CN107497284A - 一种烧结白烟脱硫的工艺流程 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烧结烟气脱硫的工艺流程，烟气通过除尘降温进行预处理，预处理后的烟气经过四层喷淋层，在脱硫剂组合白泥与空气的作用下除硫，脱硫后的烟气经除雾处理排除脱硫剂后排入大气。该工艺流程大大降低了烧结脱硫除白烟的成本，提高了脱硫效率，使出口SO2浓度≤120mg/Nm3。

Description

一种烧结白烟脱硫的工艺流程
技术领域
本发明涉及烧结邻域，具体为一种烧结白烟脱硫的工艺流程。
背景技术
钢铁工业是国民经济的支柱产业，我国粗钢产量占世界总产量的三分之一以上，是世界第一大产钢国。但是，由于传统的冶金生产技术发展局限性和我国一直以来延续的粗放生产经济增长方式，整体技术水平仍然较落后，导致钢铁工业成为高排放、高污染、高能耗的行业，一直是国内几大重点污染行业之一。近年来，我国钢铁工业取得迅速发展，为社会创造了巨大的财富，但与此同时，钢铁生产过程产生大量含二氧化硫烟气，若直接排入大气将对人类生存环境造成严重的破坏。
烧结是钢铁冶炼的重要环节，钢铁行业的二氧化硫主要由烧结工序中的烟气产生。随着烧结生产工艺技术的进步，烧结机实现了大型化，烧结矿的产量大幅度增加，但是，随之而来的是单机废气量和排放量的增大以及生产成本的增加。因此，控制烧结烟气中二氧化硫的排放量同时降低成本成为钢铁企业减排工作的重中之重。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种低成本高效的烧结烟气脱硫工艺，在高效率脱硫的基础上，大大降低了成本，使出口SO2浓度≤120mg/m3。
为解决以上技术问题，本发明技术方案为采用了一种烧结烟气脱硫的工艺流程，其特征在于，包括以下步骤：
1)烟气预处理：烟气通过除尘降温进行预处理；
2)烟气脱硫处理：预处理后的烟气在脱硫剂与空气的作用下除硫，所述脱硫剂为组合白泥，所述组合白泥由造纸废渣白泥、钢厂赤泥和碳酸钠组成。
3)烟气后处理：脱硫后的烟气经除雾处理排除脱硫剂后排入大气。
优选的，组合白泥其各组分含量按重量比为造纸废渣白泥50-80％，钢厂赤泥 10-45％，碳酸钠5-10％。
优选的，所述造纸废渣白泥的成分包括CaCO3、Mg(OH)2、CaSO4、NaCl、CaCl2。
优选的，所述白泥中CaCO3质量百分含量大于60％。
优选的，所述钢厂赤泥的成分包括Fe、Fe2O3、FeO、Fe3O4、CaCO3。
优选的，所述的钢厂赤泥中总铁氧化物质量百分含量大于70％，
优选的，所述组合白泥中粒度细度大于150目的组分含量百分数大于90％。
优选的，所述组合白泥通过喷淋层喷出后与烟气在空气作用下脱硫。
更为优选的，所述喷淋层为四层。
本发明首先用组合白泥作为脱硫剂代替生石灰与石灰石。组合白泥由造纸废渣白泥、钢厂赤泥和碳酸钠组成。在造纸工艺中，碱回收车间的黑液经浓缩焚烧，从燃烧炉底部流出的无机熔融物(主要成分是Na2CO3和Na2S)溶于稀白液，称为绿液。在苛化工段，往绿液中加消石灰，使绿液中的Na2CO3转化为NaOH，白液在澄清过程中产生的沉淀物称为“白泥”。“白泥”作为造纸厂制浆黑液碱回收过程中产生的固体废弃物，年产生量超30×104t。针对这些废弃物的处置，大部分造纸厂采取填埋或堆放的方式，这样不仅占用大量的土地资源，而且造成严重的二次污染。赤泥本身也有很好的烟气脱硫作用，如向白泥中再添加含大量铁基氧化物的赤泥使之生成氯化铁，可以固定氯离子，并与其他物质生成固熔体，降低设备腐蚀。氧化物脱硫剂在较高温度下活性高，脱硫效果好，这正好与锅炉烟道出口温度较高相符合，在此温度范围内无需再加热源，脱硫剂就已经具有良好的脱硫效果。另外在白泥中，含有较多的钠离子、镁离子以及氯离子，这会导致其与二氧化硫反应后生产的石膏中含有可溶性盐杂质、氧化镁，氯离子等组分，影响后续石膏的脱水，而加入碳酸钠可解决这一问题。
在本发明中，使用组合白泥作为脱硫剂，大大节约了生产成本，达到了以废治废的目的，同时也在一定程度上解决了白泥及赤泥堆放造成二次污染的问题。
并且，本发明将既往的三层喷淋层改造为四层喷淋层，大大增加了烟气与白泥浆液的接触时间，有效提高了脱硫效率，使最终出口SO2浓度从120-150mg/Nm3降到了120mg/Nm3以下。远远低于国家制定的大气污染物排放标准的限值，极大程度的降低了对大气环境的污染。
附图说明
图1、本发明的系统框图；
图2、本发明装置图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
