引言

由于水泥窯熟料生產(chǎn)過(guò)程中整個(gè)系統(tǒng)物料處于堿性狀態(tài)，大部分生產(chǎn)線的窯尾SO₂排放濃度較低，無(wú)脫硫措施即可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)甚至超低排放，但少部分熟料線因原料中的有機(jī)硫化物、無(wú)機(jī)硫化物(簡(jiǎn)單硫化物或者復(fù)硫化物如硫鐵礦等)含量較高，直接在窯尾預(yù)熱器C1～C3旋風(fēng)筒內(nèi)分解氧化形成SO₂，在原料磨運(yùn)行時(shí)，石灰石中的CaCO₃被粉磨后在水汽的作用下與廢氣中的SO₂反應(yīng)生成CaSO₄而被固化到生料中，但在原料磨停磨時(shí)，仍有部分SO₂排入大氣中，造成窯尾SO₂排放濃度波動(dòng)大甚至超標(biāo)。一般該類型的生產(chǎn)線在停磨期間SO₂排放初始濃度低于300mg/Nm3，較多的采用干粉脫硫或者復(fù)合脫硫以確保達(dá)標(biāo)排放。而本文是對(duì)鋼鐵行業(yè)應(yīng)用的固定床脫硫技術(shù)進(jìn)行分析，探討其在水泥行業(yè)的適用性，探索一條新的脫硫途徑以應(yīng)對(duì)原料磨停產(chǎn)期間窯尾SO₂階段性偏高現(xiàn)象。

1.1 固定床脫硫技術(shù)的發(fā)展情況

該固定床脫硫技術(shù)于2018年在鋼鐵行業(yè)開始應(yīng)用，初期認(rèn)可度較低，推進(jìn)較為緩慢，但近兩年隨著國(guó)家環(huán)保管控趨嚴(yán)，尤其是京津冀地區(qū)環(huán)保管控力度較大，對(duì)脫硫廢水和煙囪煙羽的管控導(dǎo)致部分企業(yè)開始采用該技術(shù)，尤其是2020年以來(lái)在鋼鐵等行業(yè)的鍋爐煙氣凈化方面應(yīng)用較多，目前江蘇利淮鋼鐵、河鋼股份、唐山新晶等鋼鐵公司以及包頭鋁業(yè)、唐山亨遠(yuǎn)清潔能源等公司采用了該脫硫工藝，水泥行業(yè)目前正在探索論證階段。

1.2 脫硫機(jī)理

含SO₂廢氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)將廢氣鼓入固定床，廢氣中的SO₂先被廢氣中的O₂氧化成為SO₃，然后被填裝在固定床內(nèi)的條形脫硫劑(主要成分ca(OH)₂等)吸收生成硫酸鈣，脫硫后的廢料可回收用作水泥混合材。反應(yīng)化學(xué)方程式為：

(1)SO₂+1/2O₂→SO₃

(2)SO₃+Ca(OH)₂→CaSO4+H₂O

另外，該條形脫硫劑也同時(shí)能去除其他多種污染物，如汞鉛等重金屬、HF、HCl、二噁英甚至粉塵，值得注意的是，因脫硫劑主要成分為Ca(OH)₂，同樣可以與廢氣中的CO₂反應(yīng)生成碳酸鈣，從而增加了脫硫藥劑的使用量。

1.3 脫硫工藝流程

固定床脫硫工藝流程較為簡(jiǎn)單，具體為：廢氣由引風(fēng)機(jī)引入固定床煙氣脫硫系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)，裹挾SO₂和NOx等物質(zhì)的廢氣與藥劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后從煙囪排出，廢氣在固定床內(nèi)的流速為0.2m/s。該工藝處理工況風(fēng)量一般設(shè)計(jì)為2～300萬(wàn)m3/h，5000t/d熟料生產(chǎn)線的窯尾風(fēng)量約為50～55萬(wàn)m3/h，可以在水泥行業(yè)適用，最核心的技術(shù)是條形脫硫劑和固定床單元的設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖2)。

1.4 主要工藝特點(diǎn)

(1)廢氣凈化量可自由調(diào)節(jié)。

在固定床進(jìn)口風(fēng)管處設(shè)有閥門將煙氣分兩路，一路進(jìn)固定床凈化處理，一路直接由固定床頂部排出，與凈化后的廢氣混合后進(jìn)入煙囪排出，可以根據(jù)混排的污染物濃度控制閥門開度，控制污染物排放濃度。該特點(diǎn)特別適合水泥窯停磨期間窯尾SO₂排放濃度波動(dòng)的生產(chǎn)線。

