应用ENS半干法脱硫技术的工艺优势
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摘要: 与传统的脱硫技术比较,ENS半干法脱硫技术具有脱硫效率高、工艺流程简单、生产运行费用低、不产生二次污染等特点,有着广阔的发展前景。本文对ENS半干法脱硫技术的研究应用进行了介绍。
1工艺原理
德国ENS半干法采用一定粒径要求的Ca/Mg(OH)2粉料作为吸附剂,通过输送系统和投加器进入烟气管道,由烟气带入反应塔。在反应塔内与雾化系统的水雾接触,使碱性干粉表面湿润,烟气中F-、SO2等酸性气体同时湿润,附着并与湿润碱性物发生反应,生成钙/镁盐等化合物;反应后的烟气及盐粒在反应塔下部被烟气的余热干燥,进入除尘器,烟尘被除尘器收集,净化后的烟气经风机送到烟囱排放。除尘器的一部分收集尘返回反应塔管道,强化反应和再利用,使其达到饱和利用。
SO2与Ca(OH)2的反应单从化学反应方程式看是简单的酸碱中和反应,但从整个反应动力学上分析,反应速度与烟气中水的含量有很大关系。气相中SO2生成SO2-3的反应大致经过以下过程:水蒸汽的气体SO2进入液相状态,相互结合与碱反应后,脱出水分子,并生成HSO-3,再进一步与碱反应,生成SO2-3和水分子。
酸性气体与Ca(OH)2的反应活性顺序为:SO3>HF> HCl> SO2>CO2。
从气液两相平衡及动力学角度分析,碱性反应物表面的含水量与气相的含水量-相对湿度相关,系统中酸碱反应的机率与酸性组分的含量和碱性物质的总表面积相关。
2工艺过程及组成
采用的半干法脱硫工艺,烧结机机头产生的含有氟化物、SO2及含铁粉尘的烟气经大烟道出烧结室,进入电除尘器进行预除尘,回收烧结烟尘,返回烧结配料室做烧结矿原料。预除尘后的烟气由装有加料装置的管道进入反应塔,Ca(OH)2碱性粉料从贮料仓经增湿机加湿后通过加料装置喷入烟道进入反应塔,反应塔内雾化系统根据概念设计数字模型,调整烟气温度、湿度,使气态硫化物、氟化物与碱性粉料充分反应,形成固态盐-粉尘与脱硫烟气,经管道进入主抽风机前的除尘器,使含氟、SO2的固态粉尘与气体分离,烟气达标经主抽风机至烟囱排放。主除尘器的作用是把吸附了氟和硫的粉尘捕集下来,除下来的粉尘主要是硫酸钙、氟化钙等废渣和没有参与吸收反应的氢氧化钙等,其中20%~30%的除尘灰循环使用,用仓式泵加压喷入主除尘器的烟气入口中,继续参与反应和吸收。
3应用实例
ENS半干法脱硫工艺针对烧结工艺的特点, 在工业性试验成功的基础上,设计完成了2台180 m2烧结机头烟气净化工艺的改造。
3•1净化效果
由现场监测结果得知:机头烟气含尘3 000 mg/m3,含SO2472•5 mg/m3,含氟化物109•4 mg/m3。对烧结机头烟气排放浓度监测结果见表1。
通过监测表明烟气中氟化物排放质量浓度
2•98~ 3•47 mg/m3, SO2排放质量浓度89•6 ~94•5 mg/m3,烟尘排放质量浓度20•8~22•4 mg/m3,均低于《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)新污染源大气污染物排放限值标准。计算得到效率>95%,SO2去除率>80%,净化效果等于或好于设计指标。
3•2工艺可靠性分析
半干法烟气脱硫工艺在国外已是成熟的技术,可有效去除烟气中SO2、HCl、HF等酸性气体,达到环保要求。半干法作为一种成熟和高效的去除酸性气体的工艺,具有去除效率高、运行费用低,对设备、管道无腐蚀、不产生排放水蒸汽后冷凝降雨等优点,明显优于湿法净化工艺。因此2台180 m2烧结机烧结烟气净化改造采用半干法烟气脱硫工艺。
