陳 新

(江蘇永紀(jì)化工設(shè)備有限公司，江蘇揚(yáng)州 225117)

燒結(jié)煙氣活性焦脫硫再生SO2煙氣制酸裝置設(shè)計(jì)與優(yōu)化

陳 新

(江蘇永紀(jì)化工設(shè)備有限公司，江蘇揚(yáng)州 225117)

介紹了鋼鐵行業(yè)燒結(jié)機(jī)煙氣活性焦脫硫技術(shù)的原理、工藝流程及技術(shù)特點(diǎn)。重點(diǎn)介紹了脫硫系統(tǒng)中再生SO2煙氣制酸裝置的工藝路線和設(shè)備選擇。針對(duì)再生SO2煙氣的特點(diǎn)，制酸裝置凈化工序采用三級(jí)洗滌、二級(jí)除霧流程；干吸工序采用“塔—槽—泵—器—塔”泵后冷卻流程?；钚越姑摿蛎撓跫夹g(shù)可同時(shí)脫除多種污染物，脫硫后的再生SO2氣體可用于硫酸生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)硫資源循環(huán)利用。

燒結(jié)機(jī) 煙氣 活性焦 脫硫 再生 二氧化硫 硫酸生產(chǎn) 凈化

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，鋼鐵行業(yè)將執(zhí)行新的《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。按照新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，目前大約70%的鋼鐵企業(yè)未達(dá)到新的排放標(biāo)準(zhǔn)。作為傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)中的高能耗、高污染的鋼鐵行業(yè)將成為關(guān)注的重點(diǎn)。加大環(huán)境保護(hù)和生態(tài)文明建設(shè)布局，改善大氣環(huán)境質(zhì)量，將是“十三五”規(guī)劃布局的一個(gè)重要方向。

1 鋼鐵行業(yè)燒結(jié)(球團(tuán))煙氣脫硫技術(shù)現(xiàn)狀

鋼鐵企業(yè)污染物排放量?jī)H次于火電行業(yè)，位居第二。SO2排放主要污染物來源于燒結(jié)(球團(tuán))工序，燒結(jié)機(jī)產(chǎn)生的SO2排放量占整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)總排放量的60%[1]。其中燒結(jié)機(jī)頭煙氣含有塵、SO2、SO3、NOx、二噁英、HCl、HF、重金屬等多種污染物，燒結(jié)機(jī)尾煙氣、供配料系統(tǒng)、篩分整粒系統(tǒng)產(chǎn)生的污染物以煙塵為主。目前，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫系統(tǒng)已建成了多套濕法、干法及半干法脫硫裝置，部分脫硫裝置在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)了一些問題，如脫硫效率不高、管道設(shè)備堵塞腐蝕嚴(yán)重、尾氣煙囪出現(xiàn)大量的白色煙羽、形成石膏雨等[2]。經(jīng)過對(duì)多種脫硫工藝的對(duì)比和研究，筆者提出燒結(jié)煙氣脫硫應(yīng)由濕法工藝向干法工藝轉(zhuǎn)變，由脫除單一污染物向同時(shí)脫除多種污染物技術(shù)轉(zhuǎn)變，由單純脫除工藝向可資源回收型工藝轉(zhuǎn)變。

1.1 煙氣干法脫硫技術(shù)特點(diǎn)

干法脫硫主要有活性炭(焦)吸附法、電子束照射法(EBA)，其中活性炭(焦)吸附法脫硫效率在95%～99%，兼具脫硫、脫硝、脫汞、脫二噁英等多重功效。該技術(shù)在德國(guó)BF、日本住友重工、三井礦山、美國(guó)Foster-Wheeler、韓國(guó)浦項(xiàng)、現(xiàn)代制鐵等公司已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用[3]。采用活性焦脫硫的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)低溫脫硝，無需SCR脫硝裝置要求的350～400 ℃溫度，同時(shí)可以脫除重金屬、二噁英等污染物。脫硫后的副產(chǎn)物再生SO2氣體可以制取工業(yè)硫酸，回收硫資源，是一個(gè)可資源回收利用的脫硫技術(shù)。

