国内大型烧结两机一塔湿法脱硫系统的选择与应用本科学位论文Word下载.docx
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宁波钢铁有两座430m2烧结机,设计考虑采用烟气循环减排技术,排放烟气量将减少35%,SO2浓度则因富集有所提高。
面对行业脱硫存在的问题,宁波钢铁积极响应国家环保政策,从2010年开始决定在炼铁厂烧结机主排风机现有位置上增设2台430m2烧结机烟气脱硫系统,启动了烧结烟气脱硫的相关工作。
项目团队相关人员与国内多家设计院所、环保公司进行了多次技术交流,实地考察了烧结、电厂、化工等多个脱硫项目的实际运行情况,从近十个脱硫技术方案中筛选出石灰石-石膏湿法、氨一硫铵法、循环流化床法三个技术方案做项目对比分析,力求选择研发出比较适合宁钢低成本的两台烧结在线生产烟气脱硫工艺,满足国家污染物排放浓度规定、以及宁波市政府对宁钢SO2排放总量的要求。
确定了项目建设最低目标,实现脱硫效率≥90%,且脱硫后SO2排放浓度≤100mg/Nm3,粉尘排放浓度≤50mg/Nm3,脱硫装置与烧结机的同步运转率应≥95%。
由于烧结区域总图布置问题,两台烧结机对应布局2套脱硫设施困难,在项目可研阶段经综合论证、分析,大胆提出了创新的“两机一塔”烧结脱硫工艺,即要用一套脱硫系统处理两台430㎡烧结机的烟气量。
该项目列入宁波北仑区生态文明建设十大行动之一“清洁空气行动”的重要项目,浙江省也将此项目列入浙江省“十二五”省、市、区重点污染减排工程。
2.2烧结烟气的特点
烧结烟气是在将置于烧结台车上的各种粉状含铁原料、燃料和熔剂点火熔化、高温烧结成型过程中所产生的含有多种污染成分的气体。
烧结烟气自身固有的复杂性和特殊性,烧结烟气与其它含尘气体相比,有着明显的区别,在一定程度上增加了烧结烟气SO2治理的难度。
1)烟气量大、变化大。
烧结工艺是在完全开放及富氧环境下工作,由于漏风率高(30%~50%)和固体料循环率高,有相当一部分空气没有通过烧结料层,使烧结烟气量大大增加,每生产一吨烧结矿大约产生4000~6000m3烟气,变化幅度最高可达40%。
2)SO2浓度低、波动范围大。
随着原料来源的不同、烧结工艺参数的变化,使得烧结生产最终产生的二氧化硫的浓度变化范围较大,含量大约为400~3000mg/m3;
3)含湿量大且不稳定。
为了提高烧结混合料的透气性,混合料在烧结前必须加适量的水制成小球,因此烧结烟气的含湿量较大。
4)温度变化大,在90~150℃,而电厂的烟气温度基本保持在150℃左右。
5)烟气携带粉尘多。
粉尘主要由金属、金属氧化物或不完全燃烧物质组成。
6)含有多种污染成分。
包括二恶英类、重金属污染物及氯化氢、硫氧化物、氮氧化物、氟化氢等腐蚀性气体。
2.3烧结烟气脱硫存在的主要问题:
针对目前通用石灰石-石膏湿法、氨一硫铵法、循环流化床法的脱硫技术为原则,在方案讨论、对比分析时,发现存在以下问题:
1)缺少稳定而适合国情的烧结烟气脱硫技术。
目前脱硫工艺方案,国内均采用“一机一塔”方式建设,工艺技术各有其优缺点,技术方案选择存在问题;
2)脱硫副产物处置难度大、用途少。
彻底解决烧结烟气污染问题,不但要实现烟气高效脱硫,还要解决副产物的有效利用问题。
由于烧结烟气脱硫产生的副产物成分复杂,处理难度大,目前还缺乏有效的利用途径,所以烟气脱硫技术以“抛弃法”为主,烟气脱硫在取得控制SO2污染的环境效益的同时,往往伴随硫资源的严重浪费和固体废弃物的二次污染。