目前，钢铁行业的二氧化硫(SO2)年排放量约200万t，仅次于燃煤电力，居第二位，占全国SO2总排放量的10％。钢铁生产过程排放的SO2主要来源于烧结、炼焦和动力生产。烧结工序外排SO2占钢铁生产总排放量的60％以上，在长流程生产工艺中占总排放量的85％以上，是钢铁行业SO2的主要排放源。烧结烟气是烧结混合料点火后，在高温下烧结成型过程中产生的含尘废气，与燃煤锅炉烟气相比，具有成分复杂，烟气量波动大(±40％)，温度波动大(120～185℃)，含水量大(8％～13％)，含氧量高(14％～18％)等特点，这增加了烧结烟气的治理难度。烧结烟气脱硫是钢铁行业减排SO2的重点。
按着GB 28662—201282环境工程Environmental Engineering《钢铁烧结球团工业大气污染物排放标准》规定新建烧结机烟气SO2的排放限值为200mg/m3，其中京津冀、长三角和珠三角等大气污染物特别排放限值地域，SO2的排放限值为180mg/m3。颗粒物的排放限值为50mg/m3，新增氮氧化物(NOx)排放限值为300mg/m3和二恶英为0.5ng-TEQ/m3。
“白泥”是在氨碱法生产纯碱过程中排放的废液、废渣经澄清和压滤得到的固体废弃物为白色膏状物，俗称“白泥”，主要成分有CaCO3、CaO、CaSO4、CaCl2、Mg(OH) 2等，目前国内企业大多采取围地堆放处理白泥，其中蕴含的有用成分碳酸钙、氧化钙、氯化钙、硫酸钙以及铝、铁、硅氧化物一同被废弃，不仅占用大量的土地，还造成了资源的巨大浪费。赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0～2.0吨赤泥。中国作为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数百万吨。大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场堆放，占用了大量土地，也对环境造成了严重的污染。全世界每年产生的赤泥约 7000万吨，我国每年产生的赤泥为3000万吨以上。大量赤泥的产生已经对人类的生产、生活造成多方面的直接和间接的影响。
本发明中使用组合白泥替代传统湿法脱硫工艺中的生石灰与石灰石作为脱硫剂，组合白泥由造纸废渣白泥、钢厂赤泥和碳酸钠组成，大大降低了生产成本，与生石灰相比，每脱除一吨SO2脱硫成本降低522元，与石灰石相比，每脱除一吨SO2脱硫成本降低370元，并且也能解决白泥和赤泥的堆放处理问题，对白泥和赤泥进行了二次利用，节约了资源，组合白泥中的碳酸钠还大大提高了后续石膏产品的脱水性能。并且本技术方案将既往的三层喷淋层改造为四层喷淋层，提高了烟气液化比，延长了气液接触时间，提高了脱硫效率，使最终出口SO2浓度≤120mg/Nm3。
上述为本发明的详细阐述，下面为本发明实施例。
实施例
组合白泥的制备
白泥与赤泥的具体成分见表
表1，造纸废渣白泥成分(干基/％)
成分 CaCO3 Mg(OH)2 CaSO4 NaCl CaCl2 SiO2 其他
含量 63.1 9.5 2.7 5.3 6.7 6.6 6.1
表2钢厂赤泥成分(干基/％)
成分 Fe Fe2O3 FeO Fe3O4 CaCO3 其他
含量 10.1 21.4 30.2 18.7 19.5 19.6
将不同造纸废渣白泥、钢厂赤泥、碳酸钠按照不同的重量比混合均匀，具体比例为造纸废渣白泥50-80％，钢厂赤泥10-45％，碳酸钠5-10％，于球磨机上磨成直径小于0.1mm的颗粒，即可装袋备用。
如图1所示，烟气首先通过除尘降温步骤进行预处理，预处理后的烟气，向上流动，在系统的四层喷淋层中，与从喷嘴中喷出的组合白泥浆液雾滴逆向接触，烟气中烟的SO2及少量SO3被洗涤吸收进入组合白泥浆液中，脱硫反应后的烟气，经除雾处理后，排入大气。白泥脱硫的反应过程包括：
(1)白泥分解白泥浆液中的CaCO3会分解出Ca2+并放出CO2气体:
CaCO3→Ca2++CO3 2－
CO3 2－+H2O→OH－+HCO－3→2OH－+CO2↑
(2)SO2的吸收，烟气中的SO2被白泥浆液中的水吸收，形成亚硫酸，亚硫酸电离出的H+不断被白泥分解出的OH－中和成H2O，使得反应平衡向右进行:
SO2(气)+H2O→SO2(液)+H2O→H2SO3
H2SO3→H++HSO3 －→2H++SO3 2－
白泥浆液中的Ca2+与SO3 2－反应生成半水亚硫酸钙(CaSO3·12H2O)沉淀:
Ca2++SO3 2－+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O↓
