摘要：近年來,隨著鋼廠節(jié)能減排和循環(huán)經濟的大力發(fā)展,為了綜合利用富余的高爐煤氣,鋼廠紛紛建設高爐煤氣回收發(fā)電,把高爐煤氣作為煤氣鍋爐的主要燃料,安裝高爐煤氣鍋爐,配備汽輪發(fā)電機組。本文針對某鋼廠40MW高溫超高壓中間再熱煤氣發(fā)電工程脫硫項目進行了系統(tǒng)分析和設計。

鋼廠高爐煤氣鍋爐發(fā)電煙氣的特點是含硫低、粉塵濃度低，一般情況下脫硫入口SO2含量為70~120 mg/m3，粉塵含量為3~5 mg/m3，如果采用傳統(tǒng)的石灰-石膏法，勢必會在脫硫的同時，由于石灰漿液和石膏夾帶增加粉塵的排放濃度。文章重點介紹了節(jié)能環(huán)保新工藝技術——鍋爐循水+(石灰-石膏)法，即以pH為8~9的鍋爐循環(huán)水為主脫硫劑，石灰漿液為輔助脫硫劑。同時，采用塔外雙循環(huán)池的方式，兩個循環(huán)池可以同時使用，也可以互為備用，保證了脫硫系統(tǒng)與鍋爐的同步運行率。該脫硫系統(tǒng)經過168 h的性能測試，系統(tǒng)穩(wěn)定運行，保持高脫硫效率的同時，沒有增加粉塵的排放濃度。

近年來，隨著鋼廠節(jié)能減排和循環(huán)經濟的大力發(fā)展，為了綜合利用富余的高爐煤氣，鋼廠紛紛建設高爐煤氣回收發(fā)電，把高爐煤氣作為煤氣鍋爐的主要燃料，安裝高爐煤氣鍋爐，配備汽輪發(fā)電機組。本文針對某鋼廠40 MW高溫超高壓中間再熱煤氣發(fā)電工程脫硫項目進行了系統(tǒng)分析和設計。

煙氣脫硫方案設計要求

基本參數(shù)和技術要求

新建的130 T高溫超高壓高爐煤氣鍋爐排放的煙氣含硫最高200 mg/m3，粉塵5 mg/m3。根據(jù)當前國家環(huán)保的排放限值是：SO2 30 mg/m3和粉塵5 mg/m3，因此需要對排放煙氣設計脫硫方案(見表1)，使排放煙氣SO2含量降到30 mg/m3以下，同時脫硫過程不得增加粉塵濃度，并且保證脫硫機組年穩(wěn)定運行時間≥8400 h，除霧器出口機械水含量≤75 mg/m3。

總體設計原則

按照交鑰匙工程進行整體設計；設計遵循“先進、實用、可靠、經濟、環(huán)保”的原則，總圖布置合理、工藝流程先進，節(jié)省用地，節(jié)約投資；在工藝設備的選擇方面，采用先進的節(jié)能降耗技術，減少水、電、壓縮空氣等動力消耗，降低運行成本，以達到節(jié)能降耗的目的。

脫硫系統(tǒng)的特點

脫硫劑的選擇

高爐煤氣鍋爐發(fā)電的煙氣特點：含硫低、粉塵濃度低，一般情況下脫硫入口SO2含量為70~120 mg/m3，粉塵含量為3~5 mg/m3。如果采用傳統(tǒng)的石灰-石膏法，勢必會在脫硫的同時，由于石灰漿液和石膏夾帶等原因增加粉塵濃度。所以，在本項目中脫硫劑就地取材，以鍋爐循環(huán)水為主脫硫劑，鍋爐循環(huán)水本身pH為8~9，這樣就避免了傳統(tǒng)石灰-石膏法由于脫硫漿液中石灰、石膏和雜質成分增加原本已經達標的粉塵濃度的可能性，另外省去了外購脫硫劑的成本，達到了節(jié)能降耗的目的。