當(dāng)前廣泛應(yīng)用的石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)存在耗水量大、二次污染等問題，活性焦煙氣脫硫技術(shù)可同時(shí)多效脫除多種污染物并回收硫資源，脫硫后尾氣排煙溫度(100～150 ℃)高于濕法脫硫工藝，有利于脫硫后的煙氣抬升和擴(kuò)散，不產(chǎn)生白色的煙羽，能夠減少霧霾生成；對(duì)于我國(guó)煤炭資源豐富但水資源匱乏的西部地區(qū)具有良好的應(yīng)用前景。2009年，國(guó)內(nèi)太原鋼鐵集團(tuán)有限公司從日本住友金屬有限公司引進(jìn)了活性焦脫硫脫硝技術(shù)，用于450 m2和660 m2燒結(jié)機(jī)煙氣綜合治理。該脫硫裝置于2010年8月順利投產(chǎn)運(yùn)行，取得了良好的示范作用[4]。2015年5月上海克硫公司自主研發(fā)、具有國(guó)內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的可資源化活性焦干法脫硫技術(shù)[5]，已經(jīng)成功應(yīng)用于江蘇聯(lián)峰鋼鐵集團(tuán)有限公司(永鋼)2號(hào)450 m2燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫，同年10月，山東日照鋼鐵集團(tuán)有限公司2號(hào)600 m2燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫裝置也順利投入運(yùn)營(yíng)，各項(xiàng)工藝指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)值。經(jīng)出口尾氣在線CEMS系統(tǒng)測(cè)定，排放尾氣SO2質(zhì)量濃度為15.2 mg/m3，低于設(shè)計(jì)值SO2小于或等于100 mg/m3，SO2脫硫效率大于97.94%；在沒有噴氨的條件下，尾氣NOx排放質(zhì)量濃度153.9 mg/m3，顆粒物排放質(zhì)量濃度16.3 mg/m3，滿足《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求。

2 活性焦脫硫脫硝

2.1 活性焦脫硫脫硝原理

活性焦法脫硫工藝以活性焦為脫硫劑?；钚越贡缺砻娣e大，為SO2的物理吸附、化學(xué)吸附提供了有利的條件。在脫硫塔內(nèi)，SO2與煙氣中的O2，H2O發(fā)生反應(yīng)生成H2SO4，并被吸附在活性焦孔隙中。吸附飽和的活性焦經(jīng)傳輸設(shè)備送至再生塔再生，通過熱風(fēng)爐將再生塔內(nèi)的活性焦加熱至400～450 ℃，吸附生成的H2SO4在再生塔高溫區(qū)域內(nèi)被分解為SO3和水蒸氣，SO3氣體與活性焦發(fā)生還原反應(yīng)，生成SO2氣體，再生后的高濃度SO2富集煙氣經(jīng)煙道送往制酸系統(tǒng)，生產(chǎn)w(H2SO4)98%商品硫酸?；钚越菇?jīng)再生后恢復(fù)吸附能力，重新輸送至脫硫塔頂部，循環(huán)利用。在活性焦吸附脫硫系統(tǒng)噴入氨氣，NH3與NOx在活性焦的催化還原作用下生成N2，實(shí)現(xiàn)脫硝，脫硝率一般在40%～50%。

