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    新闻中心

    北京晨晰钙基移动床(CMB)干法脱硫工艺在高炉热风炉尾气超低排放治理项目中的应用

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    热风炉是钢厂高炉炼铁生产中必不可少的重要设备,它是为生产工艺提供热气流得集燃烧与传热过程于一体的热工设备。目前,炼铁高炉普遍采用的是间歇式工作的蓄热式热风炉,为持续不断抵提供高温热风,一般每座高炉配有3-4台热风炉。高炉热风炉的燃料为高炉煤气或焦炉煤气,在燃烧加热过程中不可避免将产生SO2NOx等污染物,因其废气排放量较大而对大气环境造成的污染已不可忽视。目前正在执行的《炼铁工业大气污染物排放标准》GB 28663-2012已将热风炉废气的污染排放纳入严格控制,主要考核指标限值为:颗粒物15mg/Nm3,二氧化硫80mg/Nm3,氮氧化物(以NO2计)300mg/Nm3。各地地方标准更是日趋严格,如山东省于20191101日实施的地方标准《钢铁工业大气污染物排放标准》(DB37/ 990—2019)中进一步提高了考核指标限值:颗粒物10mg/Nm3,二氧化硫50mg/Nm3,氮氧化物(以NO2计)150mg/Nm3。

    1. 脱硫工艺方案的选择

    基于高炉热风炉烟气特点及超低排放达标需要,需要脱硫工艺满足如下要求

    1)运行稳定性要求。

    热风炉投运后,在其使用周期内各热风炉炉交替燃烧,不能熄火。因此,要求脱硫系统设备能常年稳定运行。

    2)耐温能力要求。

    热风炉烟温波动大,预热器故障时高达350,要求脱硫设施耐温能力高。

    3)性价比要求。

    必须创新工艺设计,优化工艺流程,合理进行设备选型。

    4)占地面积要求。

    新增脱硫设施尽量占地面积小,布置紧凑。

    目前烟气脱硫技术可分为湿法、干法和半干(半湿)法。湿法FGD技术是用含有吸收剂的溶液或浆液在湿状态下脱硫和处理脱硫产物,包括氨法、石灰石-石膏法、双碱法等,湿法具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点,但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高、易造成二次污染及容易产生白烟出现需要烟气消白等问题。

    干法FGD技术的脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行,该法具有无污水废酸排出、设备腐蚀程度较轻,烟气在净化过程中无明显降温、净化后烟温高、利于烟囱排气扩散、二次污染少等优点,是适合热风炉尾气特点的优选技术。

    目前典型的干法脱硫工艺的对比如下:


    对比项目

    烟气循环流化床(CFB)工艺

    干粉直接喷射(SDS)工艺

    移动床干法(CMB)脱硫工艺

    政策及发展

    1、CFB工艺是上世纪80年代末期德国开始开发的技术,2000年以后国内电力行业最开始引进,在超低排放实施之前有很多电力行业的业绩,超低排放之后由于燃煤电厂烟气SO2初始浓度普遍偏高,应用很少。非电行业由于烟气SO2普遍较低,有较多的应用。

    2、CFB工艺系统布置灵活,可旁路布置,也可串联布置,吸收塔是空塔,脱硫停运对锅炉没有任何影响,除尘器可正常使用。

    1、SDS工艺在2010年以后才进入中国。电力行业由于烟气流量大、SO2浓度高,几乎没有引用案例。由于非电行业烟气温度高、SO2浓度低,烟气粉尘含量低,适合于SDS的应用,近几年在钢铁、焦化、燃气等行业有较多的业绩。

    2、SDS工艺布置灵活,占地面积小,脱硫塔是空塔,SDS的启停对烟气流通没有影响,除尘器可正常使用。

    1、移动床干法(CMB)脱硫工艺最早由日本在上世纪90年代开发,主要目的是用于燃气锅炉或窑炉的尾气处理。2010年以后开始进入中国市场。

    2、CMB工艺的脱硫塔为高温工作,无需任何防腐,塔内不存在需要定期检修的设备和零部件,具备高度的可靠性,能够满足焦炉的长期运行的要求;同时对烟气负荷的适应性很好,不需要设置烟气回流等措施,可满足0-100%负荷范围内的运行要求

