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[摘 要]介绍了球团厂竖炉烟气采用石灰-石膏湿法脱硫的基本原理和工艺路线，结合投入运行的系统进行总结，给出了针对采用石灰作为脱硫剂的湿法工艺的主要设计参数的选择。
[关键词]球团；烟气脱硫；石灰-石膏法；设计参数
中图分类号：X701.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0173-01
1、前言
近年来随着我国城市雾霾等极端天气增多，大气污染物排放已得到广泛关注。钢铁行业能耗以煤和煤炭为主，是我国大气污染物的排放大户，其中球团过程造成的SO2排放占钢铁生产全流程的50%以上，与烧结同为是钢铁企业SO2控制的重点[1-4]。我国颁布了较为严格的政策和标准来控制钢铁行业的大气污染物。目前，国内大、小型钢厂已经逐步上马了一系列脱硫装置，主要有石灰/石灰石—石膏法以其脱硫效率高，运行稳定等优点在钢铁行业中占有重要的份额。
本文通过设计唐山银水球团石灰-石膏湿法烟气脱硫工艺，该工程的成功运行表明，此工艺适合球团烟气的脱硫、除尘。
2、项目设计
唐山银水实业集团球团厂为消减2-8m2竖炉烟气中的SO2排放量，新建烟气脱硫装置，采用石灰-石膏湿法烟气脱硫工艺，该工程已运行一年，脱硫效率≥95%，各项指标均达到环保要求。
2.1 工艺原理
从竖炉排出的含硫原烟气经过电除尘器除尘后引入吸收塔。烟气与来自吸收塔上部喷淋层的浆液逆流接触，发生传质和吸收反应，烟气中的SO2及HCl、HF等酸性气体被脱除。净化后的烟气经吸收塔顶部两级除雾器除去烟气中夹带的液滴后，通过塔顶返回到原烟囱排入大气。副产物为石膏。
主要化学反应是：
（1）浆液制备
CaO+ H2O→Ca （OH）2
Ca （OH）2→Ca2++2OH
（2）SO2吸收
SO2+ H2O→H2SO3
H2SO3→H++HSO3-
HSO3-→H++ SO32-
Ca （OH）2 + SO2 → CaSO3·1/2H2O + 1/2H2O
Ca （OH）2 + SO3 →CaSO4·1/2H2O + 1/2H2O
（3）氧化结晶过程
CaSO3·1/ 2H2O + 1/2O2 → CaSO4·1/2H2O
2.2 设计条件
2.2.1 设计参数
2.2.2 工艺流程
1）烟气系统
烟气系统将未脱硫的烟气引入脱硫装置，在吸收塔内脱硫净化。由于原引风机余压可克服脱硫装置系统的压降，项目中不另设增压风机。
2）吸收剂制备及供给系统
生石灰粉主要成份如下：CaO≥80%，杂质<5%，粒度<1mm，活性度>300。
由密封罐车将生石灰粉运输至脱硫区域，经气力输送至制浆区的生石灰粉仓储存。储存于粉仓中的生石灰粉在气化风机的流化下，通过旋转给料阀进入消化罐制备成浓度为30-35%的消石灰浆液，经振动筛除渣后进入浆液箱，加水配制成浓度为10-15%的消石灰浆液，然后经浆液输送泵送至吸收塔和循环泵入口。
3）SO2吸收系统
吸收塔设计为喷淋、吸收和氧化一体的单塔，吸收塔顶部建湿烟囱，烟塔合一结构。2炉一塔。待处理的烟气进入直径为6.5m的吸收塔与喷淋的石灰浆液逆流接触，3层喷淋层对应3台循环泵，单元制运行。吸收塔内部自下而上分为氧化区、喷淋区、除雾区。烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙发生化学反应后生成亚硫酸钙。亚硫酸钙被就地氧化成硫酸钙。生成的石膏通过吸收塔排浆泵排入石膏脱水系统中。净化后的烟气由塔顶湿烟囱排入大气。
4）石膏脱水系统
由吸收塔排出的石膏浆液经石膏旋流器一级脱水后，再由真空皮带脱水机进行二级脱水，得到合格的副产物成品石膏。
5）工艺水系统
工艺用水主要用于浆液制备系统的补给水、除雾器冲洗水、氧化风增湿、设备冷却水等。
2.3 重要设计参数选取