(3)反应产物的氧化CaSO3·1/2H2O被鼓入空气中的O2氧化，最终结晶生成石膏(CaSO4·2H2O)沉淀物:
CaSO3·1/2H2O+1/2O2+3/2H2O→CaSO4·2H2O↓
(4)赤泥与SO2的反应
SO2+H2O＝H2SO3
3H2SO3+Fe2O3＝Fe2(SO3)3↓+3H2O
2Fe2(SO3)3+3O2＝2Fe2(SO4)3↓
另外，烟气中还含有的HCl和HF也将被加入的碳酸钠一同除去，反应式如下:
2HCl+NaCO3→NaCl2+H2O+CO2↑
2HF+NaCO3→NaF2+H2O+CO2↑
如图2所示，锅炉烟气经除尘器除尘后，通过增压风机，经降温处理后从中下部的烟气进入口进入吸收塔，通过烟气控制阀11调整进入烟气量。吸收塔内3向上流动的烟气与设置在四层喷淋层2中的喷嘴喷下的组合白泥循环浆液雾滴逆向接触，烟气中的SO2及少量SO3被洗涤吸收进入组合白泥浆液中。吸收塔最下段是氧化兼贮液段8，由罗茨风机4鼓入空气将组合白泥浆液中的反应产物CaSO3氧化为石膏结晶 (CaSO4·2H2O)沉淀物。由组合白泥浆液循环泵5将吸收塔下部贮液段中的溶液抽出，同时，可从组合白泥浆液箱中9补充适量的新鲜组合白泥浆液，浆液的补充通过阀门 10进行控制，新鲜组合白泥浆液连同吸收塔下部的溶液可一并向上输送到进入吸收塔中上部喷淋层中，达到了循环利用的目的，组合白泥浆溶液经分布在四层喷淋层上的喷嘴进行雾化，可使气体和组合白泥浆液得以充分接触。含有石膏的浓白泥浆液由吸收塔底部通过石膏排出泵6排出，然后进入石膏脱水系统7，将石膏副产品含水量降至 10％以下。
脱硫净化处理后的烟气流经吸收塔上部的除雾器1，将其所携带的组合白泥浆液雾滴除去，洁净烟气通过烟道进入烟囱排向大气。
与传统脱硫剂相比，组合白泥大大降低了生产成本，具体计算结果如下：
1，对此石灰石的效益分析
采用白泥作为脱硫剂对比采用石灰石作为脱硫剂，每脱除1吨SO2脱硫成本下降：1049.16-679.29＝369.87(元)
以4个月的平均脱硫量测算，使用白泥作为脱硫剂相比原设计采用石灰石作为脱硫剂，运行成本下降：812.48×369.87＝30.05(万元)
2、对比生石灰的效益分析
采用白泥作为脱硫剂对比采用生石灰作为脱硫剂，每脱除1吨SO2脱硫成本下降：
1201.59-679.29＝522.30(元)
以4个月平均脱硫量测算，使用白泥作为脱硫剂相比原设计采用石灰石作为脱硫剂，运行成本下降：
812.48×522.30＝42.44(万元)
本方案组合白泥中碳酸钠的加入，使脱水后石膏的含水量降至10％以下，并且本方案将既往的三层喷淋层改造为四层喷淋层，大大增加了烟气与白泥浆液的接触时间，有效提高了脱硫效率，使最终出口SO2浓度从120-150mg/Nm3降到了120mg/Nm3以下，远远低于国家制定的大气污染物排放标准的限值，极大程度的降低了对大气环境的污染。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种烧结烟气脱硫的工艺流程，其特征在于，包括以下步骤：
1)烟气预处理：烟气通过除尘降温进行预处理；
2)烟气脱硫处理：预处理后的烟气在脱硫剂与空气的作用下除硫，所述脱硫剂为组合白泥，所述组合白泥由造纸废渣白泥、钢厂赤泥和碳酸钠组成。
3)烟气后处理：脱硫后的烟气经除雾处理排除脱硫剂后排入大气。
2.根据权利要求1所述的组合白泥，其各组分含量按重量比为造纸废渣白泥50-80％，钢厂赤泥10-45％，碳酸钠5-10％。
3.根据权利要求2所述的工艺流程，其特征在于，所述造纸废渣白泥的成分包括CaCO3、Mg(OH)2、CaSO4、NaCl、CaCl2。
4.根据权利要求3所述的工艺流程，其特征在于，所述白泥中CaCO3质量百分含量大于60％。
5.根据权利要求4所述的工艺流程，其特征在于，所述钢厂赤泥的成分包括Fe、Fe2O3、FeO、Fe3O4、CaCO3。
6.根据权利要求5所述的工艺流程，其特征在于，所述的钢厂赤泥中总铁氧化物质量百分含量大于70％。
7.根据权利要求6所述的工艺流程，其特征在于：所述组合白泥中粒度细度大于150目的组分含量百分数大于90％。
8.根据权利要求1-8任意一项所述工艺流程，其特征在于，所述组合白泥通过喷淋层喷出后与烟气在空气作用下脱硫。
9.根据权利要求8所述的工艺流程，其特征在于，所述喷淋层为四层。
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