供稿|王宏偉 / WANG Hong-wei

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一種新型脫硫工藝——順流噴霧半干法煙氣脫硫工藝是在脫硫塔上下設(shè)置多級霧化噴槍，通過精確的水量控制，實(shí)現(xiàn)含硫煙氣、霧化水和石灰脫硫劑三者氣液固三相充分接觸反應(yīng)。文章詳細(xì)介紹了噴霧系統(tǒng)的霧化噴槍裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和水量控制的組成，確保順流噴霧半干法煙氣脫硫的長期穩(wěn)定運(yùn)行，可靠性高，工藝流程簡單，系統(tǒng)阻力低，達(dá)到了很好的脫硫效果。此系統(tǒng)在某鋼廠燒結(jié)機(jī)頭煙氣脫硫項(xiàng)目中得到了應(yīng)用，運(yùn)行兩年多以來，沒有發(fā)生脫硫塔內(nèi)壁結(jié)垢的現(xiàn)象，也避免了脫硫劑團(tuán)聚而造成的斗提跳車事故。順流噴霧半干法的煙氣脫硫系統(tǒng)獲得發(fā)明專利，霧化噴槍和水量控制系統(tǒng)分別獲得實(shí)用新型專利。

煙氣脫硫概況

煙氣脫硫技術(shù)主要分為濕法、半干法和干法。濕法主要包括石灰石/石灰-石膏法、氨法、鎂法等，半干法主要包括旋轉(zhuǎn)噴霧(SDA)、循環(huán)流化床(CFB)、密相干塔、順流噴霧等，干法主要包括活性炭吸附法等。

前幾年，濕法脫硫以其工藝流程成熟、脫硫效率高、價(jià)格相對較低等特點(diǎn)得到了電廠和鋼廠的青睞。近年來，隨著對顆粒物排放指標(biāo)要求的提高，濕法脫硫必須增加濕式電除塵裝置才能滿足排放要求，但同時(shí)也增加了建設(shè)成本。另外，行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，濕法脫硫煙囪排出大量的水蒸汽是造成霧霾的原因之一。因此，尤其在唐山地區(qū)，鋼鐵限產(chǎn)政策規(guī)定對濕法脫硫和半干法脫硫區(qū)別對待，半干法脫硫已明確成為鼓勵(lì)和支持的方向。

新型半干法脫硫工藝

目前的半干法脫硫主要有循環(huán)流化床和密相干塔兩種方法。循環(huán)流化床脫硫無論是建設(shè)投資還是運(yùn)營成本都相對較高。密相干塔脫硫的石灰消化過程在塔外進(jìn)行，對水量控制要求較高，在實(shí)際應(yīng)用中易出現(xiàn)脫硫塔內(nèi)壁結(jié)垢，以及由于脫硫劑團(tuán)聚而在循環(huán)傳輸過程中造成斗提跳車等事故。

因此，本文提出了一種新型半干法脫硫工藝——順流噴霧半干法脫硫技術(shù)，工藝原理為：將石灰消化、煙氣降溫、脫硫反應(yīng)都在脫硫塔同一反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行，通過在反應(yīng)區(qū)設(shè)計(jì)上下多級霧化噴槍，實(shí)現(xiàn)含硫煙氣、霧化水、石灰脫硫劑三者氣液固三相的充分反應(yīng)，以經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行成本完成脫硫任務(wù)，脫硫工藝流程簡單，設(shè)備易操作，故障率低，能耗低，脫硫效率高。

