动力波石灰石膏法在烧结机头烟气脱硫中的应用

刘 哲

(韶关冶炼厂,广东韶关 512024)

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动力波石灰石膏法在烧结机头烟气脱硫中的应用

刘 哲

(韶关冶炼厂,广东韶关 512024)

阐述了动力波石灰石膏法工艺流程、原理以及吸收塔的结构和性能特点。介绍了该技术在韶关冶炼厂烧结机头烟气脱硫中的应用现状,并就运行中存在的问题进行改进,取得较好效果。

动力波石灰石膏法;烟气脱硫;应用;改进

韶关冶炼厂是一家以铅锌冶炼为主,采用 ISP密闭鼓风炉技术炼铅锌的大型冶炼企业。工艺前端采用鼓风烧结焙烧技术产出烧结块,烧结机头部产生大量含低浓度二氧化硫烟气,烟气成分复杂,气量波动大,不能满足制酸要求。未实施脱硫前,机头烟气经布袋收尘后通过60 m烟囱直接排入大气,造成空气污染。根据烧结烟气特点,2008年工厂在原有除尘设施基础上,采用动力波-石灰/石膏法对烧结机头部烟气进行脱硫治理,实现了SO2稳定达标排放。

1 工艺流程

工艺流程如图1所示,烧结机烟气特点情况列于表1。

图1 石灰—石膏法脱硫工艺流程

表1 烧结机头部烟气特点

烧结机头部排放的烟气经过低压脉冲布袋除尘器去除粉尘后,从顶部自上往下进入动力波洗涤器,与向上喷射的石灰乳洗涤液逆流相撞发生反应, 90%以上的SO2被吸收,净化烟气经过捕沫除雾、气水分离后由风机引至烟囱外排。脱硫产物在动力波塔底经罗茨风机曝气发生氧化产生石膏,生成的石膏浆液经石膏中间槽用泵打至厢式压滤机压滤,含水约38%石膏定点堆放外卖用于水泥生产或者建材行业,滤液经滤液储罐返石灰乳制备工序或泵至烧结浓密池循环利用。

2 动力波-石灰/石膏法脱硫原理及特点

2.1 动力波-石灰/石膏法脱硫原理

烧结烟气自上而下高速进入设备,石灰乳通过管道泵从两组特殊结构的喷嘴中由下而上喷射,形成气液两相的逆流对撞,当气液两相的动能达到平衡时,产生了气液两相密切接触的泡沫“驻波”,产生一个高度的泡沫区(见图2),达到气液相充分接触,然后液相显辐射状向器壁运动[1]。气液两相经泡沫区混合后合作向下的顺流流动,最后在循环槽内和除沫器中得到气液分离,洗涤后的气体从出口管中排出。动力波洗涤器内部结构图如图2所示。

SO2在塔内发生以下反应:

反应后的溶液因重力作用流入动力波塔底部,经罗茨风机鼓入空气,对脱硫产物进行曝气氧化。

图2 动力波洗涤器内部结构图

2.2 动力波-石灰/石膏法脱硫工艺及设计特点

动力波-石灰/石膏法洗涤脱硫技术是国际烟气净化领域的一项先进技术,运行成本低、技术成熟、运行稳定、脱硫效率在90%以上,在国外已广泛应用于冶金、建材、化工、食品等行业。洗涤器具有独特的泡沫洗涤方式和设备结构特点,具体详情列于表2。

该设计有较宽范围的气量适应能力。烧结机头部烟气气量波动大,随烧结机投矿量的增大而升高,动力波洗涤技术可适应烟气量在50%～100%范围内波动。其设计操作的关键是建立泡沫区,要形成泡沫区就要具有合理的气液动量平衡和合理的液气比。在给定的气液比下,气体流速只要保持在接近气流速度的特定区间内,便可形成泡沫区,因此,当进入洗涤管的烟气量发生一定程度的变化时,仍可在洗涤管内形成泡沫区,只是其位置会沿洗涤管上下移动,而不会影响传热和传质效率[2],动力波洗涤管图如图3所示。

图3 动力波洗涤管图

表2 动力波洗涤器设备结构特点[3]

采用大口径喷嘴不易发生堵塞现象。该工艺是利用泡沫区洗涤技术,不需要对洗涤液进行雾化。由于洗涤液不形成雾滴,净化后烟气中夹带的雾沫量较少,减轻了除雾器的负荷;使用大口径的洗涤液喷嘴,不易堵塞,可采用较高含固量的洗涤液。这些特点尤其有利于钙法脱硫的推广。

3 生产实践中的控制条件

1.循环液pH需控制在5.4～6,防止动力波内结垢。当pH计显示低于5.5时加入石灰乳进行调节,达到pH6.5时立即停止。同时,烟囱排口设烟气在线监测系统,根据烟囱排口SO2浓度,适当加入石灰乳调高pH。

2.液位控制在4～5.5 m之间,防止满槽或空槽。设循环液重度仪,当循环液密度大于1.20 t/m3时,排出部分循环液,然后补充适量的石灰乳液至适当液位。

3.石灰乳浓度控制10%～15%。购买团灰或者袋装石灰使用石灰消化机制备石灰乳,靠经验控制石灰乳浓度,控制难度大。加装石灰乳密度测量装置改进后,浓度控制更准确。

4.动力波洗涤器压力降小于6 000 Pa,若压力降大于6 000 Pa,则应开启一、二段喷淋管,对器内捕沫器进行清洗,直至动力波洗涤器压力降至适当范围。

5.各吸收剂喷嘴出口压力不小于60 kPa,动力波洗涤器运行时喷嘴入口压力应不小于60 kPa,正常控制在100 kPa左右,若小于60 kPa,则应调整喷嘴入口管阀门,使入口压力升至正常值。