    工艺配置

    带有文丘里装置的脱硫塔+除尘器+返料设备

    直通结构的脱硫塔+除尘器,无须返料

    脱硫剂仓+脱硫塔+废料仓

    系统流程

    烟气依次通过脱硫塔+布袋除尘器;脱硫灰在脱硫塔和除尘器之间循环;

    烟气依次通过脱硫塔+布袋除尘器;脱硫剂小苏打通过磨机磨制后喷入脱硫塔,在除尘器灰斗里面收集

    烟气通过脱硫塔即可。

    脱硫剂从塔顶部加入,从脱硫塔底部排出,根据需要循环脱硫剂

    技术指标

    1、脱SO2:效率最高可达98%以上,出口浓度满足小于35 mg/Nm3以下;

    2、脱SO3:约为90%。

    1、脱SO2:效率可达95%以上,出口浓度满足小于35 mg/Nm3以下;

    2、脱SO3:约为90%。

    1、脱SO2:效率可达99%以上,出口浓度满足小于35 mg/Nm3以下;

    2、脱SO3:约为95%。

    烟气负荷适应性

    CFB要求烟气具有一定的流速,否则会发生蹋床现场,造成脱硫灰杜塞烟道;需要设计烟气再循环烟道来满足低负荷运行的要求

    要求烟气具有一定的流速,否则会发生脱硫剂无法进入除尘器,堆积在反应器内的问题,当脱硫塔设计为垂直向上流动时需要设置循环烟道

    烟气水平通过脱硫剂,烟气流量变化不会影响脱硫剂的运动,可在0-100%的负荷范围内正常工作。

    防腐要求

    无需防腐

    无需防腐

    无需防腐

    废水问题

    无废水排放

    无废水排放

    无废水排放

    设备稳定性

    CFB干法工艺系统脱硫塔为空塔结构,机械部件少,操作简单,稳定性耗,可靠性高。但脱硫灰易板结,造成现场清理工作量大。

    小苏打磨机为核心设备,进口磨机目前稳定性较好,国产磨机需要设置备用磨机来解决可靠性问题

    脱硫塔内无运动部件,脱硫剂的加入和排出设备均为高可靠性的机械,并可在不停运脱硫的情况下进行更换,稳定性最好

    对烟气含硫、烟温、烟气量频繁波动的适应性

    适应性好;

    利用清洁烟气再循环烟道可以适应烟气0110%负荷变化;实时根据烟气温度变化调节吸收塔的喷水量;调节脱硫剂的添加量便可以满足不同脱硫率的要求;

    适应性好;

    利用清洁烟气再循环烟道可以适应烟气0110%负荷变化;调节脱硫剂的添加量来使用SO2浓度的变化。

    适应性最好;

