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北京晨晰鈣基移動床(CMB)干法脫硫工藝在高爐熱風爐尾氣超低排放治理項目中的應用

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熱風爐是鋼廠高爐煉鐵生產中必不可少的重要設備,它是為生產工藝提供熱氣流得集燃燒與傳熱過程于一體的熱工設備。目前,煉鐵高爐普遍采用的是間歇式工作的蓄熱式熱風爐,為持續不斷抵提供高溫熱風,一般每座高爐配有3-4臺熱風爐。高爐熱風爐的燃料為高爐煤氣或焦爐煤氣,在燃燒加熱過程中不可避免將產生SO2NOx等污染物,因其廢氣排放量較大而對大氣環境造成的污染已不可忽視。目前正在執行的《煉鐵工業大氣污染物排放標準》GB 28663-2012已將熱風爐廢氣的污染排放納入嚴格控制,主要考核指標限值為:顆粒物15mg/Nm3,二氧化硫80mg/Nm3,氮氧化物(以NO2計)300mg/Nm3。各地地方標準更是日趨嚴格,如山東省于20191101日實施的地方標準《鋼鐵工業大氣污染物排放標準》(DB37/ 990—2019)中進一步提高了考核指標限值:顆粒物10mg/Nm3,二氧化硫50mg/Nm3,氮氧化物(以NO2計)150mg/Nm3。

1. 脫硫工藝方案的選擇

基于高爐熱風爐煙氣特點及超低排放達標需要,需要脫硫工藝滿足如下要求

1)運行穩定性要求。

熱風爐投運后,在其使用周期內各熱風爐爐交替燃燒,不能熄火。因此,要求脫硫系統設備能常年穩定運行。

2)耐溫能力要求。

熱風爐煙溫波動大,預熱器故障時高達350,要求脫硫設施耐溫能力高。

3)性價比要求。

必須創新工藝設計,優化工藝流程,合理進行設備選型。

4)占地面積要求。

新增脫硫設施盡量占地面積小,布置緊湊。

目前煙氣脫硫技術可分為濕法、干法和半干(半濕)法。濕法FGD技術是用含有吸收劑的溶液或漿液在濕狀態下脫硫和處理脫硫產物,包括氨法、石灰石-石膏法、雙堿法等,濕法具有脫硫反應速度快、設備簡單、脫硫效率高等優點,但普遍存在腐蝕嚴重、運行維護費用高、易造成二次污染及容易產生白煙出現需要煙氣消白等問題。

干法FGD技術的脫硫吸收和產物處理均在干狀態下進行,該法具有無污水廢酸排出、設備腐蝕程度較輕,煙氣在凈化過程中無明顯降溫、凈化后煙溫高、利于煙囪排氣擴散、二次污染少等優點,是適合熱風爐尾氣特點的優選技術。

目前典型的干法脫硫工藝的對比如下:


對比項目

煙氣循環流化床(CFB)工藝

干粉直接噴射(SDS)工藝

移動床干法(CMB)脫硫工藝

政策及發展

1、CFB工藝是上世紀80年代末期德國開始開發的技術,2000年以后國內電力行業最開始引進,在超低排放實施之前有很多電力行業的業績,超低排放之后由于燃煤電廠煙氣SO2初始濃度普遍偏高,應用很少。非電行業由于煙氣SO2普遍較低,有較多的應用。

2、CFB工藝系統布置靈活,可旁路布置,也可串聯布置,吸收塔是空塔,脫硫停運對鍋爐沒有任何影響,除塵器可正常使用。

1、SDS工藝在2010年以后才進入中國。電力行業由于煙氣流量大、SO2濃度高,幾乎沒有引用案例。由于非電行業煙氣溫度高、SO2濃度低,煙氣粉塵含量低,適合于SDS的應用,近幾年在鋼鐵、焦化、燃氣等行業有較多的業績。

2、SDS工藝布置靈活,占地面積小,脫硫塔是空塔,SDS的啟停對煙氣流通沒有影響,除塵器可正常使用。

1、移動床干法(CMB)脫硫工藝最早由日本在上世紀90年代開發,主要目的是用于燃氣鍋爐或窯爐的尾氣處理。2010年以后開始進入中國市場。

2、CMB工藝的脫硫塔為高溫工作,無需任何防腐,塔內不存在需要定期檢修的設備和零部件,具備高度的可靠性,能夠滿足焦爐的長期運行的要求;同時對煙氣負荷的適應性很好,不需要設置煙氣回流等措施,可滿足0-100%負荷范圍內的運行要求

