烧结砖烟气的治理（精选8篇）
烧结砖烟气的治理 篇1
1概况
2016年4月,根据贵州省某地区环保局的要求,我们对该地区10家烧结砖企业生产线的原料、产品、工艺构成、窑炉结构、配置的环保设施运行情况进行了考察和调研。通过对企业生产现状中焙烧系统、大气污染物排放要求、脱硫系统运行状况、干燥和焙烧系统烟气治理方式、稳定排放要求等方面的分析,提出了相应措施,供烧结砖企业参考。
10家烧结砖厂烧成隧道窑分别为3条截面宽4.8 m隧道窑、10条截面宽3.6 m隧道窑和9条截面宽2.5 m隧道窑,共22条烧成隧道窑。生产工艺均为“一次码烧”,页岩为主要原料,内燃掺配料采用锅炉渣、粉煤灰及原煤,原料和内燃掺配料化学成分见表1、表2。原料制备环节均采用锤式破碎机、回转筛筛分。10家砖厂均采用不同规格双级真空挤出机成型,配置湿坯输送、自动编组以适应人工、机械和机器人码窑车。
根据不同窑炉规格分别采用了三种码窑车方式:截面宽2.5 m窑炉,采用人工码窑车(其中一家企业采用了机器人码窑车、一家采用了机械码窑车);截面宽3.6 m窑炉,采用机械码窑车;截面宽4.8 m窑炉,采用机器人码窑车。
干燥和焙烧环节中,焙烧隧道窑全部烟气由风机送入干燥隧道窑,经与湿坯热交换后,全部尾气再经风机送入脱硫系统,经脱硫和除尘后,尾气进入烟囱,部分企业在烟囱底部设置了二次喷淋系统,对尾气进行二次脱硫处理。
10家烧结砖厂均采用性能相同的页岩,内燃掺配料来源也基本相同,原料和燃料性能参数分别见表1、表2。
10家烧结砖厂因生产规模、烧成隧道窑截面不同等因素,其原料制备、成型编组码窑车、干燥和烧成、烟气治理等环节出现较大差异。本文根据烧成隧道窑截面4.8 m、3.6 m和2.5 m参数,将10家企业22条隧道窑的工艺水平简化为较高、一般和较低三种形式进行分析。
2原料制备
10家烧结砖厂均采用相同的页岩原料,制备工艺构成中,原料由破碎、筛分、搅拌、堆放或陈化构成,采用的设备规格根据生产能力大小有所区别。一般条件下,页岩经一级颚式破碎机粗破碎、二级锤式破碎机细破碎,然后进入回转筛筛分,合格细粉料进入搅拌和陈化工序,筛上料返回锤式破碎机再次破碎,原料制备见表3。
从表3中原料制备工艺过程可看出,对较高工艺水平的企业而言,由内燃掺配环节到混合料进入陈化库,工艺完善,配料准确,混合料水分控制采用自动计量,原料进厂后,又有较大面积的堆棚,能够很好地控制混合料,确保其具有较低的成型水分。
对于一般工艺水平的企业而言,原料制备环节中,存在配料不准确的情况,人工搅拌加水,造成混合料水分的波动。
对较低工艺水平的企业而言,准确和搅拌加水均采用人工操作,混合料采用堆放形式,不利的影响因素较多。
三种工艺形式,均采用锤式破碎和筛分,混合料细度满足空心砖和空心砌块的成型要求。然而,由烟气治理分析看,较高工艺水平的企业配料准确,可以避免焙烧中添加外投煤引起的不完全燃烧带来的烟气硫含量增加,加之成型水分低,能够保持较低的干燥热量需要量,减少空气过剩系数,再加上陈化库的充分利用,利于空心砌块规模化生产,降低烧成能耗,提高生产效率。与之相比,其他两种工艺形式,由于配料准确性降低,外投煤增加,所需干燥烟气量和排放量相应增加,烟气治理难度加大。
3成型、编组及码坯
10家烧结砖厂,由于生产规模不一,采用的双级真空挤出机规格不同,编组和码坯设备工艺也各不相同,工艺构成见表4。
表4数据表明,三种工艺形式,均配置了60型双级真空挤出机,该设备性能,是生产空心砖和空心砌块的根本保证。在编组和码坯形式方面,较高工艺水平的企业,采用机器人码坯,这比较适应大规格空心砌块码坯的码坯工艺要求,坯垛稳定,整齐,烟道平直,垛身阻力小,码坯质量较好,能够适应干燥、焙烧的需要,有利于窑内截面温度的均匀性,对降低燃料消耗、提高产品质量和产量有利,为烟气治理提供较好的条件。而3.6 m×3.6 m窑车的码坯,多采用机械码坯,夹具一次夹一层,每层432块普通砖湿坯,生产普通砖时,效率较高,码坯质量较好,但改产空心砖时,调整夹具的难度较大,不适应多种规格的大块空心砌块的生产,烟气治理中,普通砖产生的尾气量较高,治理难度大。对于较低工艺水平的企业,即便能够生产空心砌块,由于采用人工码坯,砖垛倾斜,稳定性较差,烟道阻力较高,码垛质量差、热耗高,同样造成烟气治理难度的加大。
4干燥、烧成和窑车
10家烧结砖企业均采用“一次码烧”工艺。焙烧工艺环节中,干燥和烧成隧道窑以及配套的窑车对生产成本、生产能力、产品质量、燃料消耗等发挥重要作用,对保证企业产品产量、质量和企业效益影响极大。同时,也对烟气治理能否达标排放影响较大,涉及企业的持续发展需要。
三种工艺形式的隧道窑规格及生产能力见表5。
表5数据表明,干燥隧道窑长度能够适应原料性能要求,湿坯干燥后,残余水分低,满足烧成隧道窑焙烧,能够实现预定年产量的目标。然而,针对三种工艺水平中干燥、烧成隧道窑和窑车的构成情况,烟气治理的难度存在较大差异,现分析如下。
4.1较低工艺形式企业状况分析
图1~图4,为较低工艺形式中截面宽2.5 m隧道窑和窑车状况,因投入运行时间较长,设备老化,窑体结构和窑车构成的热工系统漏风严重,砖垛稳定性较差,燃料消耗高、过剩空气系数较大,不利于后续烟气治理。而窑体和窑车的改造,需要较大的资金投入。4.2一般工艺形式企业状况分析
图5~图6为一般工艺形式中截面宽3.6 m隧道窑和湿坯码窑车状况。窑体结构和窑车砌体组成的热工系统较为完整,砖垛稳定性较好,砖垛内烟道平直,燃料消耗低,空气过剩系数相对较低。但生产普通砖时所需干燥热量增加,焙烧所需燃料消耗提高,烟气排放总量和烟气中硫含量均有所提高,不利于后续烟气治理。如调整产品规格,或组织生产不同规格空心砖、空心砌块,配套的机械码坯机原有设计为一次码放一层432块普通砖,码坯机夹具需要调整,只能请求设备生产厂家的技术员进行操作,如企业自行调整,难度较高。调整后形成的砖垛稳定性,砖垛内烟道分布,烟道与干燥、烧成隧道窑的哈风口位置分布是否吻合实用,仍存在不确定性。因此,一般工艺形式因机械码坯具有生产普通砖效率较高的优势,但烟气治理仍存在一定难度。改产不同规格空心砖或空心砌块时,面临砖垛与隧道窑哈风口位置的统一协调问题。
4.3较高工艺形式企业状况分析
图7~图10为较高工艺形式中采用截面4.8 m干燥、烧成隧道窑,通过码坯机器人码放窑车,此种工艺形式不安排普通砖的生产,主导产品是空心砖和空心砌块,随着孔洞率的提高,原料和燃料的消耗大幅度减少,热耗和烟气降低。
由于采用机器人码坯,码坯质量较好,横平竖直。砖垛内烟道平直、分布合理。当调整空心砖规格时,砖垛的码坯形式和码坯质量,仍然能够得到保证。
空心砖或空心砌块的干燥和焙烧,随着入窑砖坯质量的减少和孔洞的存在,全窑系统阻力较低,砖垛截面温度容易达到均匀一致,升温速度较快,对控制较低的空气过剩系数非常有利,从而减少烟气排放总量,保证后续脱硫塔的工作效率。
窑车和隧道窑构成的干燥焙烧系统,热工参数是否合理、保温性能是否满足要求、全窑密封性能好坏评价,不仅决定产品价值和生产成本的高低,同时对烧结砖工艺能否正常运行产生较大影响,是工艺中最重要的环节,是企业获得效益的基本保证。
《砖瓦工业大气污染物排放标准》实施后,烟气治理能否达标排放,需要更加重视窑车和隧道窑构成的干燥焙烧系统。
5烟气治理
10家烧结砖厂“一次码烧”工艺中,22条烧成隧道窑的全部烟气经离心风机,送入干燥隧道窑,对湿坯进行干燥。干燥隧道窑进车端设置排潮风机,多数企业采用离心风机排潮,少数企业采用轴流风机排潮。干燥后烟气经排潮风机送入脱硫塔脱硫处理,尾气进入烟囱,同时在烟囱底部设置二次喷淋脱硫系统,再次处理后尾气经烟囱排放。其中1家企业,干燥后烟气由离心风机送入烟囱底部,经设置在烟囱内的喷淋系统脱硫处理后,尾气由烟囱口排放。
