燒結(jié)煙氣氨法脫硫副產(chǎn)物氧化系統(tǒng)的優(yōu)化研究
摘要：柳鋼1#360m2燒結(jié)機(jī)氨法脫硫系統(tǒng)正四價(jià)硫氧化率低,易造成硫酸銨產(chǎn)率低及氣溶膠二次污染等問(wèn)題。在正四價(jià)硫氧化動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合氨法脫硫工藝特點(diǎn)建立噴淋塔底部持液槽正四價(jià)硫氧化系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。利用該模型對(duì)噴淋塔底部持液槽內(nèi)正四價(jià)硫的氧化過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬,計(jì)算不同空氣量、總硫濃度和pH值等工藝條件對(duì)正四價(jià)硫的影響規(guī)律。根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)柳鋼1#360m2燒結(jié)機(jī)氨法脫硫正四價(jià)硫氧化系統(tǒng)進(jìn)行改造,通過(guò)空氣鼓風(fēng)實(shí)現(xiàn)正四價(jià)硫的強(qiáng)制氧化。系統(tǒng)改造后的運(yùn)行結(jié)果表明,正四價(jià)硫的氧化率為94.3%～97.8%,氨法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性得以提高。
0 引言
鋼鐵工業(yè)煙氣是除燃煤煙氣外的又一主要SO2排放源。煙氣脫硫是控制SO2排放的有效手段，其中氨法脫硫以氨( NH3·H2O) 為脫硫劑吸收煙氣中的SO2，在控制SO2污染的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)硫資源的回收，應(yīng)用前景廣闊。柳鋼1#360 m2燒結(jié)機(jī)脫硫采用氨法脫硫技術(shù)，利用焦化廠副產(chǎn)物氨為脫硫劑吸收煙氣中的SO2，實(shí)現(xiàn)以廢治廢。新出臺(tái)的《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》( GB 28662—2012) 和《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案( 征求意見(jiàn)稿) 》等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼鐵燒結(jié)煙氣中SO2、顆粒物等污染物的排放濃度限值有了更為嚴(yán)格的規(guī)定。柳鋼氨法脫硫系統(tǒng)建成于2007 年，盡管脫硫效率能夠滿足當(dāng)前的排放標(biāo)準(zhǔn)，但是噴淋塔底部的持液槽未設(shè)置空氣鼓泡氧化系統(tǒng)，脫硫副產(chǎn)物正四價(jià)硫( ( NH4 ) 2SO3，NH4HSO3 )的氧化率不高( 約70%) 。( NH4 ) 2SO3和NH4HSO3的熱穩(wěn)定性較差，分解溫度約60 ～ 70 ℃，當(dāng)循環(huán)噴淋漿液在吸收區(qū)與熱煙氣接觸時(shí)，液相中的正四價(jià)硫受熱分解成為SO2和NH3，一方面造成脫硫效率和硫酸銨產(chǎn)率的下降，另一方面SO2、NH3和水蒸氣在凈煙氣中反應(yīng)生成氣溶膠顆粒，形成二次污染。因此，對(duì)柳鋼1#360m2燒結(jié)機(jī)配套的氨法脫硫正四價(jià)硫氧化系統(tǒng)進(jìn)行改造，是提高該氨法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性及抑制氣溶膠逃逸的關(guān)鍵。
為了防止液相中顆粒物沉積，柳鋼燒結(jié)煙氣氨法脫硫系統(tǒng)的噴淋塔底部持液槽中設(shè)有脈沖懸浮管，在此脈沖懸浮管的基礎(chǔ)上增設(shè)氧化風(fēng)機(jī)即可實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)物( NH4 ) 2 SO3和NH4 HSO3的強(qiáng)制氧化。氨法脫硫副產(chǎn)物( NH4 ) 2SO3和NH4HSO3的氧化受氧化空氣量、漿液pH 值、漿液濃度和停留時(shí)間等因素的綜合影響。課題組前期結(jié)合氨法脫硫工藝特點(diǎn)，對(duì)正四價(jià)硫氧化動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，建立了正四價(jià)硫氧化動(dòng)力學(xué)方程，明確了各主要因素對(duì)正四價(jià)硫氧化速率的影響規(guī)律。另外，為了推進(jìn)氨法脫硫正四價(jià)硫氧化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的精確化控制，建立了氨法脫硫持液槽正四價(jià)硫的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算不同正四價(jià)硫濃度、總硫濃度、停留時(shí)間和氧化空氣量等條件下正四價(jià)硫的氧化率。
因此，本文在前期氨法脫硫正四價(jià)硫氧化動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)上，建立了數(shù)學(xué)模型對(duì)柳鋼1#360m2燒結(jié)機(jī)配套的氨法脫硫系統(tǒng)正四硫氧化過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，為氨法脫硫正四價(jià)硫氧化系統(tǒng)的改造和運(yùn)行提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。
1 柳鋼1#360m2燒結(jié)煙氣氨法脫硫系統(tǒng)
柳鋼1#360m2燒結(jié)機(jī)配套建設(shè)的氨法脫硫系統(tǒng)由預(yù)洗滌塔和噴淋吸收塔組成。燒結(jié)煙氣從頂部進(jìn)入預(yù)洗塔并與噴淋而下的漿液順流接觸，漿液與熱煙氣發(fā)生熱量交換而被蒸發(fā)、濃縮，煙氣溫度從100～140 ℃下降至55～70 ℃，降溫后的煙氣接著進(jìn)入噴淋吸收塔并折轉(zhuǎn)向上與噴淋而下的漿液逆流接觸，煙氣中的SO2被吸收進(jìn)入液相，凈煙氣經(jīng)除霧后排入大氣，吸收了SO2的漿液落入噴淋塔底部的持液槽。柳鋼1#360 m2燒結(jié)煙氣氨法脫硫系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)如表1 所示。
2 數(shù)學(xué)模型
2.1 模型假設(shè)
( 1) 持液槽液相中離子均勻混合;
( 2) 持液槽液相中離子及化學(xué)反應(yīng)處于平衡狀態(tài);
( 3) 氧化空氣氣泡直徑分布均勻。
2.2 數(shù)學(xué)模型
噴淋塔底部持液槽示意圖如圖1 所示。
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