塔内均流及塔前喷淋装置在高含硫烧结烟气处理中的应用
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【摘 要】钢铁行业作为国家的基础产业，同时又是高耗能、高排放、增加环境负荷源头的行业，其SO2排放量占工业排放总量的10%左右，存在巨大的减排空间。根据中华人民共和国国家现行标准《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》 （GB28662-2012），2015年1月1日起，现有企业SO2的排放浓度限值为200 mg/Nm3。本文介绍了塔内均流及塔前喷淋装置在高含硫烧结烟气处理中的应用。
【关键词】塔内均流 塔前喷淋装置 高含硫烧结烟气
西宁特钢180m2+132m2烧结机烟气脱硫工程，采用石灰石―石膏湿法脱硫工艺，脱硫塔采用喷淋空塔，按一机一塔配置，设计脱硫率不小于95%，副产品为含水小于10%的脱硫石膏。原设计入口含硫量为3000mg/Nm3，出口200mg/Nm3，后期由于原料矿的改变，实际运行时入口含硫量为8000mg/Nm3，为保证脱硫出口SO2的排放浓度小于200mg/Nm3，需对原工程进行改造。
1 前期改造的基本内容及效果
原装置按一机一塔配置，吸收塔配置4台浆液循环泵，4层浆液喷淋层，氧化空气采用管网分布。由于场地原因限制，在前期改造时采用单塔单循环方案，加大吸收塔浆池容积，增加1台浆液循环泵及1层喷淋层，将原3台浆液循环泵流量加大，更换相应的喷淋管及喷嘴等。改造后调试运行发现，当吸收塔入口SO2浓度小于6500 mg/Nm3 时，出口SO2的排放浓度小于200mg/Nm3，可以满足环保要求。一旦超过6500 mg/Nm3不能达标排放，因此需进行相关的改造。
2 影响脱硫效率的主要原因分析
通过对运行时的浆液参数，石灰石参数，烟气参数等的检测发现主要以下几个方面的原因影响了脱硫效率：
（1）石灰石溶解与吸收，通过对干燥后的脱硫石膏检测发现，石膏中的CaCO3含量为24%，而正常状况下CaCO3含量为3%左右，这说明大量的CaCO3在浆液没有溶解吸收，导致整个系统的补浆量远超过设计值；（2）通过监测的数据发现，吸收塔内浆液的平衡温度为60℃左右，而此时吸收塔入口烟气温度小于设计温度210℃。通过计算当吸收塔入口温度为210℃，原烟气中含水率小于9%时，浆液的平衡温度为54.2℃。现在实际平衡温度为60℃，说明原烟气中的含水率远大于9%，烟气中过高的含水率影响了SO2的吸收。（3）通过对反应过程中的浆液监测发现，在浆液的表层存在大量的黑色物质，经分析主要成分为焦粉。焦粉不参与系统中的化学反应，未反应的焦粉包裹在石膏晶体外面，导致吸收效果差，从而导致石灰石浆液耗量增加，同时阻止二氧化硫的吸收。（4）由于烧结烟气中存在许多的重金属离子，以及本项目的地处高原的特殊性，SO2的吸收受到了影响。
3 塔内均流及塔前喷淋装置在西宁特钢烧结机脱硫改造中的应用
前期改造中吸收塔内气比已经达到30 l/Nm3，浆液喷淋密度为52.15m3/m2.h，浆液硫容量为0.3474 kg/m3。再增加塔内喷淋量对于脱硫效率影响很低，所以对脱硫装置时行增效改造时，主要围绕从增加吸收，加强石灰石溶解着手。
3.1 在吸收塔前入口处增加温、湿稳定喷淋装置
在吸收塔入口原冷却喷淋的位置增加循环浆液喷淋装置，由于吸收塔内液气比已经达到30 l/Nm3，再增加塔内喷淋量对于脱硫效率的影响不明显，在入口增加喷淋装置，一方面可使进入吸收塔的烟气迅速降温，烟气湿度达到接近饱和的状态，使烟气在吸收塔内分布更均匀，提高吸收塔的脱硫效率，另一方面，通过预喷淋，可吸收烟气中15%左右的SO2，从而减轻吸收塔的脱硫负担。在吸收塔入口处增设水冲洗装置，保证烟道口不会产生大量石膏沉积和石膏浆液逆流至烟道膨胀节。
3.2 在吸收塔入口与喷淋层之间增加一层管式气液再平衡分布盘
在吸收塔烟道入口与第一层喷淋层之间增加一层管式气液再平衡分布盘。其作用为：由于烟气进入吸收塔后不是均匀分布，增加此分布盘后可以使塔内的气体分布均匀；气液在管式再平衡分布盘上相互接触，使气液实现再平衡传质，以提高脱硫效率；管式再平衡分布盘上持有一定浆液，浆液在气体的作用下剧烈湍动，从而使吸附在石灰石表面的亚硫酸钙等物质被剥离。又因为此处浆液pH较低，使石灰石和浆液充分接触，可以大大提高碳酸钙的溶解，提高浆液的吸收能力。
气液再平衡均流器其结构由许多模块拼装而成。每个模块由两层错列布置的管栅和固定他们的外框架组成，气液再平衡均流器布满整个吸收塔，气体从均流器的缝隙穿过，在阻力的影响下，可以保证穿过均流器缝隙烟气流速大致相等，进而保证烟气在进入吸收塔后均匀分布，且浆液喷淋下来后，可以在均流装置上形成一层液膜，进而提高气液传质系数，同时增加烟气与浆液接触的时间，确保浆液中SO2和烟气中的SO2达到平衡。
3.3 运行后SO2脱除效率
通过72小时运行数据分析，其中入口最大含硫量为9168 mg/Nm3，出口为224 mg/Nm3，当入口SO2含量小于8650 mg/Nm3时，系统可以达标排放。改造达到预期效果。
4 经验与结论
通过西宁特钢2#烧结机改造后的运行效果，证明塔内均流装置、塔前喷淋措施对SO2吸收效率可提高20%左右，同时对粉尘的去除率有显著提高。在运行中发现一些问题，需要进一步改进：
（1）塔前高温烟气在遇到浆液时，浆液中的水份大量蒸发，导致浆液在喷嘴、喷淋管处结垢，在吸收塔入口出现浆液堆积。后期设计时需要考虑对吸收塔入口底板和喷淋管的冲洗；（2）由于增加的气液再平衡分布盘材质为PP，当塔前喷淋停运时，烟气温度过高，会存在变形的风险。后期设计时气液再平衡分布盘可以采用2205材质。