10家企业采用氢氧化钠为脱硫剂,其中一家企业脱硫剂拟增加石灰,采用石灰、氢氧化钠双碱法脱硫。脱硫系统中清水池、循环水池、沉淀池容积各不相同,水池内表面采用防腐蚀材料敷设。根据安装位置、喷淋系统高度,脱硫液循环泵规格各不相同。循环液管道均采用耐腐蚀PVC和橡胶材料。10家烧结砖厂烟气治理系统中,脱硫塔规格、脱硫剂和烟囱排放高度见表6。
6烟气治理效果
根据GB29620—2013《砖瓦工业大气污染物排放标准》相关指标要求,大气污染物的治理主要针对SO2和颗粒物。此外,根据地方环保部门对烟气治理效果管理的要求,10家烧结砖厂均对本企业烟气治理实行连续自动监测,监测结果能够实时上传到相关部门,作为烟气治理效果评价。通过连续自动监测系统对烧结砖厂烟气排放的监测,部分企业大气污染物中SO2排放浓度见表7。
表77中数据显示,“一次码烧”工艺中,烧成隧道窑全部烟气均送入干燥窑后,经过脱硫处理后,尾气氧含量最高达到18.44%。此时空气过剩系数达到8.20。按照污染物排放需要换算为基准空气过量系数1.7时计算,折算系数为4.824。标准中SO2允许排放值为300 mg/m3,那么,实测值必须低于62.19 mg/m3,烟气治理才能合格。对应数据显示,SO2排放浓度折算值为694.14 mg/m3,实测值应为143.89 mg/m3,与实测值必须低于62.19 mg/m3相比,超出81.7 mg/m3,烟气治理不能满足标准要求,治理不合格。
治理不合格的根本原因,在于该厂工艺中采用的内燃掺配料如原煤或煤矸石含有的硫含量偏高,致使尾气中SO2含量较高,与较高烟气量(较高的空气过剩系数造成)不利条件叠加下,脱硫塔效率降低,造成烟气治理不合格。
数据中,尾气氧含量最低为16.4%,此时,空气过剩系数为4.57,折算系数为2.68。实测值低于111.94 mg/m3即可,对应数据显示,SO2排放浓度折算值为116.7 mg/m3,实测值应为43.54 mg/m3,远低于111.94 mg/m3排放值要求。烟气治理满足标准要求,治理合格。
当采用较低硫含量的锅炉渣、粉煤灰和原煤时,即使在空气过剩系数达到4.57时,除满足工艺的生产要求外,同时,烟气排放满足标准要求,治理合格。
7结束语
烧结砖“一次码烧”工艺中,烧成隧道窑的全部烟气经离心风机,送入干燥隧道窑对湿坯进行干燥,尾气经脱硫净化后,由烟囱排放。这样的工艺模式,在中小断面隧道窑“一次码烧”工艺中较为常见,而全部烟气送入干燥隧道窑后的尾气,具有风量较大、温度较低的特点。对此,10家烧结砖企业中,9家采用脱硫塔喷淋脱硫、烟囱排放前二次喷淋脱硫,然后排放的措施;1家企业,虽然没有采用脱硫塔设备,然而在烟囱底部设置多层喷淋系统脱硫,以期满足污染物达标排放的要求。
工艺过程及烟气治理的原则,不仅需要保证产品产量和质量要求,同时需要顾及满足大气污染物排放要求。新建企业针对工艺和烟气治理的设计,能够较好地实现两者的要求。已有企业,在增加烟气治理环节时,需要把握烧结砖工艺中原燃料性能、产品纲领、设备、窑炉、窑车、尾气特征等环节的全过程条件,才能满足产品产量、质量和尾气达标排放的要求。
其次,在空气过剩系数较高条件下,对烟气治理,首先需要严格控制内燃掺配料中SO2含量,越低越好。
加强窑炉和窑车热工系统的密封性,特别是已有企业的干燥和烧成隧道窑系统,提高密封性能,能够较保证低空气过剩系数,有利烟气脱硫和大气污染物达标排放。产品以生产空心砖和空心砌块为主,减少湿坯带入干燥和焙烧中的水分,减少燃料消耗,减少燃烧空气需要量,也有利烟气治理。
参考文献
[1]殷念祖,烧结砖瓦工艺[M]北京:中国建筑工业出版社.1982.
[2]西北建筑设计院,烧结砖瓦厂工艺设计[M]北京:中国建筑工业出版社.1982.
烧结砖烟气的治理 篇2
关键词：烧结机 CFB装置 压力 消石灰
1 概述
抚顺罕王直接还原铁有限公司地处国家酸雨与二氧化硫控制区内，为促进经济和社会可持续发展，罕王铁厂60m2烧结机安装了一套半干法烟气脱硫装置。此脱硫装置采用循环流化床脱硫工艺（CFB），这是一种技术成熟、运行稳定、综合投资小的脱硫工艺。CFB装置运行状况直接影响到出口烟气中SO2排放浓度是否达标，为此对系统运行状况进行分析。
2 罕王铁厂CFB装置概述
CFB脱硫工艺（如图1）以循环流化床原理为基础，通过脱硫剂的多次循环，延长脱硫剂与烟气接触时间，提高脱硫剂的利用率和脱硫效率。烟气由吸硫塔底部文氏管高速进入，穿过流化床层，与固相产生剧烈的摩擦和充分的混合，在此过程中脱硫剂颗粒与SO2接触反应，达到脱硫的目的。消石灰、水在床底部喷入，并附着在返料口返回的大量颗粒物上，造成较大的脱硫反应表面积。固体脱硫剂颗粒随烟气气流上升，部分进入边界层并回落，形成内循环，其他随烟气离开吸硫塔进入除尘器，净烟气经烟囱排放。除尘器收集的飞灰大部分通过返料器返回吸硫塔，其余作为灰渣排出。排出的灰渣主要成分为飞灰、氢氧化钙、亚硫酸钙和硫酸钙，系干态，可直接填埋处理或综合利用。
CFB装置包括石灰储运系统、烟气系统、SO2脱除系统、脱硫灰循环系统、布袋除尘器系统、工艺水系统、脱硫副产物系统、电气及控制系统等组成。
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罕王铁厂60m2烧结机工况烟气量为390000 m3/h，排烟温度平均120℃，烟气SO2含量500～600mg/Nm3，设计石灰粉最大耗量155kg/h，水耗量6t/h，引风机全压3450Pa。
3 CFB装置运行调试与分析
罕王铁厂烧结机运行过程中，设备检修周期约为10天，检修时间约为12小时。CFB装置运行与烧结机运行同步。
3.1 系统压力监测与分析
系统压力监测点设置在布袋除尘器前后。CFB装置初始运行时，布袋除尘器出口压力为-2.4kPa，进口压力为-1.1kPa。运行3周后，布袋除尘器出口压力为-1.4kPa，进口为-0.1kPa。此时，系统运行数据已偏离原始设计数值，在检修期间打开塔底人孔观察，发现塔底已经堆积大约10吨石灰粉。打开布袋除尘器检修孔，检查布袋时发现，布袋表面沾灰较厚。原始设计循环流化床吸收塔阻力为1600Pa，布袋除尘器阻力为1200Pa。从压力前后变化的对比分析可知，布袋除尘器阻力增大，导致引风机产生的负压不足以克服吸收塔阻力，循环流化床中的物料有部分落入塔底。
CFB装置再次投入生产前，布袋除尘器无载荷运行2小时，充分利用布袋除尘器反吹功能对布袋表面积灰进行清理。CFB装置再次投入生产后，布袋除尘器出口压力恢复到-2.4kPa，进口压力恢复到-1.1kPa。当检修时开启塔底人孔检查，发现塔底积灰量明显减少，达到使用要求。
3.2 运行过程中消石灰制备问题与分析
CFB装置中石灰经过称量后进入三级消化器，将石灰与水按比例加入第一级消化器，在第二、三级中进行充分反应，制备出含有12%水分的消石灰。最后将消石灰用气力输送方式送至吸收塔内。运行一周后，发现气力输送管路堵塞。拆开管路检查，造成堵塞的原因为湿态的石灰与管壁发生粘连，造成管路输送不畅，最后积灰堵塞。
将消石灰含水量降至8%后，运行几周没有再次发生管道堵塞现象。通过加大吸收塔内喷嘴补水量来弥补消石灰水分的减少量，对系统运行不产生不利影响。
4 结论
①通过对CFB装置运行及分析，罕王铁厂脱硫系统实际运行状况已达到原始设计预期；
②CFB装置运行的关键是系统压力能否满足物料在吸收塔内实现循环流化状态，引风机提供的负压除了克服布袋除尘器阻力、吸收塔阻力、烟道阻力，还应保证足够的裕量，用来避免由于布袋除尘器阻力增大对系统产生的不良影响；
③对于采用气力输送方式输送消石灰的CFB装置，应严格控制消石灰的含水量，以避免发生输送管道堵塞现象。
参考文献：
[1]沈应强.烧结烟气半干法脱硫实验研究[D].华中科技大学， 2009.