石灰-石膏法是由石灰石-石膏法演变而来，且湿法脱硫最早应用于电厂，钢铁行业的烟气具有自身湿法设计应由于脱硫剂石灰浆液为强碱性，不能完全照搬传统石灰石-石膏法在设计参数。
2.3.1 氧化倍率
钢厂竖炉中的烟气含氧量较高，自身氧化能力较强，氧化倍率可选择1.5～2。
2.3.2 液气比
由于氢氧化钙为强碱性，塔内吸收反应主要发生在液面上，且反应快[5]，液气比应低于石灰石-石膏法，可选择3～7 l/m3。
2.3.3 烟气接触时间
由于环保要求日益严格，烟气接触时间应适当延长，选择4.5～5s。
2.3.4 pH
石灰作为脱硫剂，塔内pH控制在6左右。
2.4 调试与运行情况
唐山银水球团厂竖炉烟气脱硫系统实际运行中，烟气入口温度在100～130℃之间，SO2浓度在500～1500mg/Nm3之间，粉尘浓度在80～100 mg/Nm3之间。SO2排放浓度在50～80 mg/Nm3，粉尘排放浓度30～50mg/Nm3，满足环保要求和业主要求。
3、结语
唐山银水球团厂竖炉烟气石灰-石膏法脱硫系统目前已成功运行一年，脱硫效果理想，基本达到了安全、稳定、高效的运行目的。通过运行证明，根据处理对象合理选择设计参数，该脱硫工艺可以满足竖炉烟气脱硫、除尘的需要，不仅脱硫率可达到95%以上，而且出口粉尘排放也能满足50mg/Nm3的环保要求。该脱硫工艺为石灰-法烟气技术在处理钢厂烟气脱硫中应用又一成功案例，同时也增加了湿法脱硫比选工艺。
参考文献
[1] 赵羚杰.中国钢铁行业大气污染物排放清单及减排成本研究[D].杭州，浙江大学硕士论文，2016.
[2] 兰国谦.钢铁行业烧结烟气脱硫技术现状和发展趋势[J].中国环保产业，2014，6：42-46.
[3] 王英杰.承钢360m2烧结机湿法烟气脱硫工艺应用[J].烧结球团，2015，40（2）：50-53.
[4] 翟鑫.烧结球团行业脱硫现状及减排对策研究[J].山东工业技术，2016，10：19.
[5] 周秀银，张志涛，闫涛.石灰-石膏法在烧结烟气脱硫中的应用[J].中国环境管理干部学院学报，2010，20（5）：43-46.
[关键词]球团；烟气脱硫；石灰-石膏法；设计参数
中图分类号：X701.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0173-01
1、前言
近年来随着我国城市雾霾等极端天气增多，大气污染物排放已得到广泛关注。钢铁行业能耗以煤和煤炭为主，是我国大气污染物的排放大户，其中球团过程造成的SO2排放占钢铁生产全流程的50%以上，与烧结同为是钢铁企业SO2控制的重点[1-4]。我国颁布了较为严格的政策和标准来控制钢铁行业的大气污染物。目前，国内大、小型钢厂已经逐步上马了一系列脱硫装置，主要有石灰/石灰石—石膏法以其脱硫效率高，运行稳定等优点在钢铁行业中占有重要的份额。
本文通过设计唐山银水球团石灰-石膏湿法烟气脱硫工艺，该工程的成功运行表明，此工艺适合球团烟气的脱硫、除尘。
2、项目设计
唐山银水实业集团球团厂为消减2-8m2竖炉烟气中的SO2排放量，新建烟气脱硫装置，采用石灰-石膏湿法烟气脱硫工艺，该工程已运行一年，脱硫效率≥95%，各项指标均达到环保要求。
2.1 工艺原理
从竖炉排出的含硫原烟气经过电除尘器除尘后引入吸收塔。烟气与来自吸收塔上部喷淋层的浆液逆流接触，发生传质和吸收反应，烟气中的SO2及HCl、HF等酸性气体被脱除。净化后的烟气经吸收塔顶部两级除雾器除去烟气中夹带的液滴后，通过塔顶返回到原烟囱排入大气。副产物为石膏。
主要化学反应是：
（1）浆液制备
CaO+ H2O→Ca （OH）2
Ca （OH）2→Ca2++2OH
（2）SO2吸收
SO2+ H2O→H2SO3
H2SO3→H++HSO3-
HSO3-→H++ SO32-
Ca （OH）2 + SO2 → CaSO3·1/2H2O + 1/2H2O