工藝配置

帶有文丘里裝置的脫硫塔+除塵器+返料設備

直通結構的脫硫塔+除塵器,無須返料

脫硫劑倉+脫硫塔+廢料倉

系統流程

煙氣依次通過脫硫塔+布袋除塵器;脫硫灰在脫硫塔和除塵器之間循環;

煙氣依次通過脫硫塔+布袋除塵器;脫硫劑小蘇打通過磨機磨制后噴入脫硫塔,在除塵器灰斗里面收集

煙氣通過脫硫塔即可。

脫硫劑從塔頂部加入,從脫硫塔底部排出,根據需要循環脫硫劑

技術指標

1、脫SO2:效率最高可達98%以上,出口濃度滿足小于35 mg/Nm3以下;

2、脫SO3:約為90%。

1、脫SO2:效率可達95%以上,出口濃度滿足小于35 mg/Nm3以下;

2、脫SO3:約為90%。

1、脫SO2:效率可達99%以上,出口濃度滿足小于35 mg/Nm3以下;

2、脫SO3:約為95%。

煙氣負荷適應性

CFB要求煙氣具有一定的流速,否則會發生蹋床現場,造成脫硫灰杜塞煙道;需要設計煙氣再循環煙道來滿足低負荷運行的要求

要求煙氣具有一定的流速,否則會發生脫硫劑無法進入除塵器,堆積在反應器內的問題,當脫硫塔設計為垂直向上流動時需要設置循環煙道

煙氣水平通過脫硫劑,煙氣流量變化不會影響脫硫劑的運動,可在0-100%的負荷范圍內正常工作。

防腐要求

無需防腐

無需防腐

無需防腐

廢水問題

無廢水排放

無廢水排放

無廢水排放

設備穩定性

CFB干法工藝系統脫硫塔為空塔結構,機械部件少,操作簡單,穩定性耗,可靠性高。但脫硫灰易板結,造成現場清理工作量大。

小蘇打磨機為核心設備,進口磨機目前穩定性較好,國產磨機需要設置備用磨機來解決可靠性問題

脫硫塔內無運動部件,脫硫劑的加入和排出設備均為高可靠性的機械,并可在不停運脫硫的情況下進行更換,穩定性最好

對煙氣含硫、煙溫、煙氣量頻繁波動的適應性

適應性好;

利用清潔煙氣再循環煙道可以適應煙氣0110%負荷變化;實時根據煙氣溫度變化調節吸收塔的噴水量;調節脫硫劑的添加量便可以滿足不同脫硫率的要求;

適應性好;

利用清潔煙氣再循環煙道可以適應煙氣0110%負荷變化;調節脫硫劑的添加量來使用SO2濃度的變化。

適應性最好;