[2]沈晓林，刘道清，林瑜，石磊，王如意.宝钢烧结烟气脱硫技术的研发与应用[J].宝钢技术，2009（03）.
[3]刘君，庞俊香，刘新虎，程旭.400m2烧结机烟气脱硫[J].金属世界，2008（05）.
烧结球团烟气综合治理技术的应用 篇3
在新经济形式下,我国的工业得到了长足的发展,但是我们的发展却是以牺牲环境为代价换来的。近些年环保问题已经受到越来越多人的重视,而造成大气污染的主要源头还是在于电厂和钢铁厂所产生的废气。在钢铁行业中的烧结、球团是产生大气污染物的主要工序,在这一工序中会产生大量的二氧化硫和有害粉尘等污染物。但是随着很多烧结球团烟气治理技术的出现,我国的大气污染也得到了明显的改善,我们只有不断对烟气治理技术进行升级改造,才能减少有害气体的排放,为环保事业做出贡献。
2 烧结球团烟气处理的特点和现状
2.1 烧结球团烟气的特点
通过对钢铁行业废气排放数据进行总结和调研,我们可以发现烧结球团烟气具有很多特点,有很多变化因素在影响着烟气的治理。在烧结的过程中由于环境不是密闭的,难免会出现漏风的情况发生,再加上燃烧底料不均匀就会使燃烧产生的烟气变化量很大。在现代工业生产过程中,企业的逐利性很强,所以为了降低燃料成本,就可能会用一些产生二氧化硫量大的矿,所以产生的烟气二氧化硫含量变化范围很大。同时在燃烧过程中还会产生大量粉尘,而且烟气的温度也非常不稳定。在烧结的过程中,为了提高混合料的透气性,我们需要往混合料中加水,这样就导致了湿度和含氧量的增加,造成了烟气过湿的情况。综合烟气的各种特点,我们要选取合适的净化技术,只有这样才能保证烟气排放符合标准,达到环保要求。
2.2 烧结球团烟气处理的现状
纵观国内烧结球团烟气处理的发展史,我们可以发现,国内绝大多数的企业使用的烧结球团烟气处理技术不够完善,都或多或少存在着一些问题。总体来说出现的问题包括烟气处理结果达不到预期想象,投入的一次性建设资金较大,经济效益低下,副产物利用率不足,而且会产生二次污染等问题。这些问题都严重影响着企业综合效益的提高。
我们通过调研发现,出现这些问题的原因主要在于以下几个方面,首先,就是很多企业的烟气处理技术都是对现有技术进行照搬照抄,根本不考虑自身的生产情况,这样就导致了不仅花费了大量金钱,而且还没有达到处理的效果。其次就是烟气处理设备建设使用不规范,由于环保问题是最近几年刚开始关注的问题,所以很多企业在创建初期根本没有考虑太多废气处理的问题,所以在建设过程中存在着偷工减料,使用不规范等问题。最后就是生产出的副产物没有进行有效的利用,因为在工业生产过程中,由于化学变化的复杂多样性,会产生很多的副产物,如果对这些副产物进行回收利用的话,也能够很好的提高企业的综合经济效益。
3 活性焦烟气治理技术
3.1 活性焦治理技术的好处
活性焦治理技术是近些年来经常使用的一种烟气治理技术,通过活性焦处理过的烟气,可以有效的净化二氧化硫、粉尘等有害物质。而且采用这种方法具有很高的经济效益,不仅能够有效对烟气进行处理,而且还能充分利用烟气中的副产品。活性焦技术是以物理吸收为基础,再通过一定的化学反应来中和产生的有害气体的。这种技术非常适用于现阶段烧结球团烟气的处理,其工艺流程环环相扣,能够有效的应对烧结球团烟气变化量大、成分复杂、温度不稳定等特点。而且在烟气的处理过程中,可以实现资源的回收再利用,同时耗水量也大大降低,具有非常高的经济适用性。
3.2 活性焦治理技术的原理
通过活性焦技术来处理烟气主要是通过活性炭的吸收作用来实现的,在处理过程中有害气体的吸附主要靠的是移动床吸附反应塔,这是活性焦处理技术的核心设备,在反应塔内部,烟气通过错流移动床来充分和活性焦进行接触,这个活性焦分为三层,有害烟气经过层层过滤,可以非常有效的实现脱硫、除粉尘等功能。在针对高硫矿所产生的烧结球团烟气时,为了提高吸收效率,满足环保要求,我们对移动床吸附塔进行了改造,采用双移动床来进行二次过滤,通过这种做法,即使使用高硫矿进行生产,那么产生的烟气依旧符合排放标准。
3.3 活性焦治理技术的成果
太钢集团在处理烧结球团烟气时就是采用的这种技术,经过实际数据的测量,我们发现活性焦处理技术可以非常有效的对烟气进行净化。通过数据我们可以看出,采用了活性焦技术处理过的烟气,二氧化硫净化率达到了98%,粉尘吸收率也高达83%。这些检测数据表明这种活性焦技术可以很好的达到设计要求,起到了节能环保的作用。
3.4 活性焦治理技术和其他治理技术的对比
在现代工业生产过程中,最注重的就是企业的综合经济效益,考虑的就是投入和产出比。只有更具性价比的产品和技术才能够得到更广泛的推广和应用。活性焦技术具有脱硫率高、除粉尘能力强的特点。相比起湿法和半干法的烟气处理技术来说,活性焦处理技术的烟气处理效果更佳理想,具有更高的环保效益。但是在一次性建设费用上还是比较高的,但是通过长期的使用,这些高出的建设费用会在日后的维护使用费中慢慢节省出来,总体说来还是具有很高的经济效益。值得广大企业的使用和推广。
3.5 活性焦技术的未来发展
但是纵观各种烟气处理技术,我们就会发现每种处理技术都有自身的优点和缺点,如果我们单纯的使用一种烧结球团烟气处理技术,很难收到理想的效果。在活性焦处理技术中,随着使用时间的推移,活性炭的吸附效果会明显减弱,这时就需要我们及时进行更换。这种情况说明了活性焦烟气处理技术还是存在短板的,我们应该将各种烟气处理技术进行有效的结合,合理利用每种技术的优点,进行优化组合,来达到最高的经济效益。
4 小结
烧结砖烟气的治理 篇4
根据国家最新环保政策要求, 自2015 年1 月日起, 所有钢铁企业执行GB28662 - 2012《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》标准排放要求, 烧结机尾烟气颗粒物排放限值30, 目前符合要求的企业甚少, 绝大多数企业面临改造, 要想达到如此严格的排放要求, 首先必须了解烧结工艺、了解粉尘性质才能有针对性采用最有效的除尘技术进行合理设计, 确保达标排放。
2 烧结工艺特点
2. 1 工艺流程
烧结生产的工艺流程主要包括烧结原料的准备、配料与混合、烧结生产和产品处理等工序。目前广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。烧结台车上的混合料经过点火后开始燃烧, 空气从混合料层的上部抽入, 燃烧产生的烟气中夹带粉尘被抽到烧结台车下的风箱中, 进而汇入大烟道, 经过除尘净化后由抽风机通过高烟囱排入大气。
烧结机尾除尘是指烧结机尾部卸矿点以及与之相邻的烧结矿破碎、筛分、贮存和运输等扬尘点的除尘。根据工艺流程不同, 除尘系统的抽风点可由以下三种组成:
1) 热矿工艺
由烧结机尾部抽风点、烧结矿槽上部抽风点、烧结矿装车抽风点、返矿圆盘续矿机上部抽风点及热返矿运输设备受料抽风点等组成。
2) 带热振动筛的冷矿工艺
由烧结机尾部抽风点、热振动筛上部抽风点、热振动筛受料端抽风点、热振动筛卸料端抽风点、热运矿运输设备受料抽风点及冷烧结矿胶带机受料抽风点等组成。
3) 带整粒系统的冷矿工艺
由烧结机尾部抽风点、冷却机受料抽风点、冷却机卸料抽风点、烧结机头部抽风点、铺底料胶带机转运抽风点及其他提升、运输、贮存设备抽风点组成。
2. 2 烧结机尾烟气特点
1) 烟气量较大 机尾烟气量约为烧结机 ( 机头) 烟气量的25 ~ 50% , 对50 m2、75 m2、90 m2中型烧结机, 机尾烟气量是机头烟气量的1 /3 左右。
2) 粉尘磨啄性强 粉尘相对密度大、坚硬, 磨啄性强。
3) 粉尘黏附性强 粉尘颗粒细, 黏附在防尘设备上不易脱落。粉尘中含有Ca O, 遇水后容易结垢, 堵塞设备。
4) 含铁量高, 具有较高的回收利用价值, 粉尘含铁量和烧结矿的含铁量相近, 可以返回原料系统, 重新加以利用。