3)湿法脱硫存在烟囱长烟羽问题及低温饱和蒸汽烟雨问题;
4)烧结烟气总量波动较大时(考虑烟气循环)与生产适应性、脱硫效率问题;
5)烧结区域总图位置紧张。
烧结机设计和建设时都没有预留烧结脱硫项目建设以及处理脱硫产生的废弃物的场地,造成现在即使想建脱硫装置也无足够的总图可建局面。
6)脱硫装置投资大、运行费用高。
烧结脱硫装置投资约占烧结机投资的20%~40%(如430m2系列烧结机配置一套上述三种方案脱硫装置,单台单套均需投资近亿元,2台烧结机则需要近2亿元左右的投资)。
吨烧结矿脱硫运行成本5~l4元。
同时国内缺少相应的奖励扶持政策,巨大的投资、较高的运行费用制约着企业烧结脱硫的实施。
2.4烧结烟气工况:
采用烟气循环减排技术的1号、2号烧结烟气参数(烟气循环按35%考虑)及烟气成分详见表1。
表1单台烧结烟气参数及烟气成分表
*标识的参数为类似参考国内设备的相应参数。
两台430m2烧结机设置一套吸收塔系统,扣除烟气循环的35%烟气量,脱硫装置的烟气处理能力达108×
2万Nm³
/h,这么大的烟气处理量采用一套脱硫装置处理在国内外尚没有先例,需要设计一个足够大、高的脱硫塔满足烟气通过量、烟气反应时间、实现脱硫率和SO2排放目标,同时要考虑项目建设一次性工程投资和运行维护成本。
3烟气脱硫方案调研分析
宁波钢铁基于脱硫法工艺的成熟性、经济性、运行可靠性、总图布置以及脱硫剂原料来源、副产物综合利用等方面考虑,将烟气脱硫工艺从十几种脱硫方案选择范围缩小到“石灰石-石膏湿法”、“氨一硫铵法”、“循环流化床法”三种进行详细调研分析。
3.1石灰石-石膏法
石灰石-石膏法是目前国内外应用最广泛和最成熟的湿法脱硫技术,市场占有率最高,脱硫效率高,处理能力大,技术比较成熟。
石灰石-石膏法是以石灰石浆液作为吸收剂,通过石灰石浆液在吸收塔内对烟气进行洗涤,发生反应,以去除二氧化硫,反应产生的亚硫酸钙通过强制氧化生成石膏,脱硫后的烟气从烟囱排放。
该脱硫系统主要包括:
吸收剂制备系统、烟气系统、二氧化硫吸收系统、石膏脱水及储存系统、公辅系统等。
1)石灰石/石膏法的优点:
对烧结烟气温度、流量、SO2含量波动大的问题适应性更好,操作上较简便。
吸收塔也从旋喷塔发展到喷淋塔,简化了操作和系统压力损失,技术成熟;
系统稳定可靠;
为气液反应,反应速度快;
脱硫效率高;
脱硫剂价格较低,副产物石膏在我国有一定市场;
适应面广等。
2)石灰石/石膏法的缺点:
系统复杂,设备庞大;
占地面积大;
单套比较一次性投资和运行费用较高;
耗水量大且废水处理难度高,而且脱硫塔上部形成的低烟囱(60-90米)进行排放,大量白烟(低温饱和蒸汽,45-55度)排放影响周边居民观感,随白烟落下还有小水滴和硫酸钙颗粒(飘出距离受风力影响),对周边环境有一定影响。
3.2循环流化床
循环流化床法是一种典型的干法技术,采用干熟石灰Ca(OH)2作为脱硫剂。
其以循环流化床原理为基础,通过对吸收剂的多次再循环,延长吸收剂与烟气的接触时间,提高吸收剂的利用率和脱硫效率。
循环流化床脱硫系统主要包括吸收剂注入系统、吸收塔系统、物料再循环系统、工艺水系统、脱硫后除尘器系统等。
1)循环流化床法的优点:
占地面积小、操作方对周边环境影响很小,没有异味。
便、耗水量小、无腐蚀、不需要废水处理、脱硫剂容易获得、投资和运行成本相对较低等。
2)循环流化床法的缺点:
为气固反应,反应速度慢;