2.2 活性焦脫硫工藝流程簡(jiǎn)介

活性焦脫硫工藝流程見圖1。

圖1 活性焦脫硫工藝流程

活性焦脫硫主要由煙氣系統(tǒng)、吸附凈化系統(tǒng)、活性焦再生系統(tǒng)、物料循環(huán)輸送系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、制酸系統(tǒng)、氨站系統(tǒng)組成[5]。溫度為120～130 ℃燒結(jié)煙氣由增壓風(fēng)機(jī)送入脫硫塔進(jìn)氣室，煙氣均勻流向兩側(cè)吸附層，并與自上而下、依靠重力緩慢移動(dòng)的活性焦錯(cuò)流接觸；煙氣中SO2、NOx、煙塵等污染物被活性焦吸附，凈化后煙氣穿過出氣面格柵板，匯入出氣室，經(jīng)凈煙道系統(tǒng)，通過燒結(jié)主煙囪達(dá)標(biāo)排放。吸附飽和的活性焦由吸附層下部錐斗排出，經(jīng)卸料器、1#鏈斗機(jī)等設(shè)備輸送至再生塔。在塔內(nèi)，活性焦被加熱至450 ℃，吸附在活性焦孔隙內(nèi)的H2SO4在高溫作用下被分解為SO2和水蒸氣，恢復(fù)活性后的活性焦通過2#鏈斗機(jī)重新輸送至脫硫塔循環(huán)使用。為維持脫硫系統(tǒng)物料平衡，通過儲(chǔ)料倉及時(shí)補(bǔ)充消耗的活性焦。再生過程中釋放的高濃度SO2氣體通過再生風(fēng)機(jī)送往制酸系統(tǒng)。

脫硫塔為整個(gè)脫硫系統(tǒng)的核心，其功能是通過活性焦的吸附、催化、過濾作用去除煙氣中的SO2、NOx、粉塵等多種污染物。為提高脫硫效率和活性焦利用率，目前脫硫塔采用錯(cuò)流式、兩級(jí)塔結(jié)構(gòu)，脫硫塔下層焦層主要進(jìn)行脫硫，上層焦層主要實(shí)現(xiàn)脫硝功能。

2.3 活性焦脫硫技術(shù)特點(diǎn)

活性焦脫硫與傳統(tǒng)的石灰石-石膏法、氨法、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法相比具有以下特點(diǎn)：

1) 脫硫效率高，可達(dá)95%以上，同時(shí)具備脫硝、脫汞、脫除二噁英等各種污染物凈化集成功能，并且對(duì)重金屬粉塵具有一定的攔截作用。

2) 脫硫后尾氣排煙溫度在120～130 ℃，不需要煙氣再加熱系統(tǒng)，減少尾氣煙囪冒大白煙的現(xiàn)象，減少石膏雨及霧霾生成。

3) 脫硫完全采用干法工藝，不消耗水，特別適合于水資源匱缺的地區(qū)。

4) 在脫硫減排的同時(shí)，可以回收硫資源，生產(chǎn)w(H2SO4)98%商品硫酸，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。

5) 硫酸尾氣不外排，重新返回脫硫系統(tǒng)，循環(huán)吸附，實(shí)現(xiàn)硫酸尾氣“零”排放。

3 再生SO2煙氣制酸工藝設(shè)計(jì)及優(yōu)化

再生SO2煙氣通過高溫管道送至制酸系統(tǒng)，經(jīng)濕法凈化洗滌降溫、除塵除霧后，與經(jīng)過空氣過濾器過濾后的空氣配氣后進(jìn)入干燥塔?？紤]再生煙氣中CO含量的影響，控制煙氣O2與SO2體積比在1.5～2.0，然后采用w(H2SO4)93%濃硫酸干燥煙氣中水分，經(jīng)SO2增壓送至轉(zhuǎn)化系統(tǒng)；轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成的SO3氣體經(jīng)過w(H2SO4)98%酸吸收后，制酸尾氣返回脫硫系統(tǒng)，進(jìn)行循環(huán)吸附，尾氣不外排。目前制酸工藝主要采用二轉(zhuǎn)二吸或一轉(zhuǎn)一吸流程，凈化工藝一般采用“動(dòng)力波洗滌器+冷卻塔+動(dòng)力波洗滌器(或洗滌塔)+二級(jí)電除霧器”三級(jí)洗滌、二級(jí)除霧流程，對(duì)于溫度及含塵量較高的再生煙氣可以采用四級(jí)洗滌，預(yù)設(shè)增濕塔，先行降溫除塵，再進(jìn)入后續(xù)洗滌設(shè)備；干吸工序基本采用常規(guī)配置，采用“塔—槽—泵—器—塔”泵后冷酸流程，但設(shè)備材質(zhì)選擇必須滿足工藝要求，同時(shí)成品酸的品質(zhì)要求達(dá)到GB/T 534—2014《工業(yè)硫酸》一等品標(biāo)準(zhǔn)。轉(zhuǎn)化工藝一般采用“3+1”ⅢⅠ-ⅣⅡ兩次轉(zhuǎn)化換熱工藝流程，或一轉(zhuǎn)一吸工藝流程。一轉(zhuǎn)一吸相比二轉(zhuǎn)二吸流程具有投資省、占地面積小、能耗低等特點(diǎn)，因此，目前采用此流程相對(duì)較多，但由于其轉(zhuǎn)化率在約96%，硫酸尾氣SO2濃度遠(yuǎn)高于二轉(zhuǎn)二吸工藝尾氣濃度，尾氣返回活性焦吸附系統(tǒng)會(huì)相應(yīng)增加活性焦循環(huán)量和再生反應(yīng)能耗，但由于其煙氣量較小，影響并不明顯。