3. 污染物参数
1) 烟气成分 与空气相同。
2) 烟气温度 各抽风点的烟气温度不同, 最低为40 ℃, 最高达250 ℃, 各点烟气混合后的温度80~ 150 ℃ , 一般为100 ℃ 。
3) 含尘浓度 各抽风点烟气的含尘浓度不同, 混合后的烟气含尘浓度为5 ~ 15g /m3 ( 标) 。
4) 粉尘成份 总铁约占50%, 其次CaO占10%左右, SiO2在10%以下, 以及少量MgO等。
5) 粉尘比电阻 一般在1011以下。
3 机尾烟气主要治理技术及经济型比较
1. 机尾除尘技术现状
我国烧结机烟气治理起步较早, 从20 世纪60年代初烧结机机尾除尘试验以来, 目前各烧结厂已全部设置了机尾除尘系统, 能够长期稳定地运行, 对治理烧结厂的粉尘污染起到了重要作用。
烧结机尾烟气运动激烈, 且温度高, 具有强烈的上浮趋势。一般烧结机尾部设大容积密封罩, 使激烈运动的含尘气流得以缓冲。抽风点要设在机尾大容积密封罩的顶部, 因势利导, 将上升的含尘热气流抽出, 以减少机尾粉尘外溢, 降低除尘抽风量。
国内的烧结机尾几乎全部采用大型电除尘器系统, 但仍有许多早期建设项目采用旋风或多管除尘器。经过多年实践证明, 机尾除尘系统使用旋风或多管除尘器虽然投资少, 但难以达到排放标准要求。
2. 主要除尘技术比较
电除尘器无论从理论和技术上还是工业实践中, 其出口排放浓度都是可以达到粉尘出口排放50mg / Nm3; 再适当增加设备投入并精心设计严格制造, 要达到低于50 mg /Nm3的排放也是可能的, 但经济性较差。
电除尘器和袋式除尘器是工业烟气净化设备中传统的两种除尘设备, 在过去的工业粉尘治理中都发挥了主导作用, 但在新形势下, 它们又都存在着自身难以克服的不足。
电袋复合除尘器是通过电除尘器与布袋除尘器有机结合的一种高效除尘器, 它充分发挥电除尘器和布袋除尘器各自的除尘优势, 以及两者相结合产生的新的性能优点, 弥补了电除尘器和布袋除尘器的缺点。电袋复合除尘器具有效率高、稳定、滤袋阻力低、寿命长、占地面积小等优点。
电袋复合除尘器前级有电除尘, 成本虽然会有所增加, 但后级袋除尘器过滤风速比单独使用纯袋除尘器可提高20 ~ 30% , 过滤面积能相应减少20 ~30% 。就总投资而言在提高除尘效率的前提下, 成本与纯袋相差不大.
从以上对比分析可以看出, 电袋复合除尘器集中了电除尘器和袋式除尘器各自的优点, 取长补短, 对于满足低排放要求有很大优势, 特别对于大量需要改造的项目, 在基础已定的条件下实施改造、达到低排放更具有独到优势。
4 电袋复合除尘器除尘机理及性能优势
科学家们通过大量的实验证明: 烟尘中粉尘颗粒的静电荷对织物过滤的除尘率、阻力以及清灰难易有影响。这一观点于1961 年以论文的形式发表, 成为电袋复合技术的技术依托和理论依据。
1. 除尘机理
电袋复合除尘器采用前电后袋的结构形式, 电除尘区秉承了电除尘器第一电场的除尘优势, 其除尘效率与极板有效面积成指数曲线变化, 能收集烟尘中大部分粉尘, 收尘效率高达70 ~ 80% , 并使流经电除尘区未被收集下的微细粉尘电离荷电, 一方面大大降低了进入布袋除尘区的含尘浓度; 另一方面荷电后的粉尘进入袋区, 在后级袋区扩散, 形成均匀气溶胶悬浮状态, 使进入袋区含尘浓度比较均匀, 荷电后的细微粉尘在后级袋区产生如下作用:
1) 同性荷电粉尘之间发生相互排斥作用力, 在滤袋表面形成的粉尘层结构具有规则、有序排列, 呈“蓬松”堆积的状态, 提高粉层透气性, 降低过滤阻力, 粉尘层与滤袋剥离性好;
2) 异性荷电粉尘之间发生相互吸引而出现凝并现象, 加大粉体粒径, 有效提高微细粒子捕集。清华大学在研究微细粒子 ( 小于PM10) 捕集方法试验过程中也发现, 电袋复合除尘器中的异性电荷凝并作用是有效提高微细粒子捕集效率的方式。
2. 性能优势
1) 电袋复合除尘器是一种新型的高效除尘设备, 它是把电除尘和袋式除尘两种不同类型的除尘方式结合在一起, 充分发挥两者的除尘优势, 以达到最佳的除尘效果和高可靠性。
2) 电袋复合除尘器的效率长期稳定, 不受烟气工况影响, 对粉尘比电阻有很宽的适应范围。烟尘排放浓度可以长期稳定在30 mg /Nm3以下。
3) 电袋复合除尘器的运行阻力低, 一般≤1 200Pa, 降低了除尘器阻力, 节省了风机电耗。
4) 清灰周期长, 气源消耗小, 节能效果显著。由于滤袋收集的粉尘量少, 阻力上升缓慢, 其清灰周期是纯袋除尘器的2 倍以上, 压缩空气耗气量不到纯袋除尘器的1 /3, 节省了空压机电耗。
5) 清灰次数少延长了滤袋使用寿命, 在相同运行条件下滤袋的使用寿命可长达30 000 小时。
6) 滤袋、袋笼及脉冲阀等关键配件数少, 可大幅降低滤袋及配件的更换维护费用。
5 工程应用
表5 袋区主要结构参数
结语
随着国家环保政策对大气污染物排放要求的日益提高, 钢铁行业作为污染大户, 现在乃至今后将会有大量除尘系统项目面临升级改造, 电袋复合除尘器在烧结机尾工艺的成功应用, 其优越性越来越被众多用户所认可、接受, 未来市场前景广阔。
摘要：烧结工艺流程及烧结机尾烟气特点介绍, 通过机尾除尘设备技术比较和成功工程实例说明电袋复合除尘器在烧结机尾烟气治理中应用的优势。
关键词：烧结机尾,烟气特点,电袋复合除尘器,荷电粉尘
参考文献
烧结砖烟气的治理 篇5
虽然选用含硫量低的煤矸石原料,采用隧道窑焙烧设备的砖厂,生产过程中排放的废烟气可基本满足GB 9078-1996《工业炉窑大气污染物排放标准》的要求,但随着《国家环境保护“十二五”规划》的颁布,对环境保护提出了更加严格的要求,国家将实施主要污染物排放总量控制制度,继续把化学需氧量、SO2排放量作为约束性指标,同时把氮氧化物和氨氮列入约束性指标,指标的减排幅度是8%～10%。新规划进一步明确了“十二五”期间要坚持源头预防,综合推进,强化结构减排,落实工程减排,完善监管减排,推行清洁生产,降低产污强度,促进经济发展方式转变。这充分说明我国的排放标准在未来几年将更为严格。各地主管部门也相继提高了SO2的排污费征收标准,由2009年的0.95元/kg提至目前的1.26元/kg,这将使大多数煤矸石烧结砖厂面临烟气治理的严峻问题。
1 砖瓦行业烟气排放及治理的特点
烟气成分复杂,废气中以无机污染物为主。制砖用的原料煤矸石中不同程度地含有硫、氟等,在焙烧过程中可逸出有害气体SO2、HF、NOX、CO、HCl等。其主要污染物是SO2气体,因此烟气治理重点是脱硫。
烟气中尘的含量相对较低,一般为200 mg/Nm3～500 mg/Nm3,接近GB 9078-1996《工业炉窑大气污染物排放标准》的要求,在湿法脱硫过程中可以将尘的含量降低至国家标准以下,不用单设除尘设备。
一般大、中型砖厂为2～4条隧道窑,烟气总排放量大,治理难度大。
砖瓦行业的特殊性是产品附加值低、利润低。由于资金紧张,且环保设备的投资及运行费用较高,故企业对污染物治理的积极性不高。
上述因素,致使环保设备厂对砖瓦行业烟气污染治理也不够重视,缺乏针对砖瓦行业特性的投资少、运行费用低的烟气治理设施。
2 国内外SO2污染物控制技术
SO2控制技术总共达200余种,归纳起来可分为三大类:(1)燃烧前脱硫,如洗煤、微生物脱硫;(2)燃烧中脱硫,如工业型煤固硫、炉内喷钙;(3)燃烧后脱硫,即烟气脱硫(FGD)。
FGD法是世界上唯一大规模商业化的脱硫技术,主要是利用吸收剂或吸附剂去除烟气中的SO2,并使其转化为较稳定的硫化合物。FGD技术种类繁多,但是真正工业化的只有十几种。FGD技术按脱硫后产物的含水量大小可分为湿法、半干法和干法;按脱硫剂是否再生分为再生法和不可再生法;按脱硫产物是否回收分为回收法和抛弃法。其中湿法脱硫技术应用约占整个工业化脱硫装置的85%左右,主要有以下几种。
