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冶炼技术  

太钢烧结烟气脱硫脱硝工艺实践

作者:佚名
次数:1712
日期:2015-9-24 9:55:15

    1立项背景

  SO2是大气主要污染物之一,它的排放严重影响到人类的生存环境和经济发展。目前,钢铁行业的SO2排放量仅次于电力行业,居于全国排放量的第二位。在钢铁工业中,烧结工艺是钢铁生产流程中SO2产生的主要来源。

  烧结烟气具有如下特点:

  1)烟气量大;

  2)受烧结机原料结构影响,烧结烟气成分波动大,温度波动大;

  3)烟气中SO2浓度相对较低,一般发电厂排放烟气SO2浓度约5000mg/Nm3,而烧结烟气中SO2浓度一般低于1000mg/Nm3;

  4)烟气成分复杂,由于烧结过程使用多种原燃料,因此烧结烟气成分相对于电站锅炉复杂,烟气中除含有SO2外,还含有NOx、HF等多种有害气态污染物及含铁粉尘、重金属等固态污染物;

  5)烟气中含氧量相对较高,一般发电厂排放烟气中含氧量约8%,而烧结烟气中含氧量约15%。

  正是由于烧结烟气存在上述特点,造成烧结烟气脱硫不能完全参照发电厂烟气脱硫技术,必须寻找适合自身发展需求的脱硫工艺技术。

  烟气脱硫方法有许多种,一般分为湿法、半干法、干法。自20世纪70年代起,烧结烟气脱硫技术开始逐渐在日本、欧洲部分发达国家进入工业化应用,由于各国政府的环境政策和法律法规的差异,世界各地形成了具有各地域特点的烧结脱硫技术。在日本,早期以石灰石-石膏法和氧化镁法(湿法)为主,近年来建设的烧结烟气脱硫则以活性炭干法为主,而欧洲以循环流化床法为主。我国自20世纪末开始重视烧结烟气SO2污染问题。通过多年的引进吸收和不断的自主研发,呈现出百花齐放的格局。目前国内各钢铁企业采用的烧结烟气脱硫技术主要有:石灰石-石膏法、氨法、双碱法、循环流化床法等。

  太钢450m2烧结机于2006年建成投用,烟气量为140万Nm3/h,年排放SO2约9800t、NOx 3800t、粉尘1200t,经过3年多对国内外同行业烟气脱硫技术的跟踪、调研、对比,太钢最终认为活性炭法脱硫脱硝及制酸一体化装置是烧结烟气脱硫脱硝处理的最优方案。

  2 太钢烧结烟气脱硫脱硝工艺系统组成

  太钢烧结烟气脱硫脱硝工艺系统由烟气系统、脱硫系统、脱硝系统以及相应的电气、仪控(含监测装置)等系统组成。其工艺流程见图1。

  烟气系统主要包括烟气系统和增压风机系统。

  脱硫系统主要包括吸附系统、解吸系统、活性炭的输送系统、活性炭的补给、热风循环系统和冷风循环系统。

  脱硝系统主要包括氨系统(包括液氨储存、输送、蒸发、混合注入等)。

  2.1烟气系统

  烟气系统总阻力按8000Pa考虑。

  增压风机参数:

  1)流量:3059760m3/h(工况);

  2)全压:8000Pa;

  3)功率:8500kW;

  4)风机转速:745r/min;

  5)额定电压:10kV。

  2.2脱硫系统

  脱硫系统分为:吸附系统、解吸系统、活性炭输送系统、活性炭补给系统、除尘系统和热风循环系统、冷风循环系统。

  2.2.1吸附系统

  吸附系统是整个工程中最重要的系统,主要设备由吸收塔、NH3添加系统等组成。在吸收塔内设置了进出口多孔板,使烟气流速均匀,提高净化效率。吸收塔内设置三层活性炭移动层,便于高效的脱硫。

  2.2.2解吸系统

  吸附了硫化物的活性炭,经过输送机送至解吸塔,在这里活性炭从上往下运行,首先经过加热段,被加热到超过450℃以上,将活性炭所吸附的物质解吸出来。富二氧化硫气体(SRG)排至后处理设施,制备硫酸。解吸后的活性炭,在冷却段中冷却到150℃以下,然后经过输送机再次送至吸附塔,循环使用。

  2.2.3活性炭输送系统

  活性炭再循环是通过两条链式输送机,确保活性炭在吸附塔和解吸塔之间循环使用。

  No.2 AC 链式输送机位于吸收塔的下部,将吸附了烟气中SO2的活性炭输送至解吸塔。

  No.1 AC 链式输送机位于解吸塔的下部,将解吸后的活性炭输送至吸附塔再次重复使用。

  2.2.4活性炭补给系统

  活性炭在脱硫过程中,会出现破损,颗粒度降低,为保证脱硫效率,需将小颗粒的炭粉排出,这就需要不断的补充新的活性炭。活性炭的消耗量为400kg/h。

  在该系统中,外购活性炭通过皮带输送至活性炭储罐,储罐规格为Φ3.6m×16.5m,相当于7天用量。

  2.2.5热风系统

  热风系统主要提供解吸活性炭的热风。在此系统中,通过煤气发生器将空气加热至450℃,在通过循环风机送至加热段。

  2.2.6冷风系统

  将经过解吸后的活性炭,在冷却段中冷却到150℃以下。

  2.3 脱硫主要设备

  2.3.1 吸收塔

  在此工程中,吸收塔是由六个相同的模块组成。

  塔体规格:长:7m×6m,宽:9.28m,高:41.12m。

  其中一个吸收塔模块是由两个相互对称的面板所组成,每一个面板都是由活性炭床的多个小格所组成的。选择适当的吸收器模块及小格的数量,就能够处理一定的废气量。(一个吸收器模块处理废气的标准能力是150000-250000Nm3/h)。废气通过入口管道被分配到每一个吸收器模块中,气体经过左右两个活性炭床面板时得到净化。