3.1 再生SO2煙氣成分

目前國(guó)內(nèi)外采用活性焦脫硫工藝主要用于鋼鐵、火電、化工等行業(yè)，煙氣量從每小時(shí)十幾萬立方米至幾百萬立方米不等，煙氣中含有SO2，SO3，CO，CO2，H2O，NOx，HF，HCl，VOC，二噁英，以及少量的Hg、As重金屬等。由于活性焦強(qiáng)大的吸附功能，原煙氣中SO2及其大量有害雜質(zhì)幾乎全部被富集在再生煙氣中，煙氣中有害雜質(zhì)濃度達(dá)到了相對(duì)較高的程度。尤其是HF，HCl，NH3(脫硝時(shí)產(chǎn)生)，Hg，As等不僅腐蝕和堵塞工藝管道、設(shè)備，而且對(duì)催化劑活性、成品酸品質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，針對(duì)再生煙氣成分復(fù)雜、高溫、高塵、高濕含量等特點(diǎn)，濕法凈化工藝流程選擇與確定是整個(gè)制酸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

國(guó)內(nèi)外活性焦脫硫脫硝設(shè)計(jì)公司主要有日本住友重工、日本東洋(上海)、奧地利英特佳(德國(guó)WKV公司技術(shù))、上?？肆颦h(huán)保、中冶長(zhǎng)天、中國(guó)一重等。再生塔出口煙氣主要成分見表1。

表1 再生塔出口煙氣主要成分

再生塔出口煙氣溫度380～420 ℃，再生塔出口壓力-500 Pa，煙氣粉塵質(zhì)量濃度約2 g/m3，主要為活性焦粉，約占總塵量85%，金屬Hg質(zhì)量濃度約為51 mg/m3。在再生煙氣成分中，有的脫硫公司沒有明確給出SO3的含量，但理論上從再生反應(yīng)的機(jī)理分析判斷，脫硫吸附反應(yīng)生成的H2SO4在再生過程高溫條件下，H2SO4分解生成SO3氣體。實(shí)際生產(chǎn)表明，制酸裝置凈化電除霧器除下來的酸霧，硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常在1%～2%，因此需要考慮SO3含量，尤其是對(duì)露點(diǎn)的影響。

3.2 凈化工序

制酸凈化工序工藝流程見圖2。

再生煙氣凈化工藝一般采用“動(dòng)力波洗滌器+冷卻塔+動(dòng)力波洗滌器(或洗滌塔)+二級(jí)電除霧器”三級(jí)洗滌、二級(jí)除霧流程，稀酸板式換熱器采用循環(huán)冷卻水與稀酸間壁換熱，冷卻循環(huán)稀酸。溫度為380～420 ℃的再生煙氣進(jìn)入動(dòng)力波洗滌器進(jìn)行絕熱增濕降溫，溫度降至80～82 ℃，再進(jìn)入第二級(jí)填料冷卻塔進(jìn)一步降溫除雜質(zhì)。通過稀酸板式換熱器移熱，煙氣溫度降至40 ℃以下，然后進(jìn)入第三級(jí)洗滌塔(或動(dòng)力波洗滌器)再進(jìn)一步洗滌除雜質(zhì)，將超細(xì)粉塵顆粒物及液滴凝結(jié)成霧核，經(jīng)一級(jí)、二級(jí)電除霧器除霧，最后經(jīng)配氣后進(jìn)入干燥塔。由于再生煙氣中含有HCl，HF，NH3及微量的金屬Hg，因此需要對(duì)有害雜質(zhì)進(jìn)行多級(jí)洗滌，確保凈化工藝指標(biāo)。