2.1 湿法石灰石/石灰烟气脱硫技术
该技术是利用成本低廉的石灰石或石灰作为吸收剂吸收烟气中的SO2,是一种低成本、高效率的脱硫方法。但石灰(石灰石)难溶于水,与SO2反应过程较慢,在脱硫中需要极大的持液量,当要求达到90%以上的脱硫效率时,其液气比至少需达到8以上,导致增加设备成本和消耗大量的能源,不适合砖瓦行业使用。由于常规的石灰(石灰石)法投资及设备维护费一般厂家无法接收,故我国的中小型锅炉及窑炉采用的都是简易石灰法,即省去了常规石灰法中的很大一部分设备。这样的石灰法脱硫效率会下降,一般在70%左右,另外更易出现设备结垢、堵塞现象,影响了设备的正常运行。
2.2 氨法烟气脱硫技术
该技术采用氨作为SO2的吸收剂,氨与SO2反应生成亚硫酸铵和硫酸铵,随着亚硫酸氢铵比例的增加,需补充氨,而亚硫酸铵会从脱硫系统中结晶出来。在有氧气存在的情况下还可能发生氧化反应生成硫酸铵。该技术的主要优点是脱硫剂利用率高和脱硫效率高,且可以生产副产品。主要缺点是生产成本高、易腐蚀、净化后尾气中含有气溶胶、氨挥发使得吸收剂的消耗量增加、产生二次污染等问题。
2.3 钠碱法喷淋脱硫技术
该处理工艺采用NaOH作吸收剂,吸收SO2形成Na2SO3,对烟气进行脱硫除尘,使之达标排放。该技术具有高吸收效率、液气比低、其吸收液无结垢堵塞的风险、运行稳定、投资低等优点;其主要缺点是治理过程需用NaOH作吸收剂,生产成本昂贵,仅适用于处理烟气量在6000 Nm3/h～60 000 Nm3/h,初始烟气中SO2浓度≤1 500 mg/Nm3的工况。一般含硫量大于1%的煤矸石烧结砖厂不宜采用此方式进行烟气脱硫处理。
2.4 双碱法(NaOH+Ca(OH)2)脱硫技术
为了克服石灰/石灰石技术容易结垢和堵塞及氨法、钠碱法生产成本昂贵的缺点,发展了双碱法(NaOH+Ca(OH)2)脱硫技术。该技术直接参与吸收塔内脱硫反应的是溶解度高、反应速度快的NaOH,其生成物Na2SO3和NaHSO3又通过苛化反应,再生成了NaOH。因此最终消耗的是廉价的石灰。该处理技术具有以下优点:
用NaOH脱硫,循环水基本上是NaOH的水溶液,在循环过程中对水泵、管道、设备均无腐蚀与堵塞现象,便于设备运行与保养;
吸收剂的再生和脱硫渣的沉淀发生在塔外,这样避免了塔内堵塞和磨损,提高了运行的可靠性,降低了操作费用;
钠基吸收液吸收SO2速度快,故可用较小的液气比,达到较高的脱硫效率,一般在85%以上;
适用性广,对高浓度SO2及大排量的烟气也有较好的治理效果;
对脱硫除尘一体化技术而言,可提高石灰的利用率。
该法的主要缺点是循环沉淀池占地面积大,投资费用较钠碱法高。
2.5 几种典型湿法脱硫技术特点的对比
几种典型湿法脱硫技术特点对比表,见表1。
3 工程实例
以某二类区煤矸石烧结砖厂为例,分析了该生产线隧道窑焙烧生产过程中产生的烟气对周围大气环境造成的污染程度,并详细论述了所采取的有效治理方案。
3.1 项目概况
3.1.1 生产规模
年产12 000万块(折普通砖)煤矸石烧结空心(多孔)砖生产线。
3.1.2 原料消耗及化学成分、原料成分分析
生产线原料为混合煤矸石。其中:从原煤洗选过程中排出的洗矸占25%,矸石山上经过自燃后的过火矸占75%,年消耗煤矸石混合料243 408 t,其中洗矸60 852 t,过火矸182 556 t。根据原料成分分析,洗矸含硫量为1.15%、发热量为3 380.25 kJ/kg,过火矸含硫量为0.7%、发热量为1 362.12 kJ/kg。原料的化学成分分析见表2。
3.1.3 生产工艺过程
该生产线原料制备采用二级破粉碎加过筛处理及侧式陈化库工艺;成型采用硬塑挤出成型、机械自动化码坯工艺;干燥、焙烧采用全内燃、双通道隧道干燥室、大断面隧道窑一次码烧生产工艺。
3.2 污染源
从生产过程可知,该厂在运行时一般污染源有粉尘、固体废物及噪声。主要污染源来自于隧道窑焙烧过程中的废烟气。
3.3 污染源治理方案
3.3.1 一般污染源治理方案
原料破碎工段产生的粉尘可以通过袋式收尘器处理,其除尘效率≥97%;收集下的粉尘,切条、切坯工序产生的废泥条,干燥焙烧工段产生的废砖等固体废物均可回收利用作为制砖的原料;破碎机、搅拌机、空压机、真空泵、风机等设备运行时产生的机械噪声,可以通过在设备基础底座安装减振垫、加装隔声罩、安装消声器等措施降低其对厂界噪声的影响。
3.3.2 主要污染源治理方案
3.3.2. 1 隧道窑烟气污染物排放量
该生产线为全内燃焙烧,利用煤矸石原料自身的热值即可满足生产过程中所需的热耗,不需添加其他燃料,产生的污染物主要是SO2、烟尘。由煤矸石原料的消耗量,洗矸、过火矸的含硫量,洗矸、过火矸的可燃硫分别按80%和20%计,隧道窑的烟气量为112 000 Nm3/h,可估算隧道窑SO2的产生量和排放浓度,估算结果见表3。
隧道窑烟气中烟尘产生量见表4。
由以上表3,表4可见,隧道窑焙烧过程排放的废烟气中SO2的指标严重超标,烟尘的指标也超标准,必须选用高效治理设施对其进行治理,实现达标排放。
3.3.2. 2 隧道窑烟气治理措施
经过多方调研、咨询、对比,结合砖瓦行业的特殊性,要求环保设备投资及运行费用较低,运行稳定,并获得较高的脱硫率等,该厂决定采用双碱法脱硫技术处理隧道窑焙烧过程中排放的不达标废烟气。
3.3.2. 2. 1 双碱法烟气处理工艺流程。
双碱法烟气处理工艺流程,见图1。
3.3.2. 2. 2 烟气处理工艺过程简述
a.烟气二步脱硫、除尘及二次脱水过程
为使SO2的吸收溶解最大化,从隧道窑排出的高温烟气首先进入降温喷淋洗涤器,由喷淋洗涤液对烟气进行降温处理。降温喷淋洗涤器内部布置25个螺旋不堵塞喷嘴,洗涤液通过喷嘴形成2 mm～4 mm直径的小液滴,成120°的实心锥形运动轨迹喷射,小液滴充满洗涤段内部空间,烟气中的烟尘颗粒被大量的小水滴碰撞捕获,同时吸收、溶解部分SO2,完成一步脱硫、除尘。
从降温喷淋洗涤器出来的烟气夹带着洗涤液进入高效洗涤器后,由于气、固、液三相混合物不断改变运动的速度和方向,形成湍流状态,洗涤液对SO2和烟尘颗粒进一步洗涤净化,并将烟气中小于10μm的尘粒进行捕获净化,据设备厂家提供的资料,经过二步脱硫除尘后,脱硫效率可达85%以上,除尘效率可高达98%以上。
SO2吸收反应原理:
当气、固、液三相混合物进入排污脱水箱后,由于惯性力和重力作用使绝大多数洗涤液从烟气中分离出来,随后烟气经脱水箱中的脱水板进行一次脱水,最后由高效脱水器第二次脱水,使烟气中绝大多数液、固态物质得以分离出去,从而达到烟气高效率净化的目的,净化后的烟气经过增压风机进入烟囱达标排放。
b.洗涤液制备、循环过程
从脱硫塔排出的酸性洗涤液在排水灰沟自动与碱液搅拌罐流出的石灰乳混合,在流动过程中发生复分解反应,生成半水亚硫酸钙沉淀和氢氧化钠。
洗涤液再生反应:
同时在排水灰沟中布设曝气装置,氧化风机将压缩空气送入排水灰沟,使得洗涤液中生成的半水亚硫酸钙氧化为半水硫酸钙,氧化反应如下:
洗涤液中再生得到的NaOH可重复使用,需要说明的是因为烟气中有大量氧气且温度较高,而SO2浓度较低,因此副反应会较多,正常运行时需要补充一定量的NaOH维持其浓度,保证洗涤液在进入离心泵前pH值为7～8。
c.半水硫酸钙(脱硫石膏)回收
含半水硫酸钙和灰渣的洗涤液在循环沉淀池沉淀下来,最后通过人工清理,半水硫酸钙可作为建材原料回收,灰渣清理后外运。循环沉淀池需要有足够的面积,否则洗涤液的径流速度过快,造成沉淀物随泵的运转进入设备,容易产生积垢堵塞现象。
3.3.2. 3 隧道窑烟气治理参数
生产线小时烟气处理量:112 000 Nm3/h;
洗矸含硫量:1.15%;
过火矸含硫量:0.7%;
脱硫效率:85%～95%;