Ca （OH）2 + SO3 →CaSO4·1/2H2O + 1/2H2O
（3）氧化结晶过程
CaSO3·1/ 2H2O + 1/2O2 → CaSO4·1/2H2O
2.2 设计条件
2.2.1 设计参数
2.2.2 工艺流程
1）烟气系统
烟气系统将未脱硫的烟气引入脱硫装置，在吸收塔内脱硫净化。由于原引风机余压可克服脱硫装置系统的压降，项目中不另设增压风机。
2）吸收剂制备及供给系统
生石灰粉主要成份如下：CaO≥80%，杂质<5%，粒度<1mm，活性度>300。
由密封罐车将生石灰粉运输至脱硫区域，经气力输送至制浆区的生石灰粉仓储存。储存于粉仓中的生石灰粉在气化风机的流化下，通过旋转给料阀进入消化罐制备成浓度为30-35%的消石灰浆液，经振动筛除渣后进入浆液箱，加水配制成浓度为10-15%的消石灰浆液，然后经浆液输送泵送至吸收塔和循环泵入口。
3）SO2吸收系统
吸收塔设计为喷淋、吸收和氧化一体的单塔，吸收塔顶部建湿烟囱，烟塔合一结构。2炉一塔。待处理的烟气进入直径为6.5m的吸收塔与喷淋的石灰浆液逆流接触，3层喷淋层对应3台循环泵，单元制运行。吸收塔内部自下而上分为氧化区、喷淋区、除雾区。烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙发生化学反应后生成亚硫酸钙。亚硫酸钙被就地氧化成硫酸钙。生成的石膏通过吸收塔排浆泵排入石膏脱水系统中。净化后的烟气由塔顶湿烟囱排入大气。
4）石膏脱水系统
由吸收塔排出的石膏浆液经石膏旋流器一级脱水后，再由真空皮带脱水机进行二级脱水，得到合格的副产物成品石膏。
5）工艺水系统
工艺用水主要用于浆液制备系统的补给水、除雾器冲洗水、氧化风增湿、设备冷却水等。
2.3 重要设计参数选取
石灰-石膏法是由石灰石-石膏法演变而来，且湿法脱硫最早应用于电厂，钢铁行业的烟气具有自身湿法设计应由于脱硫剂石灰浆液为强碱性，不能完全照搬传统石灰石-石膏法在设计参数。
2.3.1 氧化倍率
钢厂竖炉中的烟气含氧量较高，自身氧化能力较强，氧化倍率可选择1.5～2。
2.3.2 液气比
由于氢氧化钙为强碱性，塔内吸收反应主要发生在液面上，且反应快[5]，液气比应低于石灰石-石膏法，可选择3～7 l/m3。
2.3.3 烟气接触时间
由于环保要求日益严格，烟气接触时间应适当延长，选择4.5～5s。
2.3.4 pH
石灰作为脱硫剂，塔内pH控制在6左右。
2.4 调试与运行情况
唐山银水球团厂竖炉烟气脱硫系统实际运行中，烟气入口温度在100～130℃之间，SO2浓度在500～1500mg/Nm3之间，粉尘浓度在80～100 mg/Nm3之间。SO2排放浓度在50～80 mg/Nm3，粉尘排放浓度30～50mg/Nm3，满足环保要求和业主要求。
3、结语
唐山银水球团厂竖炉烟气石灰-石膏法脱硫系统目前已成功运行一年，脱硫效果理想，基本达到了安全、稳定、高效的运行目的。通过运行证明，根据处理对象合理选择设计参数，该脱硫工艺可以满足竖炉烟气脱硫、除尘的需要，不仅脱硫率可达到95%以上，而且出口粉尘排放也能满足50mg/Nm3的环保要求。该脱硫工艺为石灰-法烟气技术在处理钢厂烟气脱硫中应用又一成功案例，同时也增加了湿法脱硫比选工艺。
参考文献
[1] 赵羚杰.中国钢铁行业大气污染物排放清单及减排成本研究[D].杭州，浙江大学硕士论文，2016.
[2] 兰国谦.钢铁行业烧结烟气脱硫技术现状和发展趋势[J].中国环保产业，2014，6：42-46.
[3] 王英杰.承钢360m2烧结机湿法烟气脱硫工艺应用[J].烧结球团，2015，40（2）：50-53.
[4] 翟鑫.烧结球团行业脱硫现状及减排对策研究[J].山东工业技术，2016，10：19.
[5] 周秀银，张志涛，闫涛.石灰-石膏法在烧结烟气脱硫中的应用[J].中国环境管理干部学院学报，2010，20（5）：43-46.