圖2 制酸凈化工序工藝流程

在凈化設(shè)計(jì)中，第一級(jí)采用動(dòng)力波洗滌器，煙氣中大部分粉塵、氯、氟、氨被洗滌除去。為確保雜質(zhì)脫除效率，采用由后向前進(jìn)行串酸，并適當(dāng)補(bǔ)充一次水，在低溫、低濃度的條件下增加雜質(zhì)在循環(huán)液中溶解度，控制一級(jí)循環(huán)液酸w(H2SO4)約3%。若煙氣中含氟氯較高，需要考慮設(shè)備材質(zhì)的選擇；當(dāng)循環(huán)液中氟、氯根離子質(zhì)量濃度大于3 g/L時(shí)，建議稀酸板式換熱器材質(zhì)最好選用G30材質(zhì)；若煙氣中含氟較高，所有設(shè)備及管道應(yīng)采用耐氟玻璃鋼材質(zhì)，同時(shí)增設(shè)水玻璃溶解槽，添加硅酸鈉溶液(模數(shù)3.2～3.3)除氟，筆者已經(jīng)在2009年韓國(guó)現(xiàn)代制鐵2×550 m2燒結(jié)機(jī)煙氣活性焦脫硫制酸凈化裝置中成功運(yùn)用，達(dá)到了良好的控制效果。若煙氣中含Hg相對(duì)較高，可以采用Na2S法，反應(yīng)生成HgS沉淀，經(jīng)沉降、過濾、壓濾后濾餅堆埋，或返回原料配料系統(tǒng)；Na2S制備時(shí)產(chǎn)生的部分H2S氣體經(jīng)堿液洗滌后排空。若煙氣中含有NH3(脫硝時(shí)產(chǎn)生)，與H2SO4反應(yīng)生成(NH4)2SO3，NH4HSO3，(NH4)2SO4等硫酸鹽，與HCl反應(yīng)生成NH4Cl，在第一級(jí)洗滌中，盡可能增大有害雜質(zhì)溶解度，防止溶液過飽和產(chǎn)生結(jié)晶，堵塞設(shè)備和工藝管道；在二級(jí)循環(huán)系統(tǒng)中，控制循環(huán)酸w(H2SO4)1%，同時(shí)需防止硫酸鹽結(jié)晶堵塞稀酸板式換熱器，建議一、二級(jí)循環(huán)系統(tǒng)各增設(shè)1臺(tái)波美比重計(jì)，控制循環(huán)液密度。再生煙氣中有害雜質(zhì)經(jīng)過凈化工序三級(jí)洗滌、二級(jí)除霧后，煙氣中塵質(zhì)量濃度小于或等于2 mg/m3、氟質(zhì)量濃度小于或等于2 mg/m3、硫酸霧質(zhì)量濃度小于或等于5 mg/m3、φ(HCl)小于或等于0.01%、φ(NH3)小于或等于0.01%，滿足了凈化指標(biāo)要求。