除尘效率:98%;
液气比:2 L/G;
烟气含湿量:≤8%;
烟气进口温度:80℃～120℃;
烟气出口温度:≤60℃;
设备阻力:1 000 Pa～1 200 Pa。
3.3.2. 4 烟气治理效果
烟气治理前后污染物排放状况,见表5。
4 经济技术指标分析
4.1 经济效益分析
a.运行费用,见表6。
注:SO2排污费收取标准:1260元/t
b.经济效益分析
隧道窑烟气脱硫系统满负荷运行时,每小时脱硫量为0.175 t,运行费用72.6元/h,免交排污费221元/h。
4.2 环境效益分析
该厂隧道窑废烟气治理项目的实施,可使烟气中SO2、烟尘排放量大幅降低,每年减少SO2排放1 386.27 t,烟尘排放435.12 t,可使隧道窑废烟气实现达标排放。这不仅对改善区域大气环境质量起到积极作用,还可以避免酸性气体对设备、厂房的腐蚀,改善职工的劳动环境,有利于提升公司的整体形象。同时余出的环境容量可为当地的经济建设和公司的持续发展创造有利的条件,具有良好的环保效益和社会效益。
5 结语
双碱法脱硫、除尘技术和设备是可靠的,也是可行的,该系统设备正常使用寿命达20年以上。对高浓度SO2及大排量的烟气也有较好的治理效果,脱硫效率在85%以上。年可减少SO2排放1 386.27 t。按目前排污费收费标准1260元/t,年节省支出174.67万元,经济效益尚可,随着国家环保力度的加大,该项效益会更加突出。
若当地有工业废碱,一方面可解决碱性废液的排放问题;另一方面减少本系统的运行费用。
总之,煤矸石烧结砖的生产解决了矸石山占地、污染环境的问题,在变废为宝,解决禁粘后新型墙材接替使用的同时,也对职工身体健康、生态环境、生产设备及厂房的使用寿命等带来了一定的负面影响,但只要在政府相关部门的重视和支持下,坚持在砖瓦行业推广烟气脱硫除尘技术,就可将煤矸石砖生产过程中SO2对职工身体健康、设备损坏、环境污染的危害降到最低。同时也希望环保设备厂家不断创新、研发出更适合砖瓦行业特性的投资省、运行稳定、运行成本低的高性价比烟气治理设备,使脱硫技术在砖瓦行业得到广泛应用,共同减轻环境污染,促进行业发展。
摘要：通过对几种典型湿法脱硫技术的比较,结合工程实例,分析了煤矸石烧结砖生产线、隧道窑焙烧过程中废烟气污染物的排放状况,提出了相应的治理措施,以使煤矸石烧结砖厂窑炉废烟气达标排放。
烧结工艺中烟气减排的分析监测 篇6
众所周知SO2是空气污染物中的一种重要组成部分, 会形成对大自然伤害很严重的酸雨。特别是随着20世纪全球变暖, 冰川融化这些震惊全球的轰动, 我国也开始实施一系列的环保措施, 我国2004年1月1日开始实施的GB13223-2003《火电厂大气污染物排放标准》, 强制性要求火力发电锅炉安装脱硫设施和烟气排放连续监测系统[1]。2012年10月1日开始实施新的《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》 (GB28662-2012) , 继电力行业之后, 钢铁企业脱硫和安装烟气连续在线监测设施成为大势所趋。所谓的烟气连续在线监测系统 (CEMS) 就是对有着固定来源的烟气污染物进行连续的自动监测系统。
钢铁烧结工艺中产生的烟气成分很复杂, 除了产生SO2之外还会伴随有大量的烟尘以及其他的气态污染物, 比如氮氧化物和二氧化碳以及部分没有完全燃烧的一氧化碳。在烧结工艺的烟气排放口安装一套烟气在线监测系统, 使我们随时随地的了解生产过程中污染物排放情况, 把烟气数据传输到生产管理部门和环境监测部门。所谓的烟气排放连续监测系统 (CEMS) 就是一种可以对烟气成分和各种烟气成分的含量进行在线自动连续监测的设备, CEMS系统是由颗粒物监测子系统、气态污染物监测子系统、烟气排放参数测量子系统、系统控制及数据采集处理子系统等组成。通过采样和分析方式 (抽取式连续监测) , 测定烟气中颗粒物浓度、气态污染物浓度, 同时测量烟气压力、烟气流量、烟气温度、烟气含湿量等参数;计算烟气中各污染物浓度和排放量;显示和打印各种参数及图表, 并通过数据传输系统传输至管理部门[2]。
2 在线监测系统的工作原理
主要工作原理为:烟气中的SO2和NOx监测采用非分散红外吸收法, 烟尘浓度测量采用光学后散射法, 烟气中含氧量采用顺磁法测定, 烟气的温度直接利用热电阻监测, 压力分析仪可以直接对压力进行测量, 流速采用差压法来进行监测。采样时所需要的探头也不一样, 有时烟道中为负压, 这就会导致所采集烟气测量值与实际烟气测量值偏差较大, 所以采样的方法也有一定的技术性。
3 烟气中烟尘浓度测量
烟尘浓度是烟气的一个重要参考因素, 采用光学后向散射法实现。其原理是光源照射到烟道中, 光束被烟尘颗粒散射, 其散射光被与入射光成一定夹角的接收器接收, 散射光强与烟尘浓度成正比关系, 通过测定散射光强来定量颗粒物浓度。
光学后向散射法烟尘在线测试仪的特点:
(1) 直接测量, 不需要采样系统;
(2) 适用性更广, 灵敏度高, 测量精度高, 测定范围0.005~10g/m3;
(3) 现场安装方便, 可对排放源进行远距离、实时、在线和连续测量, 便于维护校对。
4 烟气中SO2浓度和NOx浓度测量
烟气中SO2浓度采用直接抽取非分散红外吸收法测量, 基于SO2对一定波段 (6.85-9μm) 的红外辐射具有选择性吸收, 其吸收程度与SO2浓度呈线性关系, 根据吸收值确定样品中SO2排放浓度;同样, NO对一定波段 (5.39μm) 的红外辐射具有选择性吸收, 其吸收程度与SO2浓度呈线性关系, 根据吸收值确定样品中NO排放浓度[3]。
红外吸收法特点:
(1) 可以实现直接测量气态污染物浓度;
(2) 准确度较高;
(3) 测量时应注意影响测量精度的干扰因素, 去除介质中二氧化碳和水蒸汽;
(4) 样品气体输送距离不能距离太长, 否则影响测量精度, 一般不超过76m。
5 烟气在线监测系统安装
(1) 依据烟气排放管道特点进行有差别的安装, 以便更好的对烟气进行监测;
(2) 监测系统的探头安装位置最好在引风机前的烟道上, 这样可以使监测的准确度更加贴近实际;
(3) 在监测系统安放位置搭建平台, 因为设备必须长期维护使其更加稳定的可靠地运行。
6 监测系统的维护与维修
(1) 采样探头的维护:烧结烟气中烟尘浓度较高, 易造成采样探头堵塞, 对测量结果造成误差, 所以应该经常对其进行维护;
(2) 如果仪器的测量值突然漂移较大, 则需要对其进行校正, 并且所用到的校正气体为标准气体。
(3) 如果烟气的测量值偏小, 接入标准气体的时候测量值比实际值低, 可能是由于分离器积水所致。
7 使用注意事项
(1) 烟尘监测系统中的反吹用压缩机的电源必须保持不断电, 即使是监测设备检修也必须保持通电状态, 当然对压缩机进行及时的排水十分必要。
(2) 由于烟气监测系统的特殊性, 必须接有独立的地线, 防止所产生的静电对监测系统进行干扰, 造成监测结果偏差较大。
(3) 必须定期进行检修维护, 对监测仪器进行清洁处理, 保证设备的良好运行, 可以延长设备寿命。
(4) 如果烟尘监测系统所处的位置为室外, 必须为设备添加隔离罩, 用来保护设备仪器。
8 结语
在钢铁冶炼烧结工艺中安放烟气在线监测系统是十分必要的, 它不仅为企业提供数据, 便于及时调整生产运行状态, 同时对环境管理也起到了十分重要的作用;监测仪器的维护也是必要的, 可以提高监测的准确度;方便了环境监测人员工作量, 具有较明显的社会环境效益和经济效益。
参考文献
[1]董勇卫.连续烟气监测系统故障分析处理[J].分析仪器, 2009, 6:87-89.
[2]苏静, 吴海平, 王金奇.CEMS烟气在线连续监测系统常见问题的探讨[J].污染防治技术, 2011, 03.