  活性炭床是由入口和出口格栅及隔离板组成。这些格栅是经过特殊设计的,以便于防止被大颗粒和炭粉所塞满。该吸收塔由三个床组成,分为前床(“FB”),中间床(“MB”)和后床(“RB”)。每一个床都有辊式卸料器来控制活性炭排出的数量。

  辊式卸料器的特点如下:

  1)控制活性炭的下落速度,能够确保去除污染物质(如:SOx、NOx、灰尘及其他等)的性能达到最高。

  2)通过控制活性炭的下降速度,能够防止吸收塔的压力降升高。

  2.3.2解吸塔

  解吸塔主要由加热器和冷却器组成,加热器和冷却器均为多管式热交换器。在加热器中,活性炭被加热到400℃以上,被活性炭所吸附的物质,经过解吸后排出,此处排出的气体被称为富二氧化硫气体。经过解吸后的活性炭,在冷却段中冷却到150℃以下。解吸塔排出的活性炭经振动筛筛分,筛上料由No.1 AC链式输送机运回吸收塔使用。

  为了确保活性炭下落量的均衡,在解吸塔的下部放置一个辊式卸料器。

  为了保证有害气体不外泄,在解吸塔的上部和下部均安装双层旋转卸料阀。

  活性炭的特点:活性炭(AC)本身是易燃物质。特别是在最初三个月的使用期,由于活性炭的吸附是放热反应,因此活性炭的温度将比烟气的温度高大约5℃,因为新的活性炭更容易氧化。

  当烟气系统正常运行时,活性炭氧化的热量将被烟气带走。然而,当烟气系统出现故障,例如增压风机故障,这时无法将热量带走,在吸收塔中的活性炭的温度将会持续地增高。当活性炭的温度超过165℃以上时,入口和出口的切断阀需要关闭,氮气喷入吸收塔内部以防止发生火灾,此时活性炭继续下落输送到解吸塔中,解吸塔中充满了氮气可以灭火。为了确保活性炭不燃烧,活性炭将必须从吸收塔到解吸塔再到吸收塔这样循环一次(大约一周的时间)。因此,在最初的三个月当中,将烟气的温度控制在大约120℃左右。

  2.4脱硝系统

  脱硝系统主要包括氨气供应系统,液氨的卸车、蒸发、调压及与空气混合供应至吸收塔喷洒。

  氨气供应系统包括液氨储槽、氨气蒸发器、压缩机、氨气稀释槽、氨气调压装置、氨气与空气混合装置及配套管道系统及控制装置。外购的液氨通过槽车运到用户区,用压缩机卸到液氨储槽,经蒸发器汽化后,通过调压装置调到用户压力后送至混合单元。在混合单元设有控制阀门调节用气量及压力,设有火花捕集器防止爆炸与回火,与加压后被加热到130℃的空气混合后供给工艺系统使用。

  3 环保效果及副产品

  3.1环保效果

  本工程投产后,每年SO2外排量由6821t 减少为341t,每年减少外排SO2 6480t,脱硫效率95%;每年粉尘外排量由1050t减少为210t,每年减少外排粉尘840t,除尘效率80%;每年NOx外排量由2774t减少为1858t,每年减少外排NOx 916t,脱硝效率33%。

  3.2副产品

  本工程浓缩的SO2废气通过废气净化系统及硫酸制备系统,制备98%(浓度)的浓硫酸,产量为9500t/a(按年运行8400h计算)。

  4 投资

  太钢炼铁厂450m2烧结机烟气脱硫脱硝工程初步设计,工程投资概算为33508.57万元,其中静态投资32320.57万元,建设期贷款利息1188万元。

  5 性能测试结果

  性能测试结果见表1。

  表1 性能测试结果

  ————————————————————————————————

  项目 保证值 脱硫测试结果

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  SO2 ≤41mg/Nm3(干) 7.5mg/Nm3(干) 达标

  脱硫率≧95% 98% 达标

  NOx ≤213mg/Nm3(干) 101mg/Nm3(干) 达标

  脱硝率≧33% 50% 达标

  灰尘 ≤20mg/Nm3(干) 17.1mg/Nm3(干) 达标

  PCDD/F ≤0.2ng/Nm3-TEQ(干) 0.15ng/Nm3-TEQ(干) 结果未出

  NH3逃逸 ≤39.5ppm(干) 0.3ppm(干) 达标

  制酸 硫酸98%一等品 一等品 达标

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  6 结语

  太钢烧结烟气活性炭法脱硫脱硝与制酸系统运行一年来,作业率达到95%以上,脱硫率达到95%以上,脱硝率达到40%以上。经太原市环境监测中心站检测,排放烟气SO2浓度7.53mg/Nm3,NOx浓度101.33mg/Nm3,粉尘浓度17.13mg/Nm3,环保指标显著改善。年产副产品浓硫酸9000t,全面用于太钢轧钢酸洗工序和焦化硫氨生产,变废为宝,为冶金烧结领域实现循环经济产业链提供了成功范例。烧结烟气活性炭法脱硫脱硝与制酸技术值得在全国冶金行业推广应用。

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