3.3 干吸工序

干吸工序采用“塔—槽—泵—器—塔”泵后冷卻流程。凈化后煙氣與過濾后空氣混合進(jìn)入干燥塔，用w(H2SO4)93%硫酸噴淋吸收煙氣中水分，使煙氣中的水分降至0.1 g/m3以下，經(jīng)金屬絲網(wǎng)除沬后由SO2鼓風(fēng)機(jī)將煙氣增壓送至轉(zhuǎn)化工序。從轉(zhuǎn)化器第三層出來的轉(zhuǎn)化氣經(jīng)Ⅲ換熱器降溫至185 ℃左右進(jìn)入第一吸收塔，塔內(nèi)用w(H2SO4)98%硫酸淋灑吸收其SO3，經(jīng)塔頂玻璃纖維除霧器后，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化。來自轉(zhuǎn)化器第四層的二次轉(zhuǎn)化氣降溫至145 ℃左右進(jìn)入第二吸收塔，塔內(nèi)用w(H2SO4)98%硫酸淋灑吸收其中SO3，經(jīng)塔頂玻璃纖維除霧器后，尾氣返回脫硫系統(tǒng)；干吸塔w(H2SO4)93%酸和w(H2SO4)98%酸通過相互串酸維持酸濃平衡。在儀表PLC自控方面，采用了干燥塔、一吸塔串酸自調(diào)、一吸塔加水自調(diào)、w(H2SO4)98%產(chǎn)酸自調(diào)等多條控制回路，控制酸濃和循環(huán)槽液位，同時(shí)循環(huán)槽液位均設(shè)置了現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)傳功能液位計(jì)，上、下限液位自動(dòng)報(bào)警、酸冷卻器漏酸報(bào)警裝置等，在干吸循環(huán)槽及成品庫區(qū)附近設(shè)計(jì)了洗眼器、應(yīng)急水池，確保干吸工序安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4 轉(zhuǎn)化工序

轉(zhuǎn)化工藝一般采用“3+1”ⅢⅠ-ⅣⅡ兩次轉(zhuǎn)化換熱工藝流程，或一次工藝流程。來自SO2風(fēng)機(jī)煙氣依次經(jīng)過Ⅲ、Ⅰ換熱器管間，與三層、一層出口的高溫SO3氣換熱，溫度升至425 ℃進(jìn)入轉(zhuǎn)化器第一層，經(jīng)一、二、三層轉(zhuǎn)化，高溫轉(zhuǎn)化氣經(jīng)Ⅲ換熱器降溫至185 ℃后進(jìn)入第一吸收塔，用w(H2SO4)98%硫酸淋灑吸收其SO3。來自第一吸收塔出口的煙氣再依次經(jīng)Ⅳ、Ⅱ換熱器管間與第四層、第二層出口的高溫轉(zhuǎn)化氣換熱，升溫至420 ℃后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器第四層。經(jīng)轉(zhuǎn)化器四層進(jìn)行轉(zhuǎn)化后，高溫氣體經(jīng)Ⅳ換熱器換熱，溫度降至145 ℃后進(jìn)入第二吸收塔，用w(H2SO4)98%硫酸淋灑吸收其SO3，SO2總轉(zhuǎn)化率可達(dá)99.83%以上。

采用活性焦法脫硫，再生煙氣制酸后的尾氣可返回脫硫吸附系統(tǒng)。硫酸尾氣量?jī)H占燒結(jié)機(jī)煙氣量的0.18%～0.21%，對(duì)脫硫裝置設(shè)備影響不大，但需考慮脫硫系統(tǒng)脫硫負(fù)荷有所增加。轉(zhuǎn)化系統(tǒng)一次轉(zhuǎn)化與兩次轉(zhuǎn)化流程相比較，涉及到制酸裝置投資和運(yùn)行費(fèi)用，并且影響到活性焦脫硫運(yùn)行費(fèi)用。對(duì)于制酸二轉(zhuǎn)二吸流程而言，總轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到99.83%以上，總吸收效率達(dá)到99.99%。二吸塔出口尾氣ρ(SO2)約450 mg/m3，ρ(SO3)約30 mg/m3，硫酸尾氣直接返回?zé)Y(jié)機(jī)煙氣吸附塔，幾乎沒有任何影響[燒結(jié)煙氣ρ(SO2)1 g/m3]。對(duì)于制酸一轉(zhuǎn)一吸流程而言，裝置可省去二吸酸循環(huán)系統(tǒng)、二轉(zhuǎn)升溫電爐等，總投資費(fèi)用可下降7%～8%，但其總轉(zhuǎn)化率約96%、總吸收率99.95%，吸收塔出口尾氣ρ(SO2)約7.5 g/m3，ρ(SO3)約300 mg/m3。硫酸尾氣排放濃度遠(yuǎn)高于二轉(zhuǎn)二吸尾氣濃度，在返回脫硫吸附系統(tǒng)時(shí)，會(huì)增加活性焦循環(huán)量和循環(huán)次數(shù)，從而增加了活性焦機(jī)械磨損，需定期補(bǔ)充活性焦量；同時(shí)隨著活性焦循環(huán)量的加大，增加了再生塔負(fù)荷和焦?fàn)t煤氣能耗。因此，轉(zhuǎn)化工藝流程的確定應(yīng)當(dāng)結(jié)合兩者利弊，合理選擇，對(duì)于制酸規(guī)模15 kt/a以上的裝置，建議選擇二轉(zhuǎn)二吸流程，對(duì)于制酸規(guī)模10 kt/a以下的裝置，可選擇一轉(zhuǎn)一吸流程。

