石灰石-石膏法与半干法烧结机烟气脱硫技术比较

2020-06-24

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烧结烟气是烧结混合料点火后，随台车运行，在高温烧结成型过程中所产生的废气，烧结烟气中含有一定浓度的SO2。烧结工序是钢铁工业的主要污染源之一，解决好烧结工序的SO2减排，就是抓住了钢铁行业SO2减排工作的重点。钢铁企业需结合自身特点，从脱硫装置运行有效性、稳定性、经济性来选择最合适的脱硫技术。

1烧结机烟气的特点

烧结原料铁矿石和燃料(如煤粉)中都含一定的单质硫或硫化物，在烧结过程中氧化生成SO2。烧结烟气的主要特点是：(1)烟气排放量大，每生产一吨烧结矿大约产生4000~6000m3烟气; (2)烟气温度波动幅度较大，随烧结工况变化，波动范围在90～150 ℃;(3)烟气含湿量大，按体积比计算，水分含量一般在10%左右;(4)由于烧结原料含硫率关系，引起排放烟气SO2浓度随配料比的变化而发生较大的变化，一般1000~3000mg/Nm3;(5)烧结烟气含氧量高，约占10%～15%左右; (6)粉尘中含有铁及其化合物，由于使用不同的原料还可能含有微量重金属元素。(7)不稳定性，由于烧结工况波动，烟气量、烟气温度、SO2浓度经常发生变化，随机性强。

2烧结机烟气脱硫技术现状

针对烧结烟气的特点和特性，烧结过程SO2排放的控制方法主要为降低原料含硫量、减少原料的耗量及对烧结烟气进行治理。烟气脱硫技术是国内外钢铁企业常用控制S02排放的方法。

烟气脱硫技术主要分为半干法和湿法烟气脱硫。半干法烟气脱硫技术主要包括喷雾旋转干燥吸收工艺(SDA)、循环流化床烟气脱硫工艺(CFB)等;湿法烟气脱硫技术主要包括：石灰石-石膏湿法工艺、氨法烟气脱硫工艺、氧化镁湿法工艺等。目前国内烧结烟气脱硫技术中湿法应用最为广泛的为石灰石/石膏法;半干法应用最为广泛的为循环流化床法(CFB)。

2.1 石灰石-石膏湿法脱硫工艺

石灰石-石膏法是用石灰石浆液吸收烟气中的SO2，反应生成亚硫酸钙，在吸收塔浆池中进一步氧化为二水硫酸钙(石膏)，氧化后的石膏浆液经浓缩、脱水后生成含水量小于10%的石膏，作为商品出售。

石灰石-石膏法烟气脱硫技术是一种发展最成熟，在全球范围内广泛应用的烟气脱硫技术，脱硫效率可达95%以上。经过几十年的研究和优化，原有的结垢、堵塞和磨损等技术问题已成功解决。石灰石-石膏法通常被大型电站所采用，目前在烧结烟气、工业锅炉/炉窑的烟气脱硫中也被广泛使用。

2.2循环流化床法(CFB)半干法脱硫工艺

循环流化床烟气脱硫工艺以循环流化床为原理，通过物料在反应塔内的内循环和高倍率的外循环，形成含固量很高的烟气流化床，从而强化了脱硫吸收剂颗粒之间、烟气中SO2、SO3、HCl、HF等气体与脱硫吸收剂间的传热传质性能，同时将运行温度降到露点以上15～20℃，提高SO2与脱硫吸收剂间的反应效率、吸收剂的利用率。脱硫剂一般选用石灰或消石灰,在钙硫比为1.3～1.5的情况下，脱硫效率可达80～90%，脱硫副产物为以亚硫酸钙为主的脱硫灰渣。

3石灰石-石膏法与循环半干法脱硫技术比较

3.1有效性

从烟气脱硫技术有效性分析，主要考虑脱硫效率、场地适应性。

3.1.1脱硫效率

石灰石-石膏湿法脱硫工艺脱硫率可达95%以上，脱硫后的烟气不但二氧化硫浓度很低，而且烟气含尘量也大大减少.，有利于地区和烧结厂实行总量控制。

循环流化床法半干法脱硫工艺脱硫效率一般在80~90%，要达到90%以上的脱硫效率需对应很高的钙硫比(Ca/S至少在1.5以上，远高于湿法的1.03)。

3.1.2场地的适应性

对于改造工程，场地的适应性是一个重要的考虑因素。石灰石-石膏湿法脱硫技术系统复杂，占地面积相对于以消石灰为脱硫剂的循环流化床半干法脱硫要大。如采用石灰为脱硫剂的半干法脱硫，需增加脱硫剂制备所需的石灰消化厂房，占地面积与湿法脱硫相当。

