規流塔技術在鋼鐵行業燒結煙氣脫硫中的應用
作者： 2013年07月22日 來源： 瀏覽量：
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1前言 近幾年來，我國鋼鐵行業迅猛發展，環境與發展的矛盾也日益突出。鋼鐵工業要保持可持續發展，就必須減少對環境的污染，而減少SO2的排放則是鋼鐵工業減少對環境污染的關鍵環節之一。《中華人民共和國國民經
1 前言
近幾年來，我國鋼鐵行業迅猛發展，環境與發展的矛盾也日益突出。鋼鐵工業要保持可持續發展，就必須減少對環境的污染，而減少SO2的排放則是鋼鐵工業減少對環境污染的關鍵環節之一。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》將主要污染物排放總量減少10%的目標確定為約束性指標，要求鋼鐵行業燒結機煙氣脫硫等脫硫工程形成脫硫能力30萬噸。但由于近年來燒結礦料產量增長過快，小燒結機臺數眾多，平均單臺燒結機面積小（120m2左右），落后產能所占比重過高，燒結煙氣脫硫成為鋼鐵企業SO2減排的重點，減排形勢日趨嚴峻。
2 燒結煙氣脫硫方法
燒結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流化床法、密相干塔、旋轉噴霧法、NID法等幾種；活性焦吸附法是一種干法脫硫技術，在脫硫的同時可實現脫硝、脫二噁英、脫重金屬及粉塵等。
所謂干法煙氣脫硫技術，就是脫硫吸收和產物處理均在干的狀態下進行，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散、設備腐蝕小等優點，但存在脫硫效率低，設備龐大等問題。半干法煙氣脫硫技術是結合了濕法和干法脫硫的部分特點，吸收劑在濕的狀態下脫硫，在干燥狀態下處理脫硫產物。也有在干的狀態下脫硫，在濕的狀態下處理脫硫產物的。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，濕法煙氣脫硫技術因其具有脫硫效率高、適應范圍廣、鈣硫比低、技術成熟、副產物石膏可做商品出售等優點，現已成為世界上占統治地位的煙氣脫硫方法。但濕法煙氣脫硫技術也存在投資較大、動力消耗大、占地面積大、設備復雜、運行費用和技術要求高、易造成二次污染等缺點。
理想的燒結煙氣脫硫工藝應該是具有技術成熟可靠、風險較小、投資較省、運行成本低、脫硫劑來源廣泛、副產品易于處理并且不會產生二次污染，能回收高質量、有廣闊應用市場的脫硫副產品，占地面積小等優點，且能符合循環經濟理念要求，并能通過“高效化”、“源化”、“綜合化”最終實現煙氣脫硫成本的“經濟化”目標。
3 規流塔脫硫工藝集成系統
國內企業自行研制的FS-04規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，可廣泛適用于鍋爐、水泥、化工、鋼鐵、制藥、冶金等行業除塵、脫硫及其它有害氣體的處理或回收。
3.1 規流塔脫硫工作原理
FS-04規流塔是在填料塔型上發展起來的一種全新結構的塔型，它集合了填料塔、湍球塔設備的各項優點，通過填料球的有規則流動來增強氣、液、固三相接觸，從而達到高效傳質的目的。因此FS-04規流塔是一種有規則運動的填料塔，運行原理如圖1所示。
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FS-04規流塔采用獨特的托板結構設計，經氣道導流片，使填料球在托板上有一環形自旋行星運動軌道，其填料球成環形運轉的同時又有一個自轉。進入到FS-04規流塔的氣相和液相在自旋行星填料球所形成的一個較好的傳質場中，使氣、液兩相都處于分散狀態，各分散相在自選行星填料球的運動下互相撞擊，實現基元細化，大大提高各相間接觸的比表面積，增大了傳質幾率。同時在不斷加入的吸收液的作用下，填料球表面液膜實現高速更新，保持多相間不斷有新物質參與反應。另外，在FS-04規流塔傳質場內的化學反應中，各物質的相同溶質遠離平衡，傳質始終保持高速，從而極大提高設備的分離、反應效率。
