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规流塔技术在烧结烟气脱硫中的应用
日期:2013/1/29 18:32:52 人气:2385

1 前言
近几年来,我国钢铁行业迅猛发展,环境与发展的矛盾也日益突出。钢铁工业要保持可持续发展,就必须减少对环境的污染,而减少SO2的排放则是钢铁工业减少对环境污染的关键环节之一[1]。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》将主要污染物排放总量减少10%的目标确定为约束性指标,要求钢铁行业烧结机烟气脱硫等脱硫工程形成脱硫能力30万吨。但由于近年来烧结矿料产量增长过快,小烧结机台数众多,平均单台烧结机面积小(120m2左右),落后产能所占比重过高,烧结烟气脱硫成为钢铁企业SO2减排的重点,减排形势日趋严峻[2]。
2 烧结烟气脱硫方法
烧结烟气脱硫的主要方法有湿法、半干法、活性焦吸附等几种[2-4],其中湿法主要又分为石灰石-石膏法、氨-硫铵法、海水脱硫法、镁法、钠法等;半干法从工艺上又分为循环流化床法、密相干塔、旋转喷雾法、NID法等几种;活性焦吸附法是一种干法脱硫技术,在脱硫的同时可实现脱硝、脱二噁英、脱重金属及粉尘等。
所谓干法烟气脱硫技术,就是脱硫吸收和产物处理均在干的状态下进行,具有流程短、无污水废酸排出、净化后烟气温度高利于烟囱排气扩散、设备腐蚀小等优点,但存在脱硫效率低,设备庞大等问题。半干法烟气脱硫技术是结合了湿法和干法脱硫的部分特点,吸收剂在湿的状态下脱硫,在干燥状态下处理脱硫产物。也有在干的状态下脱硫,在湿的状态下处理脱硫产物的。湿法脱硫是采用液体吸收剂洗涤SO2烟气以脱除SO2。常用方法为石灰石/石膏吸收法、钠碱法、铝法、催化氧化还原法等,湿法烟气脱硫技术因其具有脱硫效率高、适应范围广、钙硫比低、技术成熟、副产物石膏可做商品出售等优点,现已成为世界上占统治地位的烟气脱硫方法。但湿法烟气脱硫技术也存在投资较大、动力消耗大、占地面积大、设备复杂、运行费用和技术要求高、易造成二次污染等缺点。
理想的烧结烟气脱硫工艺应该是具有技术成熟可靠、风险较小、投资较省、运行成本低、脱硫剂来源广泛、副产品易于处理并且不会产生二次污染,能回收高质量、有广阔应用市场的脱硫副产品,占地面积小等优点,且能符合循环经济理念要求,并能通过“高效化”、“源化”、“综合化”最终实现烟气脱硫成本的“经济化”目标[5]。
3 规流塔脱硫工艺集成系统
国内企业自行研制的FS-04规流塔高效烟气除尘脱硫装置,具有脱硫除尘效果好、用水少、耗电省、成本降低明显的特点,可广泛适用于锅炉、水泥、化工、钢铁、制药、冶金等行业除尘、脱硫及其它有害气体的处理或回收。
3.1 规流塔脱硫工作原理
FS-04规流塔是在填料塔型上发展起来的一种全新结构的塔型,它集合了填料塔、湍球塔设备的各项优点,通过填料球的有规则流动来增强气、液、固三相接触,从而达到高效传质的目的。因此FS-04规流塔是一种有规则运动的填料塔,运行原理如图1所示。