因此，該脫硫工藝技術采用節(jié)能環(huán)保新工藝技術：鍋爐循環(huán)水+(石灰-石膏)法，即以鍋爐循環(huán)水為主脫硫劑，石灰為輔助脫硫劑。主脫硫劑鍋爐循環(huán)水pH一般為8~9，輔助脫硫劑石灰粉理化指標為：ω(CaO)≥80%、ω(SiO2)為3.5%~5%，以及粒度≥200目。這樣在入口SO2初始濃度不超過120 mg/m3的情況下，基本開啟一層噴淋就可以把硫降到30 mg/m3以下，在入口SO2初始濃度超過120 mg/m3的情況下，啟動輔助脫硫劑加入系統(tǒng)，把硫降到30 mg/m3以下。雙脫硫劑的實施，可以消耗較少的石灰，優(yōu)點是：避免石灰漿液和石膏夾帶帶來的粉塵增加，同時減少一層噴淋也減少了系統(tǒng)阻力。

循環(huán)方式的選擇

脫硫工藝采用“塔外雙循環(huán)池”的方式，即采用一座脫硫塔、兩個外置循環(huán)池，其優(yōu)點是：事故狀態(tài)時，兩個循環(huán)池互為備用，保證脫硫系統(tǒng)與鍋爐的同步率；采用塔外雙循環(huán)池，可實現(xiàn)脫硫塔離線檢修，提高脫硫系統(tǒng)利用率；循環(huán)池采用半地下運行，停運循環(huán)泵時，進出管道內的循環(huán)漿液可倒流回循環(huán)池，實現(xiàn)自行排空，避免了泵和管道內的石膏沉積。

提高脫硫效率和降低霧滴排放的措施

在提高脫硫效率和降低霧滴排放方面采取了以下措施：吸收塔采用三層噴淋，三層煙氣再分布環(huán)，三級平板式除霧器；脫硫塔內采用煙氣再分布環(huán)技術，避免了煙氣爬壁逃逸，提高了脫硫效率，同時設計噴淋層時，將外圈噴嘴的噴淋漿液直接噴射在煙氣再分布環(huán)上，避免了直接噴射在塔壁上，減少了對塔壁沖刷；塔頂煙囪采用煙氣冷凝水收集器技術，有效抑制霧滴排放；吸收塔采用碳鋼+玻璃鱗片防腐處理，塔頂煙囪直排；優(yōu)化煙道設計，降低風速，減少阻損；本脫硫系統(tǒng)阻力約450 Pa，不用考慮使用增壓風機。

煙氣脫硫設計方案

原理

發(fā)電鍋爐煙氣脫硫工程采用循環(huán)水+(石灰-石膏)濕法脫硫工藝，脫硫劑主要利用廠區(qū)內鍋爐循環(huán)水作為脫硫介質，循環(huán)水經過與煙氣接觸反應，洗滌煙氣中的SO2，返回雙循環(huán)池循環(huán)使用，部分廢水外排。在硫含量相對較高時，啟動輔助脫硫劑石灰漿液，進行補充和調節(jié)循環(huán)池循環(huán)水的pH值。

工藝流程

采取“循環(huán)水+(石灰-石膏)法”對鍋爐煙氣中的SO2進行脫除，吸收塔采用空塔噴淋形式。鍋爐產生的煙氣經引風機進入噴淋塔，與噴淋層的脫硫液逆流接觸，充分反應后去除煙氣中的SO2。脫硫后煙氣經噴淋塔上方的除霧器分離出凈煙氣中的霧滴，再經直排煙囪達標排放。設置氧化風機向循環(huán)池底部鼓入空氣，對脫硫中間產物亞硫酸鈣進行強制氧化，將漿液中未氧化的HSO3–和SO32–氧化成SO42–。