煙氣量在0-100%范圍內波動時無需調整脫硫塔的運行;大量的脫硫劑直接放置在脫硫塔內,通過更換脫硫劑來滿足不同SO2濃度的要求。

溫度區間

130~160℃

140℃以上

80~350℃

系統能耗

主要包括引風機、流化風機等能耗,電耗低

主要包括引風機、磨機的能耗,電耗低

主要是引風機的電耗,電耗最低

水耗

用水來降低煙氣溫度,由于煙氣不飽和,耗水量低

0水耗

0水耗

投資成本

系統簡單,無需防腐處理等,投資造價相對低。

系統簡單,由于磨機需要進口,投資略高

系統簡單,無需設置除塵器,投資最低

占地面積

占地面積小

占地面積小于CFB工藝

占地面積最小,與CFB、SDS的除塵器占面積相當

煙囪排放視覺問題

排煙溫度高于80度,冬天少量水汽,夏天煙囪看不到任何煙。

煙氣溫度在脫硫塔和除塵器內僅有散熱的熱損失和少量的反應熱,煙氣降溫在10度以內,排煙透明,視覺感觀極好。

煙氣僅有少量的散熱損失,溫度降低在5度以內,排煙透明,視覺感觀極好。

總的優點

工藝成熟可靠,無脫白除濕要求,機泵設備少,維修簡單。無防腐要求,無廢水排放;脫硫劑的價格低廉,副產物容易處置。

工藝成熟可靠,無脫白除濕要求,無需水泵,維修簡單。無防腐要求,無廢水排放。

工藝成熟可靠,運行可靠性高,無脫白除濕要求,無機泵,幾乎無需維修。無防腐要求,無廢水排放;副產物容易處置。

總的缺點

操作不當,脫硫塔易結垢,現場粉塵多,布袋使用壽命短,副產物基本無用,填埋處理。

脫硫劑和副產品均為溶解度很大的鈉鹽,脫硫劑的價格高,副產品屬于危險廢棄物,處置困難,需要有合適的下游廠家才能處理。

脫硫劑首次裝填量比較大。

通過上述工藝的對比,結合熱風爐煙氣的特點和熱風爐裝置的設備配備情況,綜合考慮鋼鐵廠內部的原料和副產品情況,鈣基移動床(CMB)干法脫硫工藝是干法中的最優工藝,主要有以下方面原因:

1) 由于熱風爐存在煙氣量周期波動的情況,CFB工藝存在塌床風險,影響運行平穩性,不推薦CFB工藝。

2) SDS在煙氣負荷周期性大負荷變動時可以通過調整磨機的運行來適應,但頻繁的調整影響磨機的運行穩定性,且SDS工藝的脫硫劑價格比較高,副產品為鈉鹽,屬于危險廢棄物,處置較為困難,不推薦采用。

3) CMB干法工藝,運行穩定性好,能夠適應煙氣量的波動,不需要操作工人干預運行,投資和運行費用低,綜合優勢明顯。

綜上所述,移動床干法(CMB)脫硫工藝為適合熱風爐煙氣工況特點及超低排放標準要求的最佳工藝,其流程為:

熱風爐煙氣→移動床干法(CMB)脫硫裝置→風機→原煙囪

2. 移動床干法脫硫工藝簡述


 CMB脫硫工藝流程示意圖



移動床干法脫硫工藝的流程是把脫硫劑用噸包運輸到卸料機,依次通過卸料機、吸收劑料倉、斗式提升機、水平輸送機、輸送皮帶輸送到脫硫塔的每個倉室內,充填在脫硫塔內,并在脫硫塔內從上往下移動。來自熱風爐的煙氣垂直進入脫硫塔的下部,由內向外水平穿過脫硫劑,脫硫劑中的堿基與SO2發生化學反應,脫掉SO2。凈化后的煙氣從脫硫塔側面出口排出,然后由引風機輸送至煙囪排放。

脫硫塔中的脫硫劑從上往下移動,即保持脫硫塔上部的脫硫劑為最新的,經使用一段時間后去往脫硫塔下部。

反應后產物通過塔底脫硫劑排出閥排出,通過刮板機、皮帶機、斗提機等輸送到廢料倉,然后通過汽車外運作為廢料處置。

脫硫副產品是石膏、碳酸鈣、消石灰的混合物,成顆粒裝,可以作為水泥生料或建材原料使用,也有用于改良土壤、基坑回填、處理廢水、中和污泥等,綜合利用非常方便。如業主無法落實出路,北京晨晰負責全部回收。

脫硫反應器是對煙氣中SO2進行脫除的主體裝置。反應器采用是移動層式,煙氣與脫硫劑接觸的過程中,煙氣中的粉塵和SO2被去除。脫硫劑在80~400℃溫度范圍內,都可以可良好地吸收SO2。在煙氣中有NOx、O2、H2O共存情況下,SO2的吸收顯著加快。吸收的SO2最終形成固體的無水石膏。




3.  北京晨晰移動床干法脫硫工藝優勢說明

在傳統移動床干法(CMB)脫硫工藝的基礎上,北京晨晰結合公司自身研發、生產優勢圍繞全鏈條進行了持續的完善和創新,從工藝到脫硫劑方面均具有自身獨特優勢。

3.1 北京晨晰CMB工藝特點

(1) 建議使用工況:低塵低硫工況,用于焦爐煙氣超凈排放項目中時需在脫硫塔后設置高效布袋除塵器,確保煙塵排放濃度滿足超低排放要求;

(2) 脫硫系統能耗低、無廢水等二次污染物產生,無“白煙”現象,下游設備無腐蝕現象;