3.5 制酸工藝外管

鋼鐵廠燒結(jié)機(jī)煙氣活性焦凈化項(xiàng)目大多在原有生產(chǎn)裝置上興建，受場(chǎng)地影響，活性焦脫硫塔、再生塔等裝置距離制酸及氨站位置較遠(yuǎn)，一般有幾百米甚至上千米距離。由于再生煙氣成分復(fù)雜，含有SO3，HCl，HF，NH3等多種腐蝕性氣體，且煙氣中含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到32%～40%，因此，存在冷凝酸露點(diǎn)腐蝕問題。煙氣中硫酸蒸氣露點(diǎn)與SO3，H2O含量有關(guān)。在再生煙氣管道長(zhǎng)距離輸送過程中，如果溫度降低，SO3和H2O達(dá)到H2SO4蒸氣露點(diǎn)，即形成冷凝酸，在有HF，HCl的場(chǎng)合，對(duì)金屬材質(zhì)管道造成嚴(yán)重的腐蝕。即使采用316 L不銹鋼材質(zhì)，在200～250 ℃條件下對(duì)管道和膨脹節(jié)也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的腐蝕。因此再生煙氣至制酸凈化裝置輸送管道溫度必須控制在H2SO4蒸氣露點(diǎn)以上。為避免冷凝酸露點(diǎn)腐蝕，再生煙氣管道至凈化動(dòng)力波管道必須采取有效的保溫或電伴熱方式，控制煙氣溫度280 ℃以上，減少管道腐蝕。對(duì)于再生煙氣長(zhǎng)距離輸送管道，為避免管道熱損，低于硫酸露點(diǎn)，也可以考慮將凈化第一級(jí)絕熱增濕、降溫、除塵裝置前置，單獨(dú)布置在再生塔出口附近，通過動(dòng)力波洗滌器洗滌降溫，將再生煙氣溫度降至80～82 ℃，然后采用耐氟玻璃鋼管道，經(jīng)管廊送至后續(xù)制酸系統(tǒng)。