循環(huán)池內設有攪拌器，以保證混合均勻，防止?jié){液沉淀；石膏排出引出部分脫硫液，維持塔內漿液密度恒定。通過向循環(huán)池內不斷加入循環(huán)水，當硫含量高時輔助加入石灰漿液，維持循環(huán)池漿液的pH值穩(wěn)定，保證脫硫效率。

脫硫系統(tǒng)組成

脫硫系統(tǒng)包括：煙氣系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、石灰脫硫劑制備系統(tǒng)、石膏外排系統(tǒng)、工藝水及輔助系統(tǒng)、疏放系統(tǒng)、電氣及熱控系統(tǒng)。

煙氣系統(tǒng)

煙氣經煙道進入吸收塔，經過吸收塔凈化后由直排煙囪直接排放。

煙氣入口煙道均采用不小于8 mm厚的優(yōu)質碳素鋼材質，并考慮留有足夠的腐蝕裕量；塔頂凈煙氣煙道采用優(yōu)質碳素鋼+玻璃鱗片防腐材料，其中碳鋼厚度為8 mm，玻璃鱗片厚度不小于2 mm。

吸收塔系統(tǒng)

吸收塔和整個漿液循環(huán)系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng)能適應脫硫系統(tǒng)負荷的變化，并保證脫硫效率及其他各項技術指標達到排放要求。吸收塔系統(tǒng)包括：吸收塔本體、吸收塔漿液循環(huán)及攪拌、石膏漿液排出、除霧和氧化空氣系統(tǒng)等幾個部分。

(1) 吸收塔采用噴淋塔。吸收塔本體包括：三層逆流噴淋裝置和三級平板式除霧器，最多兩層噴淋層投運可保證設計工況下≥85%的脫硫率。吸收塔殼體由碳鋼制做，內表面采用內襯玻璃鱗片樹脂。

(2) 吸收塔配有3臺循環(huán)泵，采用單元制運行方式，每一臺循環(huán)泵對應一層噴淋裝置。循環(huán)泵將漿液從下部漿液池打到噴淋層，經過噴嘴噴淋，形成顆粒細小、反應活性很高的霧化液滴。采用國際先進的碳化硅空心錐噴嘴，在同等噴霧條件下，對泵的壓力需求較低。噴淋層的布置增加了漿液與氣體的接觸面積和機率，保證吸收塔橫截面能被完全布滿，使SO2、SO3、HF、HCl等被充分去除。由于在吸收塔內吸收劑漿液通過循環(huán)泵反復循環(huán)與煙氣接觸，吸收劑利用率很高。當煙氣含硫量較低時，可靈活調整噴淋裝置投運的層數(shù)，以達到節(jié)能和經濟運行的目的。

(3) 吸收塔配備1臺氧化風機。提供將CaSO3氧化為CaSO4所需的空氣，氧化系統(tǒng)采用噴管式系統(tǒng)。被吸收的SO2與脫硫劑反應生成CaSO3，在吸收塔循環(huán)池通過強制氧化作用被通入的空氣氧化成石膏。

(4) 吸收塔循環(huán)池功能：完成酸性物質和脫硫劑的反應；提供脫硫劑足夠的溶解時間。當鍋爐原煙氣通過吸收塔時，會蒸發(fā)帶走一部分吸收塔內的水分，脫硫反應的反應熱也會蒸發(fā)帶走一定的水分，這樣將導致液位下降，循環(huán)池中的漿液固體濃度增大，進而影響反應的正常進行，通過調節(jié)漿液排放量以及補充除霧器沖洗水來控制漿液的密度。

(5) 吸收塔漿液攪拌系統(tǒng)能防止?jié){液沉淀結塊，合理的設計布置保證空氣的最佳分布和漿液的充分氧化，氧化過程不需添加任何化學藥劑。

(6) 除霧器安裝在吸收塔上部，用以分離凈煙氣攜帶的霧滴。除霧器的除霧效率99%以上，除霧器出口霧滴含量不大于75 mg/m3(干基)。在一級和二級除霧器的上下表面和三級除霧器的下表面設置沖洗水系統(tǒng)，用于清洗除霧器。