工程投产后的验收及实际运行测试结果表明,当雾化系统正常工作时,烧结机头烟气中各种污染物的排放浓度完全能够满足《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)的要求。半干法烟气脱硫工艺成熟可靠,从技术和经济上来看都是可行的,能够达到预定的净化效果,污染物排放浓度能够稳定达到排放标准要求。
3•3NS半干法脱硫技术的优点分析
3•3•1原湿法工艺
原湿法工艺针对180 m2烧结机机头烟气。烟气经抽风机引进114 m2电除尘器后,进入空心洗涤塔,洗涤去和二氧化硫及烟尘等有害成分,净化后的烟气经由120 m烟囱排放。洗涤烟气后的酸性废液经中和器用轻烧白云石乳液进行中和,然后进入澄清器,澄清液流入澄清液受槽,用循环泵汲至洗涤塔循环使用,沉淀污泥进入泥浆受槽由泥浆泵送至选矿厂尾矿库集中处理。
该工艺存在的主要问题:
(1)烧结泥浆水排入尾矿库对尾矿水质造成了不利的影响,影响选矿生产。
(2)烟气净化系统净化效果不好,造成澄清器,净环泵站溢流大。
(3)每年用于净化系统的运行费用和检修费用较高,泥浆水排入尾矿库量大,浪费水资源严重。
(4)净化系统设备存在腐蚀问题,而且结垢堵塞严重,影响净化系统的作业率。
3•3•2污染物排放比较
改造工程投入生产后,无废水排放,废渣可用于冶金渣制砖生产线进行综合利用,污染物的排放全部有所消减,项目建成前后的污染物排放情况及污染物变化情况见表2。
由表2可知,项目建成后各污染物的排放量全部有所消减。其中烟尘消减1 155•86 t/a, SO2消减1 826•20 t/a,氟化物消减169•94 t/a;废水排放量消减2 298 384 t/a,废水中氟化物消减52•27 t/a,SS消减734•04 t/a;固体废弃物排放量减少7 119•09 t/a。本项目采用脱硫效果好、技术先进的半干法脱硫技术工艺。半干法作为一种高效的去除酸性气体的工艺,具有去除效率高、运行费用低、对设备、管道无腐蚀,不产生酸雨等优点。
3•3•3能源消耗比较
本项目年消耗压缩空气量95 135 040 m3,约1 200 m3/h;年消耗氮气4 320 000 m3,约545 m3/h,氮气从转炉密封用氮气管道及溅渣氮气管道接出。按新的节能降耗指标计算方法,采用的半干法脱硫工艺与湿法净化工艺能源及材料对比情况见表3。
根据表3可知,本项目投产后,年用电量减少23 820 437 kWh;年用水减少2 851 200 m3;碱性粉料减少8 160 t/a。
3•3•4运行费用比较
原系统(湿法)设备腐蚀严重,维护工作量大,费用高,每年用于净化系统的运行费用和检修费用达2 200万元,而且每小时有300 m3泥浆水排入尾矿库,浪费水资源严重,也对净化系统设备造成腐蚀问题,而且结垢堵塞严重,影响净化系统的作业率。改造后的烟气净化系统运行稳定,各项排放都达到排放标准的要求。烟气净化系统全年运行和检修费用1 300万元。与原有湿法净化相比,半干法烟气脱硫工艺处于干相,不存在饱和、过饱和液相腐蚀问题,维护费用低,该技术运行稳定可靠,运行和检修费用低,年降低运行费用和检修费用达900万元。
4结论
半干法烟气脱硫工艺在国外已是成熟的技术,可有效去除烟气中SO2、HCl、HF等酸性气体,达到环保要求。半干法作为一种成熟和高效的去除酸性气体的工艺,具有去除效率高、运行费用低、对设备、管道无腐蚀、不产生排放水蒸汽后冷凝降雨等优点,明显优于湿法净化工艺,在工程实践应用中表现出优越性与可行性,将是未来烟气脱硫研究的重点。半干法烟气脱硫工艺在烧结烟气脱硫上的应用具有技术先进性、环保实用性、经济性等优点,具有广阔的应用前景。
参考文献:
[1]张彦锋,沈天临,任国柱,等.国内外主流烟气脱硫技术现状及发展趋势.辽宁城乡环境科技,2004,24(5):53-56
[2]吴忠标.大气污染控制技术.北京:化学工业出版社,2002