(2)可去除多組分污染物。

原則上，該固定流化床工藝可以同時(shí)填裝脫硫、脫硝藥劑，可以去除煙氣多組分污染物(顆粒物、SO₂、SO₃、NOx、氟化物、VOCS等)。

(3)水分對(duì)藥劑成效有促進(jìn)作用。

該脫硫脫硝劑對(duì)廢氣中的濕度沒(méi)有要求，水汽有助于提高脫硫成效，機(jī)理是水與廢氣中的SO₂反應(yīng)生成硫酸，能促使與堿性物質(zhì)的反應(yīng)。

將從礦山采下的石灰石破碎，然后煅燒生成CaO，再經(jīng)破碎后進(jìn)入緩沖罐，然后加水消化、進(jìn)倉(cāng)陳化，生成Ca(OH)₂，進(jìn)入高級(jí)分級(jí)機(jī)進(jìn)行分選，成品納米級(jí)Ca(OH)₂進(jìn)入儲(chǔ)存罐，一部分作為粉劑外賣，一部分與水、高嶺土等輔料按照一定比例進(jìn)行搭配，在攪拌機(jī)內(nèi)混勻攪拌，然后進(jìn)入成型機(jī)擠壓成條形四葉草狀(見(jiàn)圖3)，過(guò)網(wǎng)烘干后外賣。

圖3 條形脫硫劑

3.1 固定床脫硫技術(shù)應(yīng)用案例

某鋼企新區(qū)脫硫工藝皆采用固定床條形藥劑脫硫工藝，共計(jì)21套，皆為一層布置。該企業(yè)目前除燃?xì)獍l(fā)電工序2套使用干法脫硫同時(shí)嘗試使用脫硝外，其余僅使用條形脫硫劑進(jìn)行脫硫。

3.2 固定床脫硫運(yùn)行情況

3.2.1 2#高線工序固定床脫硫應(yīng)用情況

2#高線有兩股廢氣(見(jiàn)圖4)，一股是煤煙廢氣(含硫量相對(duì)高)，一股是空煙廢氣(含硫量相對(duì)低)，煙氣量約為14萬(wàn)m3，固定床為一塔兩套一層設(shè)計(jì)，占地共計(jì)約312m2，初裝催化劑約780t，投資約1200萬(wàn)元，目前已運(yùn)行6個(gè)月而未更換脫硫劑，運(yùn)行較為穩(wěn)定。含硫廢氣主要是燃燒高爐煤氣產(chǎn)生。經(jīng)監(jiān)測(cè)，SO₂初始濃度約為70～80mg/m3，煙溫約為80～150℃，在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，出口SO₂濃度皆低于6mg/m3(在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖5)，排放濃度較為穩(wěn)定。

3.2.2 2#發(fā)電工序固定床脫硫應(yīng)用情況

2#發(fā)電工序的廢氣是燃燒高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣等產(chǎn)生，廢氣量約76萬(wàn)m3工況風(fēng)量(約50~55萬(wàn)Nm3)，固定床為一塔一套一層設(shè)計(jì)，占地約900m2，初裝藥劑填充1600t，投資約6325萬(wàn)(含兩年運(yùn)維、藥劑費(fèi))。經(jīng)檢測(cè)，煙氣中的SO₂初始濃度約100～200mg/m3，煙溫約為80～150℃，在線數(shù)據(jù)顯示，煙囪SO₂排放濃度皆低于5mg/m3，運(yùn)行較為穩(wěn)定。

經(jīng)了解，隨著時(shí)間的推移，藥劑有風(fēng)蝕、風(fēng)化等現(xiàn)象，粒料會(huì)粉化一部分，系統(tǒng)阻力會(huì)上升，原則上要更換藥劑。為節(jié)約成本，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)藥劑進(jìn)行篩分，將粉料篩除后回裝。