烧结烟气脱硫系统的防腐蚀问题 篇7
关键词：烧结烟气脱硫,防腐技术,防腐材料
1 引言
随着国民经济的高速增长,钢铁工业得到长足的发展,钢铁生产过程中消耗大量的燃料和矿石,产生了大量的大气污染,对环境的影响不断加重,烧结烟气SO2的治理已成为各钢厂环保工作中一项迫在眉睫的工作。
烟气脱硫装置的工作环境非常恶劣,由于烟气中大量的SO2及其它腐蚀介质的存在,加之工作条件的苛刻,脱硫装置的构成材料时刻承受着各种化学介质的侵蚀。从干燥、高温的烟道气中产生的高浓度冷凝硫酸,烟气含尘的高磨损性,以及吸收液中的氯离子、氟离子、硫酸及亚硫酸根等,均会对系统设备产生严重的腐蚀威胁,造成腐蚀区域大、速度快。脱硫系统设备庞大,维修困难,要求运转周期长,同步率高,这一切都把烟气脱硫系统的防腐蚀问题提到了一个非常重要的地位。为了保证脱硫装置的正常运行,其系统的防腐蚀是一个必须高度重视的问题。
2 烧结烟气脱硫设备腐蚀分析
从国内目前已实施和正在实施的烧结烟气脱硫工程所采取技术来看,大体可分为氨-硫铵法、石灰石石膏法、旋转喷雾干燥法三类,而这3种工艺都存在一定的设备腐蚀问题。
(1)氨-硫铵法脱硫工艺。
自烧结主抽风机来含SO2的烟气经风机增压后进入浓缩降温塔,烟气经喷淋降温除尘后进入脱硫塔与浆液接触脱硫,净烟气通过湿烟囱高空排放。脱硫浆液经氧化浓缩后进入蒸发结晶系统,得到硫酸铵成品。该工艺中从浓缩降温塔、脱硫塔一直到烟囱,包括蒸发结晶系统都存在设备腐蚀问题。
(2)石灰石石膏法工艺。
含SO2烟气经除尘后进入GGH(若有),再进入吸收塔与石灰石浆液接触脱硫,净烟气经GGH(若有)升温排放或直接高空排放。脱硫浆液强制氧化后结晶,再经旋流分离和真空脱水,得到石膏产品。该工艺中,从GGH、吸收塔(包括氧化系统)、脱水系统一直到烟气排放,都存在着设备腐蚀问题。
(3)旋转喷雾干燥法工艺。
在反应塔中,含SO2热烟气与被雾化成极细雾滴的石灰乳接触,净化后的烟气携带已干燥的脱硫产物颗粒,经除尘后排放。该工艺的腐蚀区域主要是雾化器和喷雾干燥塔。
3 腐蚀原因分析
3.1 SO2的腐蚀
在烧结过程中,矿石、燃料以及各种配料在高温下发生复杂的物理化学反应,生成的SO2在脱硫系统中有着不同的腐蚀行为。在进入吸收塔之前,烟气中的SO2对金属的腐蚀类似于大气中的SO2腐蚀,但比大气中要严重。因烧结矿的不同其含量一般在1 000～4 000mg/Nm3,由于SO2在水膜中的溶解度比氧大2 000倍左右,因此使得金属表面吸附的水膜pH值偏低,达到2.0～3.5,形成酸液,加速了金属的腐蚀。在脱硫塔进口烟道处,钢板在含有SO2的湿空气中发生酸的再循环腐蚀,反应式如下:
Fe+SO2+O2=FeSO4,
FeSO4水解生成游离的硫酸:4FeSO4+6H2O+O2=4FeOOH+4H2SO4。
如此循环往复,使金属腐蚀不断进行。烧结烟气中含有8%～10%的水份和16%～18%含氧量,会形成SO3的露点腐蚀,有研究数据表明:当烟气SO3含量为0.008%,其露点已达170℃,这样使得在脱硫系统很容易在金属表面结成硫酸酸雾,进而加快腐蚀。在进入吸收塔后,烟气中的SO2变成SO
4Fe+SO
由此可见,在湿法脱硫中,不论是在脱硫前还是脱硫后,硫的化合物都会对设备产生很强的腐蚀作用。
3.2 氯的腐蚀
在烧结烟气脱硫中,根据脱硫工艺不同以及烧结矿料的不同,在湿法脱硫装置的浆液中均存在一定量的氯化物。氯化物的含量与矿料成分、水质以及脱硫工艺有密切的关系,随着装置的运行,氯化物会不断浓缩和累积。如果没有合理的手段来控制氯化物的浓度,将会对脱硫系统设备带来严重的威胁。由于氯离子具有很强的可被金属吸附的能力,从化学吸附具有选择性这一特点出发,对于过渡金属的Fe,Ni等,氯离子比氧更容易吸附在金属表面上,并从金属表面把氧排挤掉,从而使金属表面的钝态遭到局部破坏而发生孔蚀,这种行为尤其在金属的不均性表面更为明显,就连不锈钢(比如316L、2205、2507等)也难以幸免。工程经验证实,当溶液温度超过60℃,氯含量5 000×10-6,316L标准奥氏体不锈钢具有明显的腐蚀行为,而双相钢2205表现相对轻微。当氯含量超过40 000×10-6时,若采用金属材料防腐,一般建议采用超级双相钢2507或使用铬和钼含量较高的镍基合金。
3.3 氟的腐蚀
氟化物容易在金属表面污垢沉积物的下面富集,加剧了不锈钢的酸性氯化物缝隙腐蚀。值得注意的是,在烟气脱硫中,对碳钢结构的防腐做法是衬玻璃鳞片防腐,一般而言,浆液中HF含量超过2 000×10-6时,玻璃鳞片的腐蚀将会变得非常严重。如果HF含量偏高,可采用以下方法减轻HF对玻璃鳞片防腐衬里的腐蚀,玻璃鳞片表面使用碳纤维;使用掺有陶瓷填充材料的乙烯基树脂。
3.4 流体及其携带颗粒物引起的磨损腐蚀
包含这种腐蚀的流动介质包括气体、循环浆液以及其包含的结晶体、固体颗粒杂质等,其中含在浆液中的固体颗粒物尤为厉害,它是一种包括机械、化学和电化学联合作用的复杂过程。在快速流动的流体作用下,金属以水化离子的形式进入溶液,当存在湍流时腐蚀表现更为明显。
当采用钙基吸收剂时,当循环浆液中石膏结体达到一定含量时,会对喷淋系统、支撑梁、泵过流件以及塔体防腐层造成严重的腐蚀和冲刷,从而影响设备的正常运行。当采用氨法脱硫塔内结晶工艺时,脱硫系统中的磨损和堵塞问题同样严重,采用氨法脱硫塔外结晶工艺,并有灰渣处理措施时,系统几乎不存在磨损和堵塞问题。
4 烧结烟气氨法脱硫中的防腐蚀措施
根据国内外烟气脱硫工程的实际使用情况和笔者多年的工程设计经验,烧结烟气脱硫系统采取的防腐蚀措施,归纳起来大致有如下几个方面。
4.1 采用耐腐蚀材料
4.1.1 应用不锈钢
在烧结烟气氨法脱硫中,根据脱硫介质条件不同,选用了各类不锈钢,比如304、316L、317L、2205、2507等。304不锈钢可应用于接触干燥硫铵或氨水介质的场合;316L不锈钢可应用于接触硫铵溶液介质(温度低于60℃、氯离子浓度较低)的管道、阀和泵体过流部位,2205和2507双相不锈钢适应的硫铵溶液温度和氯离子浓度可适当高一些。但实际使用经验证实,即使采用像2205和2507双相不锈钢,在工况恶劣时,也同样存在点蚀、缝隙腐蚀和冲刷腐蚀等,只是腐蚀的速率不同而已。
4.1.2 应用镍基合金
根据介质工况不同,在烧结烟气氨法脱硫的部分特殊部位需采用镍基合金(如C276)。在高温烟气进入吸收塔的干湿烟气交界面处,高温烟气从160～200℃急速降至60～80℃,并与硫铵溶液接触,该部位存在严重的腐蚀和磨损,经验证实,316L薄板衬里或玻璃鳞片衬里均难以保证防腐寿命,需采用C276薄板衬里来确保防腐寿命。
4.1.3 应用不锈钢复合板
不锈钢复合板与纯不锈钢相比,既具有优越的机械强度,又具有一定的防腐性能,在早期的烟气脱硫设备上应用较多,但多年应用发现,其点蚀、缝隙腐蚀和冲刷腐蚀也很严重。目前在脱硫后湿烟囱防腐还有应用,在其它部位上已很少使用。
4.1.4 应用整体玻璃钢
玻璃钢具有质轻、比强度高、成型工艺简单、化学稳定性好以及耐腐蚀等优点,在烟气脱硫中得到大量的应用,如吸收塔、烟囱、喷淋管、储罐等。性能优良的玻璃钢其耐温性可达100～120℃,个别可达160℃。笔者设计过的整体玻璃钢脱硫塔直径达φ12.5,含塔基玻璃钢湿烟囱总高达100m,目前已安全运行3年以上,实践证实,玻璃钢具有免维护、防腐蚀性能优越等特点。