(3) 脫硫劑為自主研發的產品,且具有自己的生產基地,確保短時間內為業主提供質量可靠、性價比高的脫硫劑;

(4) 與現有噴煤系統的廢氣煙道做必要的壓力流量監測、聯鎖,以確保煙氣量的相互平衡,既保證噴煤制粉用熱風廢氣,亦保證干法脫硫的達標排放;

(5) 可根據場地設計不同規模不同結構的裝置模塊單元,占地面積小;

(6) 脫硫系統簡單,維護管理方便,所需定員少;

(7) 脫硫效率高達95%以上,脫硫過程中壓降在2.0kPa左右,基本沒有降溫;

(8) 脫硫后的脫硫劑,是含有較多石膏的中性硬化物,穩定,易進行填埋處理,也可用在污泥處理和除臭方面;

(9) 為確保任何情況下都不影響熱風爐的正常生產,系統設有旁路系統,在脫硫系統檢修時,煙氣直接進入現有煙囪。


(1) 建議使用工況:低塵低硫工況,用于焦爐煙氣超凈排放項目中時需在脫硫塔后設置高效布袋除塵器,確保煙塵排放濃度滿足超低排放要求;

(2) 脫硫系統能耗低、無廢水等二次污染物產生,無“白煙”現象,下游設備無腐蝕現象;

(3) 脫硫劑為自主研發的產品,且具有自己的生產基地,確保短時間內為業主提供質量可靠、性價比高的脫硫劑;

(4) 與現有噴煤系統的廢氣煙道做必要的壓力流量監測、聯鎖,以確保煙氣量的相互平衡,既保證噴煤制粉用熱風廢氣,亦保證干法脫硫的達標排放;

(5) 可根據場地設計不同規模不同結構的裝置模塊單元,占地面積小;

(6) 脫硫系統簡單,維護管理方便,所需定員少;

(7) 脫硫效率高達95%以上,脫硫過程中壓降在2.0kPa左右,基本沒有降溫;

(8) 脫硫后的脫硫劑,是含有較多石膏的中性硬化物,穩定,易進行填埋處理,也可用在污泥處理和除臭方面;

(9) 為確保任何情況下都不影響熱風爐的正常生產,系統設有旁路系統,在脫硫系統檢修時,煙氣直接進入現有煙囪。

3.2脫硫劑特點

CMB移動床干法脫硫中影響脫硫效及運行經濟性的關鍵是脫硫劑,北京晨晰所用脫硫劑由北京晨晰聯合西南院、齊齊哈爾大學聯合研發具有如下特點:

1脫硫劑成分主要為消石灰、黏合劑等;

 (2Ca(OH)2利用率高;

 (3高強度、高硫容;

 (4溫度適應性廣(80~350℃.

4. 典型業績1-星原鋼鐵集團有限公司煉鐵廠蓄熱式熱風爐煙氣脫硫工程

4.1 工程建設情況總說明


星原鋼鐵集團有限公司為嚴格執行環境保護政策,達到最新煉鐵煙氣大氣污染物排放標準及公司環保要求,需對煉鐵廠3550m3高爐配套熱風爐進行煙氣脫硫處理。使污染物排放水平達到以下限值煙塵<10mg/Nm3,SO2<35mg/Nm3。

本工程按照每座高爐設置一套脫硫裝置考慮,設增壓風機,處理后煙氣回原煙囪。脫硫除塵系統的設計最大瞬時煙氣量按照10.5萬標方/小時考慮。

本項目為交鑰匙工程,包括設計、供貨、施工以及調試移交,于410日土建開工,經過100天的緊張施工,7下旬投運,通過第三方驗收。相關技術數據如下:


4.1 工程建設情況總說明

星原鋼鐵集團有限公司為嚴格執行環境保護政策,達到最新煉鐵煙氣大氣污染物排放標準及公司環保要求,需對煉鐵廠3550m3高爐配套熱風爐進行煙氣脫硫處理。使污染物排放水平達到以下限值煙塵<10mg/Nm3,SO2<35mg/Nm3。

本工程按照每座高爐設置一套脫硫裝置考慮,設增壓風機,處理后煙氣回原煙囪。脫硫除塵系統的設計最大瞬時煙氣量按照10.5萬標方/小時考慮。

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