3.2稳定性

确保烟气脱硫系统的安全、稳定运行，并且不影响原烧结机的运行是脱硫技术选择必须要考虑的原则。

石灰石-石膏法烟气脱硫技术是目前技术最成熟，运行最可靠的烟气脱硫技术，脱硫装置投运率可达98%以上，并对烧结工况波动引起的烟气流量、温度、SO2浓度变化具有很好的适应性。

循环流化床半干法脱硫技术需在流化床内喷水，为脱硫反应创造最佳的反应条件，但从烧结机的运行情况来看，烧结烟气量，温度和SO2浓度一直在较大范围波动，使得流化床内喷水量很难精确调节，水量过少，则反应效率降低;水量过多，会导致流化床内物料粘结和出口烟气带水，并造成后续除尘器的腐蚀、堵塞，影响系统的正常运行。同时，烟气量的波动也会影响到脱硫塔内的流化状态发生改变，影响脱硫效率和系统稳定运行。

3.3经济性

对于经济性，主要考虑投资费用、运行费用及副产物的处理利用。

3.3.1投资费用

目前，石灰石-石膏法已普遍取消了烟气再热系统(GGH)，为了防止脱硫后湿烟气对烟囱腐蚀带来的不利影响，采用脱硫塔+直排烟囱或对原烟囱进行防腐处理的措施。同时主要设备都已实现国产化，这样大大降低了湿法脱硫的投资费用。石灰石-石膏法总体投资费用已与循环流化床半干法脱硫相差不大。

3.3.2运行费用

(1)脱硫剂

石灰石-石膏法脱硫剂为石灰石，原料易得，且价格便宜。循环流化床半干法的脱硫剂为石灰或消石灰，如用石灰作为脱硫剂，需经干式消化器反应后生成消石灰才能使用。只有高品质的石灰活性(T60≤4min，加水后温度升高60℃不超过4分钟)才能满足循环流化床半干法烟气脱硫的要求上使用，因此半干法对脱硫剂的品质要求大大高于湿法。

湿法脱硫中Ca/S一般在1.03左右，而半干法脱硫要达到90%的脱硫效率Ca/S要大于1.5，加上石灰的单价也高于石灰石，导致半干法脱硫剂消耗的费用很高。

(2)电耗

烧结机烟气中SO2浓度并不高，在影响湿法脱硫电耗最大的指标液气比的取值上，也不需取高液气比。对烧结机烟气脱硫来说，在不考虑增压风机情况下，石灰石-石膏法脱硫系统运行电耗要高于半干法脱硫(半干法为湿法的60%左右)。但半干法脱硫为满足粉尘排放的要求，脱硫后必须配置布袋除尘器，加上塔体本身的阻力和烟道的阻力，系统总阻力损失在3800Pa以上，大大高于湿法脱硫的1500~1800Pa。湿法烟气脱硫加上前置的除尘系统能耗后，总能耗与半干法烟气脱硫系统相差不大。

(3)水耗

石灰石-石膏法脱硫系统的水耗包括蒸发水、结晶水、石膏中的自由水以及废水等;半干法烟气脱硫系统的水耗主要用于石灰消化以及烟气增湿提高反应速率。一般情况下，半干法脱硫系统水的消耗为湿法脱硫系统的60~70%，但水耗在整个运行费用中所占的比例不高。

3.3.3副产物的处理

石灰石-石膏烟气脱硫中副产物为石膏，其品质高，可作为水泥缓凝剂及石膏板材的原料，石膏出售产生的效益可抵消大部分脱硫剂石灰石的费用。循环流化床半干法的脱硫灰渣主要成分是亚硫酸钙、飞灰、硫酸钙、未完全反应完的消石灰粉等，尚无可靠的大规模利用的方法，经济价值低于石膏，远不能抵消脱硫剂石灰/消石灰的费用。

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