4 运行中出现的问题、改进措施及建议

4.1 烟气带水

动力波脱硫系统在酸性条件下运行时,风机设计在动力波之后,动力波负压操作,风机带液引起烟囱、在线监测传感器及风机腐蚀严重。

改进措施:针对烟气带液产生的腐蚀问题,将脱硫烟囱由钢结构内衬玻璃钢改为全玻璃钢烟囱,但仍然存在风机腐蚀严重的问题。为此,就风机位置进行改造,改引风机为加压风机,将加压风机置于布袋收尘器之后,动力波洗涤器之前。即改动力波洗涤器负压操作为正压操作。因动力波洗涤器为整体结构,烟气外泄程度小,对现场环境影响小。目前该项改进措施已经顺利实施,彻底解决了烟气带水引起的风机叶轮腐蚀问题。

4.2 脱硫工艺控制不当

石灰石膏法脱硫工艺控制不当易造成动力波仪表如pH计、密度计、压力计等检测设备堵塞,阀门及较严重的管道磨损腐蚀。

改进措施:循环液pH值控制不严格是造成设备管道结垢的关键。同时石灰乳含杂质多,石灰乳浓度控制不稳定,也是造成管路堵塞及设备磨损的重要因素。对石灰乳制备工序进行改造,采用简易石灰乳澄清措施减少石灰乳溶液中的杂质,改善脱硫系统堵塞状况;拓展渠道,提高石灰供货质量。实施该措施后,仪器仪表结垢问题得到缓解。

为更加有效解决结垢问题,提出以下建议:在仪表选型时重点考虑防结垢问题,密度计选用非接触式仪表,pH计、压力计选用流通式仪表并带冲洗装置,利用变频器代替调节阀,以解决调节阀堵塞问题。钙法脱硫工艺本身具有易结垢的缺点,根据铅锌冶炼行业特点,冶炼过程产生的副产品氧化锌、次氧化锌均为较好的脱硫剂原料,具备脱硫剂价格低廉,原料易得的优点,脱硫产物具有回收价值且不易造成系统结垢[4]。

4.3 脱硫系统自动化控制水平不高

主要操作参数如液位调节、pH值调节、捕沫器喷淋没有实现自动控制,而且存在操作滞后、不精确等问题。

改进措施:分别在动力波喷嘴、除沫器清水喷淋装置三处安装隔膜密封式变送器三个;在动力波脱硫液位、石膏储罐、滤液储罐、石灰乳储罐分别安装液位变送器;动力波循环液内安装pH探头、pH计。在石灰乳储罐管道内设管道式密度计,严格控制石灰乳浓度。使液位调节、pH值调节、捕沫器喷淋实现计算机自动控制。目前脱硫系统自动化改造措施已经实施,脱硫效率稳定在90%以上,并降低石灰乳的消耗量,大大降低劳动强度。

4.4 脱硫滤液中含悬浮物、重金属及石膏颗粒

针对脱硫滤液中含悬浮物、重金属及石膏颗粒,易造成二次污染问题,特提出以下建议:采用将脱硫滤液用于配石灰乳溶液或者送往制酸污水系统进行处理,滤液中的重金属离子配石灰乳易引入杂质,影响脱硫效率。脱硫滤液流量约20 m3/h,建议将滤液用于烧结机尾高温烟气洗涤冷却系统,利用压缩空气使滤液雾化后,用于烧结机尾高温烟气的冷却收尘,滤液被雾化蒸发,滤液中的固体物随烟气经布袋收尘器被收集下来,实现脱硫滤液零排放,目前该技术已经开始应用于发电企业脱硫滤液的处理[5]。

5 结 语

韶冶烧结收尘烟气脱硫工程自2008年2月投入运行以来,动力波-石灰石膏法脱硫工艺在实践中不断得到改进完善,较好地改善了脱硫系统结垢、腐蚀问题,提高了系统的自动化水平,在生产实践中摸索出适合的工艺控制条件,同时就仍需完善的问题提出了自己建议。总之,动力波石灰石膏法脱硫工艺在韶冶烧结机机头烟气脱硫中得到较好应用,系统设计处理烟气量78 000 m3/h,外排烟气含SO2由8 500～14 000 mg/m3降低到400 mg/m3以下,烟尘、二氧化硫稳定达标排放,脱硫效率在90%以上,年减排二氧化硫近4 000 t,为SO2减排做出贡献。该工程被列为广东省环保厅“十一五”SO2减排项目,具有较好的社会效益。

[1] 赵增泰.介绍一种新型气体净化设备——“动力波”洗涤器[J].硫酸工业,1989,(4):43-46.

[2] 昌梦华.动力波洗涤技术在烧结烟气脱硫中的应用[J].矿业工程,2010,8(4):45-47.

[3] 林宝平.韶冶Ⅱ系统烧结机头烟气脱硫实践[J].有色冶金设计与研究,2009,30(3):27-29.

[4] 彭容秋.重金属工厂环境保护[M].长沙:中南大学出版社, 1987.10.

[5] 高原.新型脱硫废水零排放处理方案[J].华电技术,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

刘 哲(1981-),男,助理工程师,主要从事环保技术管理工作。

2011-03-06