新型脫硫工藝流程

新型半干法脫硫工藝——順流噴霧半干法脫硫技術(shù)是煙氣從上至下進(jìn)入脫硫塔，同時(shí)細(xì)粉狀石灰脫硫劑經(jīng)過輸送布料系統(tǒng)也從上至下送入脫硫塔內(nèi)，二者順流而下在塔內(nèi)充分混合，待流場穩(wěn)定后，進(jìn)入脫硫塔內(nèi)反應(yīng)區(qū)。脫硫塔反應(yīng)區(qū)內(nèi)對稱布置多級霧化噴槍，通過噴入霧化水實(shí)現(xiàn)反應(yīng)區(qū)的溫度和濕度調(diào)節(jié)，形成理想的脫硫反應(yīng)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)含硫煙氣、霧化水、石灰脫硫劑三者氣液固三相的充分接觸反應(yīng)，完成煙氣脫硫。反應(yīng)后的煙氣進(jìn)入布袋除塵器，除塵凈化后的潔凈煙氣經(jīng)脫硫引風(fēng)機(jī)送到煙囪外排。除塵器收集的脫硫劑和脫硫塔底的脫硫劑匯合后，經(jīng)斗提提升到脫硫塔頂部，再經(jīng)布料器再次進(jìn)入脫硫塔循環(huán)使用。

在脫硫塔的反應(yīng)區(qū)沿著煙氣流向設(shè)置上下多級霧化噴槍，上下多級霧化水的作用不同。上級的霧化水用于降溫，當(dāng)待處理煙氣溫度高于140℃時(shí)，調(diào)整霧化水噴淋水量以降低待處理的煙氣與粉狀未消化的脫硫劑的混合物溫度至最佳脫硫反應(yīng)溫度區(qū)間130～140℃，同時(shí)完成部分脫硫劑的消化。下級霧化水用于進(jìn)一步消化脫硫劑的同時(shí)，完成脫硫反應(yīng)，同時(shí)控制脫硫后的煙氣溫度接近100℃且在露點(diǎn)以上。

順流噴霧半干法煙氣脫硫的核心是噴霧系統(tǒng)。首先，要解決長時(shí)間運(yùn)行后噴嘴易堵塞問題，堵塞后噴水量和噴射角度偏離正常設(shè)置值，霧化水無法在脫硫塔橫截面整體覆蓋，脫硫效果大打折扣。其次，水量需要精確控制，總體水量加入太多，則脫硫劑結(jié)塊，脫硫塔內(nèi)壁易結(jié)垢，總體水量加入太少，石灰消化不徹底，脫硫效率低。下面詳細(xì)介紹一下噴霧系統(tǒng)的霧化噴槍裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和水量控制的組成。

噴霧系統(tǒng)的霧化噴槍裝置

噴霧系統(tǒng)的霧化噴槍裝置能夠提高含硫煙氣、霧化水和脫硫劑的接觸面積和均勻性，一方面達(dá)到很好的降溫效果，另一方面水與脫硫劑的消化效果徹底，脫硫反應(yīng)速度快，提高脫硫效率。同時(shí)，噴嘴有防堵措施，所用水壓和氣壓均為低壓，大大提高長期穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性。

霧化噴槍安裝在脫硫塔中部，根據(jù)需要可以設(shè)置上下多級，每級對稱布置2個(gè)，采用帶有保護(hù)裝置的雙流體霧化噴頭。另外在噴頭處設(shè)置有氮?dú)饣驂嚎s空氣防堵噴吹裝置，可以防止系統(tǒng)檢修停機(jī)期間工藝水噴頭的粘結(jié)堵塞。霧化噴槍的安裝采用套管法蘭的連接方式，可以方便地拆卸及維修。霧化噴槍的工作原理為：水管內(nèi)的水和霧化氣管內(nèi)的低壓氮?dú)庠陟F化管中混合，形成霧化水，沿霧化管輸送至噴嘴處，通過噴嘴噴射至脫硫塔內(nèi)。

為了防止噴嘴堵塞，在霧化管和噴嘴的外面套有保護(hù)氣套管，形成空腔，從保護(hù)氣管進(jìn)入的低壓氮?dú)馔ㄟ^保護(hù)氣套管噴吹在噴嘴外環(huán)處，保護(hù)氣管常開，壓力0.05～0.15 MPa。這樣在噴嘴外環(huán)形成保護(hù)氣流，防止噴嘴堵塞。霧化噴槍的結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 霧化噴槍的結(jié)構(gòu)示意圖