    烟气量在0-100%范围内波动时无需调整脱硫塔的运行;大量的脱硫剂直接放置在脱硫塔内,通过更换脱硫剂来满足不同SO2浓度的要求。

    温度区间

    130~160℃

    140℃以上

    80~350℃

    系统能耗

    主要包括引风机、流化风机等能耗,电耗低

    主要包括引风机、磨机的能耗,电耗低

    主要是引风机的电耗,电耗最低

    水耗

    用水来降低烟气温度,由于烟气不饱和,耗水量低

    0水耗

    0水耗

    投资成本

    系统简单,无需防腐处理等,投资造价相对低。

    系统简单,由于磨机需要进口,投资略高

    系统简单,无需设置除尘器,投资最低

    占地面积

    占地面积小

    占地面积小于CFB工艺

    占地面积最小,与CFB、SDS的除尘器占面积相当

    烟囱排放视觉问题

    排烟温度高于80度,冬天少量水汽,夏天烟囱看不到任何烟。

    烟气温度在脱硫塔和除尘器内仅有散热的热损失和少量的反应热,烟气降温在10度以内,排烟透明,视觉感观极好。

    烟气仅有少量的散热损失,温度降低在5度以内,排烟透明,视觉感观极好。

    总的优点

    工艺成熟可靠,无脱白除湿要求,机泵设备少,维修简单。无防腐要求,无废水排放;脱硫剂的价格低廉,副产物容易处置。

    工艺成熟可靠,无脱白除湿要求,无需水泵,维修简单。无防腐要求,无废水排放。

    工艺成熟可靠,运行可靠性高,无脱白除湿要求,无机泵,几乎无需维修。无防腐要求,无废水排放;副产物容易处置。

    总的缺点

    操作不当,脱硫塔易结垢,现场粉尘多,布袋使用寿命短,副产物基本无用,填埋处理。

    脱硫剂和副产品均为溶解度很大的钠盐,脱硫剂的价格高,副产品属于危险废弃物,处置困难,需要有合适的下游厂家才能处理。

    脱硫剂首次装填量比较大。

    通过上述工艺的对比,结合热风炉烟气的特点和热风炉装置的设备配备情况,综合考虑钢铁厂内部的原料和副产品情况,钙基移动床(CMB)干法脱硫工艺是干法中的最优工艺,主要有以下方面原因:

    1) 由于热风炉存在烟气量周期波动的情况,CFB工艺存在塌床风险,影响运行平稳性,不推荐CFB工艺。

    2) SDS在烟气负荷周期性大负荷变动时可以通过调整磨机的运行来适应,但频繁的调整影响磨机的运行稳定性,且SDS工艺的脱硫剂价格比较高,副产品为钠盐,属于危险废弃物,处置较为困难,不推荐采用。

    3) CMB干法工艺,运行稳定性好,能够适应烟气量的波动,不需要操作工人干预运行,投资和运行费用低,综合优势明显。

    综上所述,移动床干法(CMB)脱硫工艺为适合热风炉烟气工况特点及超低排放标准要求的最佳工艺,其流程为:

    热风炉烟气→移动床干法(CMB)脱硫装置→风机→原烟囱

    2. 移动床干法脱硫工艺简述


     CMB脱硫工艺流程示意图



    移动床干法脱硫工艺的流程是把脱硫剂用吨包运输到卸料机,依次通过卸料机、吸收剂料仓、斗式提升机、水平输送机、输送皮带输送到脱硫塔的每个仓室内,充填在脱硫塔内,并在脱硫塔内从上往下移动。来自热风炉的烟气垂直进入脱硫塔的下部,由内向外水平穿过脱硫剂,脱硫剂中的碱基与SO2发生化学反应,脱掉SO2。净化后的烟气从脱硫塔侧面出口排出,然后由引风机输送至烟囱排放。

    脱硫塔中的脱硫剂从上往下移动,即保持脱硫塔上部的脱硫剂为最新的,经使用一段时间后去往脱硫塔下部。

    反应后产物通过塔底脱硫剂排出阀排出,通过刮板机、皮带机、斗提机等输送到废料仓,然后通过汽车外运作为废料处置。

    脱硫副产品是石膏、碳酸钙、消石灰的混合物,成颗粒装,可以作为水泥生料或建材原料使用,也有用于改良土壤、基坑回填、处理废水、中和污泥等,综合利用非常方便。如业主无法落实出路,北京晨晰负责全部回收。

    脱硫反应器是对烟气中SO2进行脱除的主体装置。反应器采用是移动层式,烟气与脱硫剂接触的过程中,烟气中的粉尘和SO2被去除。脱硫剂在80~400℃温度范围内,都可以可良好地吸收SO2。在烟气中有NOx、O2、H2O共存情况下,SO2的吸收显著加快。吸收的SO2最终形成固体的无水石膏。




    3.  北京晨晰移动床干法脱硫工艺优势说明

    在传统移动床干法(CMB)脱硫工艺的基础上,北京晨晰结合公司自身研发、生产优势围绕全链条进行了持续的完善和创新,从工艺到脱硫剂方面均具有自身独特优势。

    3.1 北京晨晰CMB工艺特点

    (1) 建议使用工况:低尘低硫工况,用于焦炉烟气超净排放项目中时需在脱硫塔后设置高效布袋除尘器,确保烟尘排放浓度满足超低排放要求;

    (2) 脱硫系统能耗低、无废水等二次污染物产生,无“白烟”现象,下游设备无腐蚀现象;

