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石灰石／石膏法在烧结机头烟气治理中的应用

职丽丽

(内蒙古包头市包钢钢联股份有限公司炼铁厂)

摘 要：根据石灰石／石膏法的脱硫原理，结合在包钢炼铁厂四烧车间烧结机头的实际应用，对运行过程中影响脱硫效率的因素和出现的堵塞、结垢等问题进行分析并提出解决方法，提高了脱硫效率，系统得到了稳定运行。

关 键 词：脱硫工艺；结垢；堵塞；脱硫效率

“十二五”期间国家转变发展方式，钢铁行业的节能减排是重中之重，其生产过程产生的二氧化硫排放量很大，是环境空气污染的重要来源之一，存在较大的减排空间。而炼铁厂烧结矿原料中S、F含量较高，适当地选择、配入含硫低的原料，是控制烧结烟气中SO2排放量简单易行、有效的措施之一。但低含硫原料配入法对原料含硫要求严格，使原料来源受到一定限制，烧结矿的生产成本也会随着低硫原料价格的上涨而增加，因此推广有较大难度。同时在我国对大气污染物实行的浓度和排放总量都必须同时达标(困家标准)，因此高娴囱排放在我国受到限制。而烟气脱硫法是治理烧结烟气SO2污染的有效方法之一[1]。

1 烧结机头烟气脱硫系统概述

1．1 化学反应原理：

烟气经气喷管进入吸收塔浆液池后与石灰石浆液充分接触，使气液两相高度旋冲混合，延长气相在液相中的停留时间，以浆液为连续相气体为高度分散相进行气液传质，烟气中SO2溶解于水并与石灰石浆液反应生成亚硫酸钙(CaSO3·1／2H2O)，同时在鼓入大量空气条件下，使亚硫酸钙CaSO3·1／2H2O氧化生成二水石膏(CaSO4·2H2O)，从而达到降低烟气中SO2含量的目的，该吸收过程发生的化学反应如下：

①CaCO3+SO2+H2O→CaSO3·1／2H2O+1／2H2O+CO2

②CaSO3·1／2H2O+1／2O2+3／2H2O→CaSO4·2H2O

1．2 工艺流程：

烧结烟气经烧结机头主抽风机出口，通过脱硫增压风机后，首先进入脱硫前预处理装置，进行脱硫前的脱氟(此阶段脱氟率80％左右)、冷却(烟气温度降至60℃左右)处理；处理后的烟气再进入脱硫塔，在脱硫塔内进行SO2的去除反应(脱硫效率97％以上)、烟粉尘的净化(出口烟粉尘排放值小于30mg／m3)、二次脱氟(此阶段脱氟率15％以上)等一系列过程，净化后的烟气经过塔上部及组合式除雾器除去烟气中水滴后，再经净烟囱排入大气中(见图1)。

1．3 设计参数

烟气量：14500×4m3／min(四条烟道)

烟气温度：53—200℃(一般90．130℃)

烟气含水率：6—10％

风机进口处负压：﹣16500Pa

粉尘浓度：200mg／Nm3左右(机头电除尘器后)

HF浓度：<100mg／Nm3

S02浓度：1188—5292mg／Nm3(平均3000mg／Nm3)

2 系统运行分析

2．1 对脱硫效率的影晌

2．1．1 浆液pH值对效率的影响

维持吸收浆液pH值在一定的范围内对于保证稳定的脱硫效率、防止吸收塔结垢堵塞情况的发生至关重要。高pH值浆液有利于SO2的吸收效果，但易结垢；而低的pH值有利于Ca的析出，不利于SO2的吸收且易腐蚀，两者相互对立。本系统现场监测数据见表1，pH值变化与脱硫效率关系见图2。由图2可知，浆液pH值在5．4以下时，脱硫效率急剧下降，浆液pH值在5．6以上时，脱硫效率在90％以上，但浆液pH值超过5．75以后脱硫效率增加不明显。

2．1．2 反应塔液位对脱硫效率的影响

反应塔内液位的高低直接影响到系统阻力损失和脱硫效率，故需精确控制。改变液位是调控系统脱硫效率的有效手段，但液位过高，系统压损和能耗将急剧增加。本系统现场监测数据见表2，浆液液位变化与脱硫效率关系见图3。由图3可知，液位在5．4m以下时，脱硫效率急剧下降，浆液液位在5．8m以上时，脱硫效率在90％以上，但浆液液位超过6m以后脱硫效率增加不明显。

2．1．5 入塔烟温对脱硫效率的影响

入塔烟气温度过低，会使H2SO3与CaCO3的反应速率降低，增加了设备能耗和系统水耗；入塔烟气温度过高，会导致冷却器、吸收塔结垢等问题，还会危及塔内防腐安全。从目前运行的状况来看，入塔烟温控制在50～70℃。

2．1．4 其它影响因素

该系统采用250目筛石灰石，制成浓度范围在20％～35％的石灰石浆液(根据入口SO2浓度调整配比，保证稳定的浆液pH值)，可使吸收反应充分，加快吸收速率；烟气中所带的烟尘也会在一定程度上影响SO2与脱硫剂的接触，降低脱硫效率，因此要提高净化系统前电除尘的效率，要使入口粉尘浓度在200mg／Nm3以下。