霧化噴槍裝置包括兩個(gè)部分：噴霧裝置和保護(hù)裝置。噴霧裝置由水管、霧化氣管、霧化管和噴嘴組成。保護(hù)裝置由保護(hù)氣管、保護(hù)氣套管組成，一端密封，一端延至噴嘴外環(huán)處。霧化管和保護(hù)氣套管直徑不同，套在一起，中間形成空腔，空腔通過三個(gè)呈120°均勻分布的固定筋固定連接。為了控制噴射角度，霧化管和保護(hù)氣套管靠近噴嘴一端向下彎曲120°。另外，整個(gè)裝置通過法蘭盤固定在脫硫塔上，易于檢修。

噴霧系統(tǒng)的水量控制

半干法脫硫系統(tǒng)是否能長期正常運(yùn)行，以及能否達(dá)到設(shè)計(jì)的脫硫效率，水量控制是關(guān)鍵。為此，設(shè)計(jì)了一種水量控制方式，通過準(zhǔn)確地定量加水控制，再加上調(diào)試階段根據(jù)現(xiàn)場裝置摸索出來的水灰比，這樣可以防止加水量過大而造成脫硫劑團(tuán)聚現(xiàn)象，同時(shí)也可以保證最優(yōu)的脫硫效果。水量控制系統(tǒng)工作原理為：首先通過計(jì)量泵精確控制水量，然后流量計(jì)量，而后經(jīng)過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥送入脫硫塔內(nèi)的霧化噴槍。在吸收塔內(nèi)設(shè)計(jì)的多個(gè)溫度傳感器進(jìn)行溫度分析，先根據(jù)吸收塔入口溫度傳感器輸送至工控機(jī)的溫度信號來定量計(jì)算理論上需要的加水量，而后又通過安裝在吸收塔反應(yīng)區(qū)的溫度傳感器回饋測量，確保脫硫塔主體反應(yīng)區(qū)的溫度濕度條件，最終由安裝在吸收塔出口的溫度傳感器測量的溫度數(shù)值回饋給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，調(diào)整系統(tǒng)的加水量。水量控制系統(tǒng)包括水箱、水量控制單元和霧化噴槍，具體工藝流程如圖2所示。水箱通過液位傳感器來控制補(bǔ)水開關(guān)，保持水箱中的水在高低液位之間。計(jì)量泵一用一備，依次串聯(lián)Y形過濾器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、止回閥、流量計(jì)和壓力表等。霧化噴槍的進(jìn)水開關(guān)靠電磁閥的啟停來控制。

圖2 水量控制系統(tǒng)工藝流程

結(jié)束語

本文詳細(xì)介紹了噴霧系統(tǒng)的霧化噴槍裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和水量控制的組成，噴霧系統(tǒng)是順流噴霧半干法煙氣脫硫的核心，此系統(tǒng)在某鋼廠燒結(jié)機(jī)頭煙氣脫硫項(xiàng)目中得到了應(yīng)用，項(xiàng)目順利驗(yàn)收，運(yùn)行兩年多以來，沒有發(fā)生脫硫塔內(nèi)壁結(jié)垢的現(xiàn)象，也避免了脫硫劑團(tuán)聚造成斗提跳車的事故，得到了用戶的認(rèn)可。事實(shí)證明：該噴霧系統(tǒng)確保了脫硫的長期穩(wěn)定運(yùn)行，可靠性高，工藝流程簡單，系統(tǒng)阻力低，達(dá)到了很好的脫硫效果。同時(shí)，適用于順流噴霧半干法的煙氣脫硫系統(tǒng)(專利號：2015105838490)被專利局授予了發(fā)明專利，一種霧化噴槍(專利號：2015207138614)和一種水量控制系統(tǒng)(專利號：2015207147312)被專利局授予了實(shí)用新型專利。