石灰脫硫劑制備系統(tǒng)

通過外購的石灰粉，裝入石灰儲倉，通過下部星型給料機和螺旋輸送機輸入到石灰漿液箱中進行溶解。

石灰粉溶解水采用循環(huán)泵支路直接將循環(huán)漿液打入石灰漿液箱，采用循環(huán)漿液作為石灰粉溶解水。

石灰漿液箱安裝有一根溢流管。通過溢流管上的調節(jié)閥調整向循環(huán)池供應石灰漿液量。石灰漿液箱裝有頂進式攪拌器。

當主脫硫劑循環(huán)水無法滿足脫硫要求時，需要啟動輔助脫硫劑石灰漿液加入系統(tǒng)。加入循環(huán)系統(tǒng)石灰粉的多少將取決于預計的SO2脫除率、鍋爐負荷及吸收塔漿液的pH值。石灰粉倉星型卸料器為變頻控制，通過調整星型卸料器的頻率滿足吸收塔內漿液pH值的要求。

石膏外排系統(tǒng)

由于入口煙氣硫含量低，生成石膏非常少，因此本工程不設置石膏脫水系統(tǒng)，而是定期通過罐車送至燒結機脫硫系統(tǒng)進行處理或定期定量外排至鋼廠廢水處理系統(tǒng)。

工藝水及輔助系統(tǒng)

系統(tǒng)的工藝水主要是用來補充廢水系統(tǒng)排掉的、吸收塔內蒸發(fā)掉和排掉的水分。同時，循環(huán)水還用于沖洗漿液管道、漿液箱和漿液池等。

工藝水箱的水源為來自廠區(qū)處理的循環(huán)水。進水分為主給水管路和旁路給水管路，主管路上設置電動蝶閥，進行給水的供應和關斷操作。蝶閥的開關通過工藝水箱液位的高低信號來自動控制。

工藝水箱水源主要用來作為除霧器的沖洗水，漿液箱、池的補充水及沖洗漿液管道水，由循環(huán)水總管道直接供給。

漿液循環(huán)泵的軸密封水由鍋爐風機冷卻水經閥門直接供給，經過漿液循環(huán)泵的軸密封水排入地溝進入地坑。

設備、管道及箱罐的沖洗水和設備的冷卻水回收至循環(huán)池重復使用。

脫硫用氮氣來自氮氣罐出口管，用于除霧器沖洗氣動閥門及CEMS的吹掃。

疏放系統(tǒng)

脫硫設置一個地坑，收集系統(tǒng)排水。地坑漿液通過地坑泵返回脫硫系統(tǒng)循環(huán)池。

系統(tǒng)運行主要技術參數(shù)

脫硫系統(tǒng)主要技術參數(shù)見表2。安裝調試完成后，經過了168 h性能考核，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，各項指標完全達標排放。入口SO2初始濃度約70 mg/m3，粉塵初始濃度約4 mg/m3，出口SO2排放濃度基本在10 mg/m3左右，粉塵排放濃度基本維持在4 mg/m3。

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結束語

對于鋼廠高爐煤氣鍋爐發(fā)電煙氣脫硫，煙氣特點是含硫低、粉塵濃度低，本文采用節(jié)能環(huán)保新工藝技術：鍋爐循環(huán)水+(石灰-石膏)法，即以pH為8~9的鍋爐循環(huán)水為主脫硫劑，石灰為輔助脫硫劑。同時，采用塔外雙循環(huán)池的方式，可以在事故狀態(tài)下，兩個循環(huán)池互為備用，保證了脫硫系統(tǒng)與鍋爐的同步率。經過168h的性能測試，系統(tǒng)穩(wěn)定運行，保持高脫硫效率的同時，沒有增加粉塵的排放濃度，完全滿足環(huán)保排放要求。

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