酸钙CaSO3·1／2H2O氧化生成二水石膏(CaSO4·2H2O)，从而达到降低烟气中SO2含量的目的，该吸收过程发生的化学反应如下：

①CaCO3+SO2+H2O→CaSO3·1／2H2O+1／2H2O+CO2

②CaSO3·1／2H2O+1／2O2+3／2H2O→CaSO4·2H2O

1．2 工艺流程：

烧结烟气经烧结机头主抽风机出口，通过脱硫增压风机后，首先进入脱硫前预处理装置，进行脱硫前的脱氟(此阶段脱氟率80％左右)、冷却(烟气温度降至60℃左右)处理；处理后的烟气再进入脱硫塔，在脱硫塔内进行SO2的去除反应(脱硫效率97％以上)、烟粉尘的净化(出口烟粉尘排放值小于30mg／m3)、二次脱氟(此阶段脱氟率15％以上)等一系列过程，净化后的烟气经过塔上部及组合式除雾器除去烟气中水滴后，再经净烟囱排入大气中(见图1)。

1．3 设计参数

烟气量：14500×4m3／min(四条烟道)

烟气温度：53—200℃(一般90．130℃)

烟气含水率：6—10％

风机进口处负压：﹣16500Pa

粉尘浓度：200mg／Nm3左右(机头电除尘器后)

HF浓度：<100mg／Nm3

S02浓度：1188—5292mg／Nm3(平均3000mg／Nm3)

2 系统运行分析

2．1 对脱硫效率的影晌

2．1．1 浆液pH值对效率的影响

维持吸收浆液pH值在一定的范围内对于保证稳定的脱硫效率、防止吸收塔结垢堵塞情况的发生至关重要。高pH值浆液有利于SO2的吸收效果，但易结垢；而低的pH值有利于Ca的析出，不利于SO2的吸收且易腐蚀，两者相互对立。本系统现场监测数据见表1，pH值变化与脱硫效率关系见图2。由图2可知，浆液pH值在5．4以下时，脱硫效率急剧下降，浆液pH值在5．6以上时，脱硫效率在90％以上，但浆液pH值超过5．75以后脱硫效率增加不明显。

2．1．2 反应塔液位对脱硫效率的影响

反应塔内液位的高低直接影响到系统阻力损失和脱硫效率，故需精确控制。改变液位是调控系统脱硫效率的有效手段，但液位过高，系统压损和能耗将急剧增加。本系统现场监测数据见表2，浆液液位变化与脱硫效率关系见图3。由图3可知，液位在5．4m以下时，脱硫效率急剧下降，浆液液位在5．8m以上时，脱硫效率在90％以上，但浆液液位超过6m以后脱硫效率增加不明显。

2．1．5 入塔烟温对脱硫效率的影响

入塔烟气温度过低，会使H2SO3与CaCO3的反应速率降低，增加了设备能耗和系统水耗；入塔烟气温度过高，会导致冷却器、吸收塔结垢等问题，还会危及塔内防腐安全。从目前运行的状况来看，入塔烟温控制在50～70℃。

2．1．4 其它影响因素

该系统采用250目筛石灰石，制成浓度范围在20％～35％的石灰石浆液(根据入口SO2浓度调整配比，保证稳定的浆液pH值)，可使吸收反应充分，加快吸收速率；烟气中所带的烟尘也会在一定程度上影响SO2与脱硫剂的接触，降低脱硫效率，因此要提高净化系统前电除尘的效率，要使入口粉尘浓度在200mg／Nm3以下。

3 存在问题分析及解决对策

3．1 存在问题

结垢是湿法脱硫工艺中常见的问题，是影响系统稳定运行的重要因素，可造成吸收塔、管道、喷嘴、除雾器堵塞，严重的结垢还会导致系统压损增大[2]。本系统自投运以来，结垢问题也逐渐暴露出来，且是目前存在的突出问题。根据原烟气的走向，结垢、堵塞主要发生在预处理段、吸收塔段、除雾器段。

3．2 解决措施

3．2．1 预处理段

预处理段结垢主要发生在预处理段内壁和二级冷却喷嘴处，经监测主电除尘器出口粉尘浓度在300mg／m3左右，未达到其设计要求。含尘烟气瞬间从水平方向高速率流过，喷射出的浆液和粉尘混合，一部分沿回流管回到吸收塔内，另一部分被烟气带走，在反应塔入口上升管柱壁上沉积，造成结垢(见图4)；同时二级浆液冷却泵因故障停用时，会造成二级冷却浆液喷嘴堵塞，影响喷射(见图5、图6)。

因此提高主电除尘器的除尘效率，使粉尘浓度达到200mg／Nm3以下；定期检查喷嘴堵塞、脱落情况；定期清理沉积在管壁上的泥浆，是减少烟气阻力，防止抽烟机室倒烟，减少结垢现象发生的有效措施。因氟化氢、氯化氢等物质极易溶于水，可在二级冷却段采用循环水进行冷却处理，也可有效减少上升管壁泥浆沉积；同时加大二级冷却浆液流量也是防止结垢的重要技术措施。由于预处理段面壁喷嘴冲洗不及时，会造成喷嘴堵塞、结垢，所以要定时定量开启面壁冲洗水以减少预处理段内壁结垢的问题。

3．2．2 反应塔内部

从反应塔内部来看，塔内壁有结垢现象，尤其是在反应塔内浆液搅拌器周围、喷曝管和氧化风管的内壁(见图7)。