規(guī)流塔技術(shù)在鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣脫硫中的應(yīng)用

1 前言

　　近幾年來，我國(guó)鋼鐵行業(yè)迅猛發(fā)展，環(huán)境與發(fā)展的矛盾也日益突出。鋼鐵工業(yè)要保持可持續(xù)發(fā)展，就必須減少對(duì)環(huán)境的污染，而減少SO2的排放則是鋼鐵工業(yè)減少對(duì)環(huán)境污染的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一?！吨腥A人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》將主要污染物排放總量減少10%的目標(biāo)確定為約束性指標(biāo)，要求鋼鐵行業(yè)燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫等脫硫工程形成脫硫能力30萬噸。但由于近年來燒結(jié)礦料產(chǎn)量增長(zhǎng)過快，小燒結(jié)機(jī)臺(tái)數(shù)眾多，平均單臺(tái)燒結(jié)機(jī)面積小（120m2左右），落后產(chǎn)能所占比重過高，燒結(jié)煙氣脫硫成為鋼鐵企業(yè)SO2減排的重點(diǎn)，減排形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。

2 燒結(jié)煙氣脫硫方法

　　燒結(jié)煙氣脫硫的主要方法有濕法、半干法、活性焦吸附等幾種，其中濕法主要又分為石灰石-石膏法、氨-硫銨法、海水脫硫法、鎂法、鈉法等；半干法從工藝上又分為循環(huán)流化床法、密相干塔、旋轉(zhuǎn)噴霧法、NID法等幾種；活性焦吸附法是一種干法脫硫技術(shù)，在脫硫的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)脫硝、脫二噁英、脫重金屬及粉塵等。

　　所謂干法煙氣脫硫技術(shù)，就是脫硫吸收和產(chǎn)物處理均在干的狀態(tài)下進(jìn)行，具有流程短、無污水廢酸排出、凈化后煙氣溫度高利于煙囪排氣擴(kuò)散、設(shè)備腐蝕小等優(yōu)點(diǎn)，但存在脫硫效率低，設(shè)備龐大等問題。半干法煙氣脫硫技術(shù)是結(jié)合了濕法和干法脫硫的部分特點(diǎn)，吸收劑在濕的狀態(tài)下脫硫，在干燥狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物。也有在干的狀態(tài)下脫硫，在濕的狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物的。濕法脫硫是采用液體吸收劑洗滌SO2煙氣以脫除SO2。常用方法為石灰石/石膏吸收法、鈉堿法、鋁法、催化氧化還原法等，濕法煙氣脫硫技術(shù)因其具有脫硫效率高、適應(yīng)范圍廣、鈣硫比低、技術(shù)成熟、副產(chǎn)物石膏可做商品出售等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為世界上占統(tǒng)治地位的煙氣脫硫方法。但濕法煙氣脫硫技術(shù)也存在投資較大、動(dòng)力消耗大、占地面積大、設(shè)備復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用和技術(shù)要求高、易造成二次污染等缺點(diǎn)。

　　理想的燒結(jié)煙氣脫硫工藝應(yīng)該是具有技術(shù)成熟可靠、風(fēng)險(xiǎn)較小、投資較省、運(yùn)行成本低、脫硫劑來源廣泛、副產(chǎn)品易于處理并且不會(huì)產(chǎn)生二次污染，能回收高質(zhì)量、有廣闊應(yīng)用市場(chǎng)的脫硫副產(chǎn)品，占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，且能符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念要求，并能通過“高效化”、“源化”、“綜合化”最終實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫成本的“經(jīng)濟(jì)化”目標(biāo)。

3 規(guī)流塔脫硫工藝集成系統(tǒng)

　　國(guó)內(nèi)企業(yè)自行研制的FS-04規(guī)流塔高效煙氣除塵脫硫裝置，具有脫硫除塵效果好、用水少、耗電省、成本降低明顯的特點(diǎn)，可廣泛適用于鍋爐、水泥、化工、鋼鐵、制藥、冶金等行業(yè)除塵、脫硫及其它有害氣體的處理或回收。

　3.1 規(guī)流塔脫硫工作原理

　　FS-04規(guī)流塔是在填料塔型上發(fā)展起來的一種全新結(jié)構(gòu)的塔型，它集合了填料塔、湍球塔設(shè)備的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，通過填料球的有規(guī)則流動(dòng)來增強(qiáng)氣、液、固三相接觸，從而達(dá)到高效傳質(zhì)的目的。因此FS-04規(guī)流塔是一種有規(guī)則運(yùn)動(dòng)的填料塔，運(yùn)行原理如圖1所示。

　　FS-04規(guī)流塔采用獨(dú)特的托板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)氣道導(dǎo)流片，使填料球在托板上有一環(huán)形自旋行星運(yùn)動(dòng)軌道，其填料球成環(huán)形運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)又有一個(gè)自轉(zhuǎn)。進(jìn)入到FS-04規(guī)流塔的氣相和液相在自旋行星填料球所形成的一個(gè)較好的傳質(zhì)場(chǎng)中，使氣、液兩相都處于分散狀態(tài)，各分散相在自選行星填料球的運(yùn)動(dòng)下互相撞擊，實(shí)現(xiàn)基元細(xì)化，大大提高各相間接觸的比表面積，增大了傳質(zhì)幾率。同時(shí)在不斷加入的吸收液的作用下，填料球表面液膜實(shí)現(xiàn)高速更新，保持多相間不斷有新物質(zhì)參與反應(yīng)。另外，在FS-04規(guī)流塔傳質(zhì)場(chǎng)內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)中，各物質(zhì)的相同溶質(zhì)遠(yuǎn)離平衡，傳質(zhì)始終保持高速，從而極大提高設(shè)備的分離、反應(yīng)效率。