要求烟气量相对稳定,对烟气流量和温度波动适应性不强,烧结烟气量的不稳定时,会引起流化床工作不稳定,严重时还可能出现堵塞现象,导致脱硫效率和运行的不稳定;
脱硫效率与湿法相比稍低,且副产品为亚硫酸钙为主的混合物,目前各厂矿都在堆存,除填坑铺路外没有使用价值,脱硫副产物资源化综合利用有待研究解决,而且现场设计布局难度比湿法大,总图位置紧张,难以满足现有场地需求。
3.3氨-硫铵法
氨法在我国应用较早,其吸收液为氨水(液氨),吸收液通过循环泵从塔的吸收段进入脱硫塔,烟气从下部进入脱硫塔,与喷淋出的吸收液反应后,再经除雾器除雾后进入烟囱排空。
吸收液循环吸收到一定浓度,经过强制氧化,制得脱硫副产物--硫酸铵。
氨法脱硫系统主要包括:
氨水制备及贮存系统、烟气系统、二氧化硫吸收系统、硫铵分离及储运系统、公用工程系统等。
1)氨法的优点:
适合周围有氨水的生产企业,也可以利用焦化、化工氨源“以废治废”;
氨的碱性强,为气——气反应(其它湿法为气——固反应),故液气比低,节约电力消耗;
无石灰石法的结垢、堵塞、磨损问题;
对烧结中的NO2有脱除作用,NOx脱除率可达35%,一定程度上实现脱硫脱硝一体化(石灰石法碱性不足无法脱硝),副产物硫酸氨可作化肥,但对于不同物料而言,有可能含有重金属,没有副产品处理问题。
2)氨法的缺点:
脱硫剂为高纯度氨水,价格昂贵,运输储存不方便;
脱硫剂消耗大,运行成本高;
而且与石灰石法一样,氨法也需要建设矮烟囱,有大量白烟冒出,有小水滴无硫酸钙颗粒下落;
同时氨法管道中流动基本都是氨水或亚硫酸铵溶液,其挥发性很强,一旦管路系统出现跑冒滴漏现象,除会造成管道腐蚀和厂区严重异味(特别是设备老化以后)。
也容易引起周围居民投诉(特别是脱硫塔离居民区近的企业);
工艺过程复杂;
副产物硫酸铵品质不稳定,而且可能含有重金属等;
3.4烧结烟气湿法脱硫技术选择确定:
结合宁波钢铁区域总图布置,综合考虑“烧结系统特性、烟气脱硫特性和脱硫副产物再处理特性”三方面因素;
烧结烟气量波动较大时,生产适应性、脱硫效率问题;
脱硫系统不影响烧结主系统运行,与主工艺匹配合理,同步作业率问题;
对烟气流量、温度及S02浓度适应能力等,并且能保证不同工况条件下脱硫系统的稳定运行和S02的达标排放,经综合比较、讨论分析,认为循环流化床法对上述条件适应性相对较差,对现有两台430m2烧结烟气流量和温度波动适应性不强,固体废弃物无法处理应用,因此选择采用湿法脱硫工艺,“石灰石一石膏法”或“氨一硫铵法”更适合“两机一塔”烧结生产废气脱硫。
3.5脱硫最终方案选择考虑的因素
烧结脱硫是一个一次性投资及运行费用都很高昂的工艺,同时系统运行稳定,保证烟气脱硫稳定在90%以上,如选择不好,不但达不到脱硫效果,而且企业将长期背上一个沉重的包袱。
针对两种湿法脱硫工艺,主要从环境要求、经济合理性和技术先进成熟等方面综合考虑,特别是一次工程投资和运行成本进行对比选择:
1)总图布置合理。
所选技术,占地面积应尽可能少,能灵活地布置在现有场地上,能够在有限的空间内布置好脱硫装置,对烧结机正常运行影响较小,设备阻力损失小,尽量不增加或少增加烧结机主抽风机负荷。
系统便于维护,不因脱硫系统检修、维护而影响生产。
2)“循环经济”原则。
脱硫剂、副产物处置原料以及能源介质等,能比较稳定或便捷地获取,性价比高且成本低,争取在脱硫过程中尽量不产生废水、废气以及
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