4.2 采用玻璃鳞片树脂防腐衬里
在烟气脱硫系统中,玻璃鳞片树脂防腐衬里得到了大量应用,相对于不锈钢,其价格较低,且防腐效果优良。所谓玻璃鳞片树脂,是将一定片径(0.4～2.0mm)和一定厚度(6～40μm)的玻璃鳞片与树脂混合制成的树脂胶泥,用涂抹的方式涂敷于碳钢表面形成的防腐涂层。
玻璃鳞片的片状结构在涂膜中的平行排列,切断了漆膜中的微孔,而且还在涂膜中形成了迷宫效应,大大延长了腐蚀性介质在涂膜中的扩散路径,从而有效延缓了基底金属的腐蚀。在氨法烧结脱硫中,浓缩降温塔、吸收塔、碳钢储罐或混凝土储罐、水池等均可采用乙烯基玻璃鳞片树脂防腐衬里,工程实际使用效果良好。
4.3 玻璃钢衬里和橡胶衬里
玻璃钢衬里主要也是起到屏蔽作用,将基体与腐蚀介质隔开,由于树脂牌号不同,其使用温度和耐腐蚀、抗渗透性能各有差异。因玻璃钢在施工过程中容易出现针孔、气泡和微裂纹,所以在氨法烧结脱硫中,玻璃钢衬里一般应用在地沟、厂房或设备基础等部位防腐上,对重要设备如吸收塔、储罐则很少使用。
在脱硫系统中,如循环浆液管、蝶阀以及溶液罐等可采用衬丁基橡胶或衬氟橡胶的防腐方式,其技术成熟,在合理的温度条件下,橡胶衬里的防腐效果优良,且能降低工程造价。
4.4 优化脱硫工艺
因烧结烟气成分的复杂多样,在目前的防腐技术条件下,根据不同介质条件选用合理的材质,同时加强设计优化和施工管理,也是提高脱硫装置利用率的有效方法。主要有如下几点:控制脱硫液中氯离子的含量,将硫铵溶液中的氯离子以氯化铵的形式排出系统外;测算溶液中氟离子含量,当溶液中氟离子浓度偏高时,会对玻璃鳞片衬里产生特殊的影响,设计时需特别注意;对于接触温度较高和浓度较高的硫铵溶液管道,如热交换器的换热管或管板,建议采用2205双相钢或2507超级双相钢或同等材质的不锈钢;对温度低于60℃的溶液管道,建议采用工程塑料或玻璃钢管道;采用合理方法降低溶液中含固量,减轻磨损腐蚀;在工程实施时,严把质量关,对不锈钢的质量严加控制和抽检。对需要现场施工的,如玻璃鳞片防腐和玻璃钢防腐,要确保施工工期和施工质量。
5 结语
在烟气脱硫工程中,防腐蚀问题非常重要,需要针对不同的部位和介质条件,优选不同的材料和施工技术。防腐方案的选择必须满足烟气脱硫系统对防腐蚀的要求,即高的机械性能,良好的化学稳定性和热稳定性,优良的抗渗透性能等,同时还必须考虑成本低,施工难度小,易修补,安全运行时间长等因素。
随着烟气脱硫技术的发展,必将对防腐提出更高的要求,也将会促进这一技术更快、更好地发展。
参考文献
[1]黄永昌.金属腐蚀与防护原理[M].上海:上海交通大学出版社,1989.
[2]王海宁,蒋达华.湿法烟气脱硫的腐蚀机理及防腐技术[J].能源环境保护,2004(5):17～18.
烧结球团烟气脱硫工艺探究 篇8
1 烧结球团烟气脱硫工艺的选择
1.1 工艺要求
烧结球团烟气脱硫投资较大, 对设备和人员技术能力的要求都比较严格。我国钢铁企业在烧结球团烟气脱硫方面不适合完全引入国外烧结脱硫的技术路线, 在烧结球团烟气脱硫工艺路线选择上需要依照以下几点要求: (1) 技术必须成熟。如果技术不成熟对于烧结机工况不熟悉, 会导致烧结脱硫装置的不稳定运行, 很可能发生操作失误等安全事故, 给企业生产带来严重影响。 (2) 运营成本要低。对于烧结球团烟气脱硫工艺的使用必须考虑一次性投资和运行成本, 否则将会使得工程耗费的资金过大, 影响企业运营。 (3) 空间布置灵活。烧结球团烟气脱硫设施设备要尽量少占地, 要设计烧结工艺系统时要考虑预留烧结脱硫场地, 从而能够在必要时对现场工地进行灵活地布置。 (4) 综合利用价值要高。对于副产物的排放量以及副产物处置的费用要尽量低, 提高综合利用价值。 (5) 工艺具有可扩展性。从国家对烧结球团烟气脱硫工艺不断提高的要求标准来说, 结合烧结烟气多组分污染物特点, 要求脱硫工艺必须有很强的可扩展性。
1.2 工艺种类及特点
1.2.1 湿法工艺
烧结球团烟气脱硫湿法工艺种类主要包括石灰石—石膏湿法、钠碱法、双碱法、离子液湿法、硫铵湿法、氧化镁湿法等。
工艺特点:脱硫效率较高且比较稳定, 对排放浓度的控制达标, 工艺可操作性和可靠性较强, 成熟程度高。脱硫副产物能够迅速处理和利用, 对脱硫剂品质要求不严格, 价格不高。但是工艺投资特别大且运营成本过高, 占地面积大, 需要对脱硫产生的废水进行处理, 容易发生磨损、堵塞、泄露、腐蚀问题。另外, 湿法工艺排烟稳定低不利于烟气抬升扩散排放, 从而对烟囱造成严重的腐蚀。
1.2.2 干法工艺
烧结球团烟气脱硫干法工艺主要包括活性焦吸附干法、LJS烟气循环流化床多组分污染物协同净化工艺、GSCA双循环流化床干法等。
工艺特点:目前我国烧结球团烟气脱硫主要采用的是干法工艺, 脱硫效率和运行成本都比较理想。尤其是LJS烟气循环流化床多组分污染物协同净化工艺对烧结烟气二氧化硫浓度波动和烧结烟气量波动具有良好的适应能力, 由于吸收塔反应器多位空塔结构, 因而维护比较简便。同时LJS烟气循环流化床多组分污染物协同净化工艺具有协同脱除多组分污染物的能力, 脱硫系统性能指标高, 污染物排放浓度低, 不存在废水及二次污染, 并且脱硫副产物为干粉态易于保存和运输, 综合利用价值较高。
1.2.3 半干法工艺
烧结球团烟气脱硫半干法工艺主要包括NID烟道循环法、密相干塔法、ENS法、LEC法、SDA旋转喷雾法等。
工艺特点:技术易操作, 运行和维护管理比较简便, 占地面积小, 总图布置容易实施, 对防腐要求不高且不会产生废水, 脱硫效率较高, 但是脱硫副产物综合利用价值较低, 对脱硫剂的利用率较低, 工艺运行和适应能力不强。
2 目前我国烧结球团烟气脱硫存在的问题
从我国钢铁企业烧结球团烟气脱硫装置来看, 使用效果不太理想, 有的企业甚至存在严重的二次污染情况。现阶段, 烧结球团烟气脱硫工艺仍然不成熟, 许多承揽公司经验不足, 各项工艺要求指标不合格, 即便是采用理论上成熟的工艺技术, 但是还是没有真正掌握核心技术和操作细节, 在工序实施中往往出现诸多问题。再者, 我国钢铁企业没有充分地对国际烧结烟气脱硫市场进行调研, 就盲目地引进国外先进工艺或者重复引进一些并不先进的脱硫工艺, 使得我国烧结球团烟气脱硫总体效果不理想, 许多已建成的项目都无法正常运行。
3 我国烧结球团烟气脱硫的发展建议
(1) 从环保的角度将烧结球团烟气脱硫适宜选择干法或者半干法工艺, 尤其是采用先进的LJS烟气循环流化床多组分污染物协同净化工艺能实现多组分污染物协同净化效果, 大大减少对环境的污染, 并且该技术在国外和国内大型钢铁企业已经有了成功运用的经历。 (2) 目前我国许多钢铁企业在烧结球团烟气脱硫设施托运后仍然出现效率不高、运行不稳等问题, 这主要不是技术原因, 主要是企业运行管理控制存在漏洞。所以, 除了选择正确的脱硫工艺, 掌握技术核心和细节以外, 还需要加强企业的管控水平。
总之, 现阶段我国烟气脱硫工艺使用还比较混乱。钢铁企业在选择烧结球团烟气脱硫工艺时要结合自身实际, 依照国家提出的新标准, 合理选择适合自己烧结球团烟气脱硫工艺。
参考文献
[1]曲余玲, 毛艳丽, 张东丽.烧结烟气脱硫技术应用现状及发展趋势[J].冶金能源, 2010 (06) .
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