　　FS-04規(guī)流塔的核心技術(shù)解決了填料塔技術(shù)存在的阻力大、噴嘴堵塞等問題，同時(shí)還解決了湍流技術(shù)中存在的節(jié)涌、溝流、返混等缺陷，是一項(xiàng)高效、穩(wěn)定的傳質(zhì)技術(shù)。由于其氣液固三相接觸好，實(shí)現(xiàn)了極小空間、更少時(shí)間、高效傳質(zhì)的目的。

　3.2 規(guī)流塔主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　由于改變了普通濕法吸收塔的常規(guī)設(shè)計(jì)思路。從關(guān)鍵的吸收段來看，F(xiàn)S-04規(guī)流塔的吸收段主要由規(guī)流氣道、托盤和填料球組成，高度只有300mm，而噴淋塔吸收段高度處于5000～9000mm之間，是其20余倍。吸收塔可完全按用戶實(shí)際要求量身定制，特別適合老廠改造項(xiàng)目、場(chǎng)地狹小及條件多變等情況。

　　FS-04規(guī)流塔布液裝置拋棄了噴淋霧化的布液方式，在整套布液裝置中沒有霧化噴嘴，采用的是普通自來水原理，只要向填料床泵入吸收液，使吸收液在球面上形成一層液膜就可達(dá)到吸收SO2的目的，成功解決了傳統(tǒng)脫硫工藝中噴嘴堵塞的難題（見圖2）。

　　由于在布液裝置中沒有使用霧化噴嘴，因此煙氣通過規(guī)流床后，不會(huì)產(chǎn)生帶水的現(xiàn)象，只用旋流板就可以滿足脫水的要求。因此與傳統(tǒng)的燃煤煙氣脫硫工藝相比，可以省去復(fù)雜的脫水設(shè)置，從而能夠節(jié)省空間和建設(shè)費(fèi)用，并極大地提高了整套設(shè)備的可靠性，如圖3所示。

　　在規(guī)流塔內(nèi)采用雙回路內(nèi)置換熱器，即在外筒內(nèi)中心裝有內(nèi)筒，環(huán)外筒與內(nèi)筒之間裝有多層流化床，流化床上裝有噴淋筒并堆疊有流化球，流化床之間環(huán)內(nèi)筒裝有倒圓錐臺(tái)形集液盤，倒圓錐臺(tái)形集液盤底部裝有灰水管伸出外筒，外筒與內(nèi)筒之間上部裝有煙道進(jìn)、出口和換熱器，外筒頂部裝有觀測(cè)孔，中部裝有洗滌液進(jìn)、出口，底部裝有沖洗水口和灰水出口。鍋爐煙氣從煙道進(jìn)口沿?zé)煿苎h(huán)降溫，有利于脫硫；煙氣經(jīng)過內(nèi)筒除塵脫硫排出時(shí)，升溫有利于抬升煙氣排煙高度。與目前單循環(huán)外置間接式規(guī)流填料塔相比，效率可極大提升，除塵脫硫的潔凈度也進(jìn)一步提高并提高了脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)節(jié)省了昂貴的外置換熱器，造價(jià)低，維護(hù)費(fèi)用低、占地面積小。

　3.3 與同類技術(shù)的對(duì)比分析

　　目前國(guó)內(nèi)用于鍋爐煙氣脫硫除塵的新型一體化裝置的旋流板式和塔板式處理裝置，均已進(jìn)入批量生產(chǎn)階段，但從運(yùn)行情況來看，仍存在噴嘴堵塞和風(fēng)機(jī)帶水等弊端。另外，在我國(guó)煙氣脫硫市場(chǎng)上，仍然是引進(jìn)國(guó)外成熟的石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)，該技術(shù)是一個(gè)典型的化學(xué)過程，原理并不復(fù)雜，關(guān)鍵是要擁有集工程化、大型化、精準(zhǔn)化為一體的脫硫島核心技術(shù)——脫硫塔，才能在大噸位的火電鍋爐上應(yīng)用。

　　FS-04規(guī)流填料塔與同類產(chǎn)品相比，具有巨大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，其與主要脫硫塔的對(duì)比數(shù)據(jù)見下表。由上表可以看出：FS-04規(guī)流填料塔及工藝集成系統(tǒng)的技術(shù)含量高，其各項(xiàng)指標(biāo)和綜合性能超過了各種同類技術(shù)。相比采用其它技術(shù)的脫硫工程，應(yīng)用FS-04規(guī)流填料塔集成系統(tǒng)，建設(shè)成本可節(jié)省40%，運(yùn)行費(fèi)用可減少50%以上。

4 規(guī)流塔技術(shù)的應(yīng)用

　　FS-04規(guī)流填料塔產(chǎn)品研發(fā)成功后，已先后已應(yīng)用于湖南、廣東、重慶等十余?。ㄊ校┑?00多項(xiàng)脫硫工程，并出口至德國(guó)WATM公司、印尼P.T.MMI公司等國(guó)外企業(yè)，運(yùn)行效果良好，獲得了用戶的肯定和好評(píng)。

5 結(jié)論

　　燒結(jié)礦是高爐煉鐵的主要原料，鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生SO2的污染源主要在燒結(jié)工序。因此，加快實(shí)施燒結(jié)煙氣脫硫，減排SO2，是鋼鐵工業(yè)環(huán)境治理急需解決的重要問題。應(yīng)用規(guī)流塔燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)，當(dāng)煙氣變化范圍為 50％～100％，燃煤硫含量在0.2％～5％之間變化時(shí)，其脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行基本不受影響，并且占地面積小，投資低，運(yùn)行維護(hù)成本低，非常適合燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫。該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，可為國(guó)內(nèi)燒結(jié)煙氣脫硫項(xiàng)目節(jié)省巨額建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用。