4 問題分析與討論

燒結(jié)機(jī)煙氣活性焦脫硫、再生SO2煙氣制酸有一個(gè)調(diào)試期的過程，時(shí)間大約21～28 d。在此期間，再生塔內(nèi)被吸附后的活性焦需要經(jīng)過緩慢升溫預(yù)熱的過程，然后再逐漸釋放SO2氣體。此時(shí)再生塔出口煙氣SO2濃度很低，且煙氣量波動(dòng)較大，尤其再生煙氣中水含量高，φ(H2O)通常達(dá)到40%以上。對(duì)于調(diào)試期間的再生SO2氣體，由于其煙氣條件達(dá)不到制酸設(shè)計(jì)要求，稱之為“不合格煙氣”。若這部分不合格煙氣進(jìn)入制酸系統(tǒng)，不僅會(huì)造成轉(zhuǎn)化率、吸收率下降，制酸吸收塔出口SO2，SO3尾氣嚴(yán)重超標(biāo)，而且還會(huì)腐蝕硫酸換熱器，影響設(shè)備使用壽命。因此，必須考慮合理的解決方案。一種方案是在再生塔出口設(shè)一條旁路管道，再生煙氣不合格時(shí)，切斷主線管路，由旁路熱引風(fēng)機(jī)將煙氣抽至脫硫吸附系統(tǒng)。但由于再生煙氣高溫、高含塵、且為復(fù)雜的腐蝕性氣體，熱引風(fēng)機(jī)使用不到半年就出現(xiàn)故障，無法使用，因此該方案暫不予考慮。另一種方案是將不合格煙氣直接接入制酸凈化系統(tǒng)，經(jīng)過洗滌、降溫、除塵、除霧、干燥后由SO2風(fēng)機(jī)出口引一條旁路管道經(jīng)吸收塔尾氣管路直接送至脫硫系統(tǒng)。為防止低濃度SO2氣體進(jìn)入制酸設(shè)備，設(shè)計(jì)考慮采用“零”泄漏閥門進(jìn)行切斷。此方案優(yōu)點(diǎn)是利用制酸系統(tǒng)凈化、干燥設(shè)備將調(diào)試期間不合格的再生煙氣進(jìn)行有效處理，然后再重新返回脫硫系統(tǒng)循環(huán)吸附；當(dāng)再生煙氣SO2濃度、煙氣量一旦滿足制酸設(shè)計(jì)要求，即可啟動(dòng)轉(zhuǎn)化升溫電爐，待一段催化劑層達(dá)到起燃溫度后，將煙氣切入制酸主系統(tǒng)。此方案缺點(diǎn)是在調(diào)試期間需要消耗部分母酸，需定時(shí)向干燥循環(huán)槽補(bǔ)充w(H2SO4)98%酸，確保w(H2SO4)93%干燥酸濃度。

5 結(jié)語

活性焦脫硫脫硝技術(shù)是一種先進(jìn)的干法脫硫工藝，具備同時(shí)脫硫、脫硝、脫汞、脫除二噁英等各種污染物多重功效，并且能夠有效減少霧霾造成的環(huán)境污染，廣泛運(yùn)用于大型鋼鐵廠燒結(jié)機(jī)(球團(tuán))煙氣、火電廠燃煤鍋爐煙氣治理。脫硫后的活性焦再生SO2氣體用于制取工業(yè)硫酸，實(shí)現(xiàn)硫資源循環(huán)利用，是一種可資源化的脫硫技術(shù)，是未來燒結(jié)煙氣脫硫領(lǐng)域的發(fā)展方向之一。

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Designandoptimizationofsulphricacidplantbasedonsinteringfluegasbyactivecokedesulphurization

CHENXin

(Jiangsu Yongji Chemical Equipment Co., Ltd., Yangzhou, Jiangsu, 225117, China)

The Principle, technological process and technical features of sintering flue gas by active coke desulphurization technology in iron and steel industry are described. The process route and equipment selection of regeneration SO2flue gas sulphuric acid plant in desulphurization system are mainly introduced. For the characteristics of renewable SO2flue gas, acid plant purification process used three-stage washing, two-stage section defogging process. Dry-suction process used tower-tank-pump-tower-pump cooling process after the pump. Active coke desulphurization and denitrification technology simultaneously removed a variety of pollutants, regenerated of SO2gas was used for sulphuric acid production, realizing the recycling of sulphur resources.

sintering machine; flue gas; active coke; desulphurization; regeneration; sulphur dioxide; sulphuric acid production; purification

2017-08-10。

陳新，男，江蘇永紀(jì)化工設(shè)備有限公司副總工程師，現(xiàn)從事硫酸工程設(shè)計(jì)、咨詢服務(wù)及脫硫環(huán)保方面工作。電話：13776647608；E-mail：chenxin697409@126.com。

TQ111.16;X781

B

1002-1507(2017)11-0024-06