FS-04规流塔采用独特的托板结构设计,经气道导流片,使填料球在托板上有一环形自旋行星运动轨道,其填料球成环形运转的同时又有一个自转。进入到FS-04规流塔的气相和液相在自旋行星填料球所形成的一个较好的传质场中,使气、液两相都处于分散状态,各分散相在自选行星填料球的运动下互相撞击,实现基元细化,大大提高各相间接触的比表面积,增大了传质几率。同时在不断加入的吸收液的作用下,填料球表面液膜实现高速更新,保持多相间不断有新物质参与反应。另外,在FS-04规流塔传质场内的化学反应中,各物质的相同溶质远离平衡,传质始终保持高速,从而极大提高设备的分离、反应效率。
FS-04规流塔的核心技术解决了填料塔技术存在的阻力大、喷嘴堵塞等问题,同时还解决了湍流技术中存在的节涌、沟流、返混等缺陷,是一项高效、稳定的传质技术。由于其气液固三相接触好,实现了极小空间、更少时间、高效传质的目的。
3.2 规流塔主要结构特点
由于改变了普通湿法吸收塔的常规设计思路。从关键的吸收段来看,FS-04规流塔的吸收段主要由规流气道、托盘和填料球组成,高度只有300mm,而喷淋塔吸收段高度处于5000~9000mm之间,是其20余倍。吸收塔可完全按用户实际要求量身定制,特别适合老厂改造项目、场地狭小及条件多变等情况。
FS-04规流塔布液装置抛弃了喷淋雾化的布液方式,在整套布液装置中没有雾化喷嘴,采用的是普通自来水原理,只要向填料床泵入吸收液,使吸收液在球面上形成一层液膜就可达到吸收SO2的目的,成功解决了传统脱硫工艺中喷嘴堵塞的难题。


由于在布液装置中没有使用雾化喷嘴,因此烟气通过规流床后,不会产生带水的现象,只用旋流板就可以满足脱水的要求。因此与传统的燃煤烟气脱硫工艺相比,可以省去复杂的脱水设置,从而能够节省空间和建设费用,并极大地提高了整套设备的可靠性.

在规流塔内采用双回路内置换热器,即在外筒内中心装有内筒,环外筒与内筒之间装有多层流化床,流化床上装有喷淋筒并堆叠有流化球,流化床之间环内筒装有倒圆锥台形集液盘,倒圆锥台形集液盘底部装有灰水管伸出外筒,外筒与内筒之间上部装有烟道进、出口和换热器,外筒顶部装有观测孔,中部装有洗涤液进、出口,底部装有冲洗水口和灰水出口。锅炉烟气从烟道进口沿烟管循环降温,有利于脱硫;烟气经过内筒除尘脱硫排出时,升温有利于抬升烟气排烟高度。与目前单循环外置间接式规流填料塔相比,效率可极大提升,除尘脱硫的洁净度也进一步提高并提高了脱硫系统运行的稳定性。同时节省了昂贵的外置换热器,造价低,维护费用低、占地面积小。
3.3 与同类技术的对比分析
目前国内用于锅炉烟气脱硫除尘的新型一体化装置的旋流板式和塔板式处理装置,均已进入批量生产阶段,但从运行情况来看,仍存在喷嘴堵塞和风机带水等弊端。另外,在我国烟气脱硫市场上,仍然是引进国外成熟的石灰石-石膏湿法脱硫技术,该技术是一个典型的化学过程,原理并不复杂,关键是要拥有集工程化、大型化、精准化为一体的脱硫岛核心技术——脱硫塔,才能在大吨位的火电锅炉上应用。
FS-04规流填料塔与同类产品相比,具有巨大的竞争优势,其与主要脱硫塔的对比数据见下表。由上表可以看出:FS-04规流填料塔及工艺集成系统的技术含量高,其各项指标和综合性能超过了各种同类技术。相比采用其它技术的脱硫工程,应用FS-04规流填料塔集成系统,建设成本可节省40%,运行费用可减少50%以上。


4 规流塔技术的应用
FS-04规流填料塔产品研发成功后,已先后已应用于湖南、广东、重庆等十余省(市)的300多项脱硫工程,并出口至德国WATM公司、印尼P.T.MMI公司等国外企业,运行效果良好,获得了用户的肯定和好评。
5 结论
烧结矿是高炉炼铁的主要原料,钢铁工业产生SO2的污染源主要在烧结工序。因此,加快实施烧结烟气脱硫,减排SO2,是钢铁工业环境治理急需解决的重要问题。应用规流塔烧结烟气脱硫技术,当烟气变化范围为 
50%~100%,燃煤硫含量在0.2%~5%之间变化时,其脱硫系统的运行基本不受影响,并且占地面积小,投资低,运行维护成本低,非常适合烧结机烟气脱硫。该项技术的推广应用,可为国内烧结烟气脱硫项目节省巨额建设投资和运行费用。



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