    (3) 脱硫剂为自主研发的产品,且具有自己的生产基地,确保短时间内为业主提供质量可靠、性价比高的脱硫剂;

    (4) 与现有喷煤系统的废气烟道做必要的压力流量监测、联锁,以确保烟气量的相互平衡,既保证喷煤制粉用热风废气,亦保证干法脱硫的达标排放;

    (5) 可根据场地设计不同规模不同结构的装置??榈ピ?,占地面积小;

    (6) 脱硫系统简单,维护管理方便,所需定员少;

    (7) 脱硫效率高达95%以上,脱硫过程中压降在2.0kPa左右,基本没有降温;

    (8) 脱硫后的脱硫剂,是含有较多石膏的中性硬化物,稳定,易进行填埋处理,也可用在污泥处理和除臭方面;

    (9) 为确保任何情况下都不影响热风炉的正常生产,系统设有旁路系统,在脱硫系统检修时,烟气直接进入现有烟囱。


    (1) 建议使用工况:低尘低硫工况,用于焦炉烟气超净排放项目中时需在脱硫塔后设置高效布袋除尘器,确保烟尘排放浓度满足超低排放要求;

    (2) 脱硫系统能耗低、无废水等二次污染物产生,无“白烟”现象,下游设备无腐蚀现象;

    (3) 脱硫剂为自主研发的产品,且具有自己的生产基地,确保短时间内为业主提供质量可靠、性价比高的脱硫剂;

    (4) 与现有喷煤系统的废气烟道做必要的压力流量监测、联锁,以确保烟气量的相互平衡,既保证喷煤制粉用热风废气,亦保证干法脱硫的达标排放;

    (5) 可根据场地设计不同规模不同结构的装置??榈ピ?,占地面积小;

    (6) 脱硫系统简单,维护管理方便,所需定员少;

    (7) 脱硫效率高达95%以上,脱硫过程中压降在2.0kPa左右,基本没有降温;

    (8) 脱硫后的脱硫剂,是含有较多石膏的中性硬化物,稳定,易进行填埋处理,也可用在污泥处理和除臭方面;

    (9) 为确保任何情况下都不影响热风炉的正常生产,系统设有旁路系统,在脱硫系统检修时,烟气直接进入现有烟囱。

    3.2脱硫剂特点

    CMB移动床干法脱硫中影响脱硫效及运行经济性的关键是脱硫剂,北京晨晰所用脱硫剂由北京晨晰联合西南院、齐齐哈尔大学联合研发具有如下特点:

    1脱硫剂成分主要为消石灰、黏合剂等;

     (2Ca(OH)2利用率高;

     (3高强度、高硫容;

     (4温度适应性广(80~350℃.

    4. 典型业绩1-星原钢铁集团有限公司炼铁厂蓄热式热风炉烟气脱硫工程

    4.1 工程建设情况总说明


    星原钢铁集团有限公司为严格执行环境?;ふ?,达到最新炼铁烟气大气污染物排放标准及公司环保要求,需对炼铁厂3550m3高炉配套热风炉进行烟气脱硫处理。使污染物排放水平达到以下限值烟尘<10mg/Nm3,SO2<35mg/Nm3。

    本工程按照每座高炉设置一套脱硫装置考虑,设增压风机,处理后烟气回原烟囱。脱硫除尘系统的设计最大瞬时烟气量按照10.5万标方/小时考虑。

    本项目为交钥匙工程,包括设计、供货、施工以及调试移交,于410日土建开工,经过100天的紧张施工,7下旬投运,通过第三方验收。相关技术数据如下:


    4.1 工程建设情况总说明

    星原钢铁集团有限公司为严格执行环境?;ふ?,达到最新炼铁烟气大气污染物排放标准及公司环保要求,需对炼铁厂3550m3高炉配套热风炉进行烟气脱硫处理。使污染物排放水平达到以下限值烟尘<10mg/Nm3,SO2<35mg/Nm3。

    本工程按照每座高炉设置一套脱硫装置考虑,设增压风机,处理后烟气回原烟囱。脱硫除尘系统的设计最大瞬时烟气量按照10.5万标方/小时考虑。

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