固定床位置設(shè)在熟料線窯尾附近(見(jiàn)圖1)，接口位置為風(fēng)機(jī)和煙囪之間，5000t/d熟料線窯尾風(fēng)量約50～55萬(wàn)Nm3/h，初步核定建設(shè)一套固定床占地約為250m2，兩層一塔設(shè)計(jì)，初步預(yù)測(cè)投資約2000萬(wàn)元(不含藥劑和運(yùn)維費(fèi)用)。根據(jù)熟料線窯尾氧含量6％，初始SO₂濃度300mg/Nm3(10％O₂)，目標(biāo)濃度20mg/Nm3(10％O₂)，窯年運(yùn)行330d，原料磨運(yùn)轉(zhuǎn)率80％(磨開SO₂達(dá)標(biāo))計(jì)算，預(yù)計(jì)年SO₂消耗藥劑約1164t，年運(yùn)行費(fèi)用約為303萬(wàn)元，按照5000t/d熟料線年產(chǎn)能190萬(wàn)t，則折算噸熟料藥劑成本約為1.6元/t，相關(guān)指標(biāo)預(yù)測(cè)見(jiàn)表1。

表1 固定床脫硫與水泥窯現(xiàn)有脫硫工藝對(duì)比

從表1可以看出，固定床脫硫技術(shù)相對(duì)于濕法脫硫和干粉脫硫雖然有一定的不足，但優(yōu)勢(shì)也較為明顯，適合在水泥工業(yè)上應(yīng)用，優(yōu)勢(shì)與不足具體分析如下。

4.1 優(yōu)勢(shì)

(1)系統(tǒng)阻力小。由于過(guò)濾風(fēng)速約為0.2m/s，整個(gè)系統(tǒng)阻力在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中低于500Pa，系統(tǒng)阻力和電耗增加較小。

(2)運(yùn)維較簡(jiǎn)單。該工藝運(yùn)行較為穩(wěn)定，日常運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)阻力和SO₂排放濃度來(lái)確定是否進(jìn)行藥劑更換或篩分，其余時(shí)間幾乎沒(méi)有什么運(yùn)維工作。

(3)脫硫產(chǎn)物處理簡(jiǎn)單。脫硫主要產(chǎn)物為固態(tài)的CaSO₄等，可以作為水泥和熟料生產(chǎn)的原料，也可以作為高硫生產(chǎn)線的脫硫藥劑而進(jìn)一步資源化利用。

(4)過(guò)程無(wú)其他污染物。不產(chǎn)生脫硫廢水、窯尾煙羽等次生污染，同時(shí)還能吸附重金屬、氟化物等污染物。

(5)建設(shè)周期短。固定床主要由鋼構(gòu)架組成，箱體等部件皆模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)建設(shè)周期約為45d。

(6)可在線運(yùn)維。通過(guò)控制各倉(cāng)室的閥門等，可以在線進(jìn)行換藥作業(yè)。

(7)運(yùn)行成本適中。經(jīng)初步測(cè)算，一條5000悄熟料線的窯尾SO₂從300mg/m3降至20mg/m3以下，噸熟料綜合成本約為1.6元，成本優(yōu)于干粉脫硫。

4.2 不足

(1)占地面積大。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和預(yù)計(jì)，處理76萬(wàn)m3/h工況風(fēng)量(約50～55萬(wàn)Nm3/h)占地約900m2，即使兩層設(shè)計(jì)也需要450m2。

(2)投資成本高。根據(jù)對(duì)唐鋼的調(diào)研，處理76萬(wàn)m3/h工況風(fēng)量(標(biāo)況約50～55萬(wàn)Nm3/h)，脫硫設(shè)施投資約6325萬(wàn)元。

根據(jù)鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用成效及水泥行業(yè)的SO₂排放特性，結(jié)合目前水泥行業(yè)的脫硫工藝、運(yùn)行成本及存在的問(wèn)題，固定流化床的脫硫工藝雖有不足，但優(yōu)勢(shì)也較為明顯，適合在水泥行業(yè)進(jìn)行應(yīng)用。另外，后期隨著水泥行業(yè)規(guī)模化應(yīng)用，脫硫成本將會(huì)降低40％。

作者：吳鐵軍，范警衛(wèi)，章嗣福，馬明，李志強(qiáng)

來(lái)源：《安徽海螺水泥股份有限公司》

微信公眾號(hào)：備件網(wǎng)（關(guān)注查詢更多資訊）

（本文來(lái)源網(wǎng)絡(luò)，若涉及版權(quán)問(wèn)題，請(qǐng)作者來(lái)電或來(lái)函聯(lián)系！）