3 存在问题分析及解决对策

3．1 存在问题

结垢是湿法脱硫工艺中常见的问题，是影响系统稳定运行的重要因素，可造成吸收塔、管道、喷嘴、除雾器堵塞，严重的结垢还会导致系统压损增大[2]。本系统自投运以来，结垢问题也逐渐暴露出来，且是目前存在的突出问题。根据原烟气的走向，结垢、堵塞主要发生在预处理段、吸收塔段、除雾器段。

3．2 解决措施

3．2．1 预处理段

预处理段结垢主要发生在预处理段内壁和二级冷却喷嘴处，经监测主电除尘器出口粉尘浓度在300mg／m3左右，未达到其设计要求。含尘烟气瞬间从水平方向高速率流过，喷射出的浆液和粉尘混合，一部分沿回流管回到吸收塔内，另一部分被烟气带走，在反应塔入口上升管柱壁上沉积，造成结垢(见图4)；同时二级浆液冷却泵因故障停用时，会造成二级冷却浆液喷嘴堵塞，影响喷射(见图5、图6)。

因此提高主电除尘器的除尘效率，使粉尘浓度达到200mg／Nm3以下；定期检查喷嘴堵塞、脱落情况；定期清理沉积在管壁上的泥浆，是减少烟气阻力，防止抽烟机室倒烟，减少结垢现象发生的有效措施。因氟化氢、氯化氢等物质极易溶于水，可在二级冷却段采用循环水进行冷却处理，也可有效减少上升管壁泥浆沉积；同时加大二级冷却浆液流量也是防止结垢的重要技术措施。由于预处理段面壁喷嘴冲洗不及时，会造成喷嘴堵塞、结垢，所以要定时定量开启面壁冲洗水以减少预处理段内壁结垢的问题。

3．2．2 反应塔内部

从反应塔内部来看，塔内壁有结垢现象，尤其是在反应塔内浆液搅拌器周围、喷曝管和氧化风管的内壁(见图7)。

吸收液pH值的波动是影响反应塔内部结垢的重要因素之一。低pH值使亚硫酸盐溶解度急剧上升，会有石膏在很短时间内大量产生并析出，产生硬垢；而高pH值会使亚硫酸盐溶解度降低，引起亚硫酸盐析出，产生软垢。所产生的硬垢和软垢会附着在浆液搅拌器周围、喷曝管和氧化风管的内壁。

而系统氧化程度也是影响结垢的重要因素，氧化能力低甚至无氧化发生的条件下，会使亚硫酸钙不能完全氧化而发生结垢，甚至出现堵塞现象。同时如吸收塔内石膏浓度超过了浆液的吸收极限，虽有搅拌器但仍会有“死区”，石膏将会以晶体的形式开始沉积，导致吸收塔内结垢。

因此要提高氧化风机出口风量，使氧化反应趋于完全，控制亚硫酸钙的氧化率在95％以上，保持浆液中有足够密度的石膏晶种；同时要稳定控制浆液pH值，尤其避免运行中浆液pH值的急剧变化，减缓钙的结垢、堵塞速率，从而提高系统的可靠性。

3．2．3 除雾器内部

除雾器是湿法脱硫装置中不可缺少的一部分，脱硫装置入口除尘效果不好，粉尘会随烟气附着在叶片上或结晶的硫酸钙上；同时烟气在上升过程中，亚硫酸钙被烟气带到除雾器上氧化成硫酸钙结垢后附着到除雾器上，造成除雾器结垢，尤其是在除雾器入口处结垢现象比较严重(见图8)。

要控制水蒸发量和蒸发速度，控制好浆液pH值，控制浆液中易于结晶的物质不要过饱和，是减少除雾器结垢的有效措施，同时加强主电除尘器的效率，降低粉尘浓度，定时清洗除雾器叶片，防止冲洗喷头堵塞也是防止除雾器结垢的有效办法。

3．3 运行效果

现场对主电除尘器加强运行操作，提高电除尘器的效率，使出口粉尘达到设计要求，以解决烟气中粉尘含量高的问题。在容易结垢的部位，定时进行清洗喷嘴、除雾器叶片，保证不堵塞；同时利用检修的机会人工进清理结垢严重的地方。目前反应塔上升管壁结垢、反应塔底的沉积物质通过定期的人工清理，得到好的效果；除雾器入口堵塞情况明显改善。同时加强脱硫运行人员的操作水平和自身工作能力，严格按照运行规程操作，规定的各种参数达到系统工艺要求，减少因操作原因造成的结垢影响。

4 结束语

吸收浆液pH值、吸收塔液位、入塔烟温是包钢炼铁厂四烧车间烧结机烟气脱硫工艺的主要影响因素，而结垢是整个系统主要存在的问题，仍需寻求更合理的解决方法。目前该套脱硫系统可保证稳定运行。每年可为四烧车间减少上万吨的二氧化硫和几百吨的氟化物排放，改善了周边大气环境。

参 考 文 献：

[1]   王晓泳《我国烧结脱硫现状分析》工业安全与环保，2007年第33卷第12期．

[2]   马磊《石灰石／石灰湿法烟气脱硫结垢的机理及控制》工业安全与环保，2007年第33卷第9期．