FS-04規流塔的核心技術解決了填料塔技術存在的阻力大、噴嘴堵塞等問題，同時還解決了湍流技術中存在的節涌、溝流、返混等缺陷，是一項高效、穩定的傳質技術。由于其氣液固三相接觸好，實現了極小空間、更少時間、高效傳質的目的。
3.2 規流塔主要結構特點
由于改變了普通濕法吸收塔的常規設計思路。從關鍵的吸收段來看，FS-04規流塔的吸收段主要由規流氣道、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際要求量身定制，特別適合老廠改造項目、場地狹小及條件多變等情況。
FS-04規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到吸收SO2的目的，成功解決了傳統脫硫工藝中噴嘴堵塞的難題（見圖2）。
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由于在布液裝置中沒有使用霧化噴嘴，因此煙氣通過規流床后，不會產生帶水的現象，只用旋流板就可以滿足脫水的要求。因此與傳統的燃煤煙氣脫硫工藝相比，可以省去復雜的脫水設置，從而能夠節省空間和建設費用，并極大地提高了整套設備的可靠性，如圖3所示。
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在規流塔內采用雙回路內置換熱器，即在外筒內中心裝有內筒，環外筒與內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，流化床之間環內筒裝有倒圓錐臺形集液盤，倒圓錐臺形集液盤底部裝有灰水管伸出外筒，外筒與內筒之間上部裝有煙道進、出口和換熱器，外筒頂部裝有觀測孔，中部裝有洗滌液進、出口，底部裝有沖洗水口和灰水出口。鍋爐煙氣從煙道進口沿煙管循環降溫，有利于脫硫；煙氣經過內筒除塵脫硫排出時，升溫有利于抬升煙氣排煙高度。與目前單循環外置間接式規流填料塔相比，效率可極大提升，除塵脫硫的潔凈度也進一步提高并提高了脫硫系統運行的穩定性。同時節省了昂貴的外置換熱器，造價低，維護費用低、占地面積小。
3.3 與同類技術的對比分析
目前國內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，均已進入批量生產階段，但從運行情況來看，仍存在噴嘴堵塞和風機帶水等弊端。另外，在我國煙氣脫硫市場上，仍然是引進國外成熟的石灰石-石膏濕法脫硫技術，該技術是一個典型的化學過程，原理并不復雜，關鍵是要擁有集工程化、大型化、精準化為一體的脫硫島核心技術——脫硫塔，才能在大噸位的火電鍋爐上應用。
FS-04規流填料塔與同類產品相比，具有巨大的競爭優勢，其與主要脫硫塔的對比數據見下表。由上表可以看出：FS-04規流填料塔及工藝集成系統的技術含量高，其各項指標和綜合性能超過了各種同類技術。相比采用其它技術的脫硫工程，應用FS-04規流填料塔集成系統，建設成本可節省40%，運行費用可減少50%以上。
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4 規流塔技術的應用
FS-04規流填料塔產品研發成功后，已先后已應用于湖南、廣東、重慶等十余省（市）的300多項脫硫工程，并出口至德國WATM公司、印尼P.T.MMI公司等國外企業，運行效果良好，獲得了用戶的肯定和好評。
5 結論
燒結礦是高爐煉鐵的主要原料，鋼鐵工業產生SO2的污染源主要在燒結工序。因此，加快實施燒結煙氣脫硫，減排SO2，是鋼鐵工業環境治理急需解決的重要問題。應用規流塔燒結煙氣脫硫技術，當煙氣變化范圍為 50％～100％，燃煤硫含量在0.2％～5％之間變化時，其脫硫系統的運行基本不受影響，并且占地面積小，投資低，運行維護成本低，非常適合燒結機煙氣脫硫。該項技術的推廣應用，可為國內燒結煙氣脫硫項目節省巨額建設投資和運行費用。
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