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关于降低干法脱硫脱硝工艺活性焦磨损量的探讨

         关键字:干法脱硫脱硝     发布时间:2020/3/27     来源:矿业工程

摘要: 阐述了活性焦磨损率大对干法脱硫工艺产生的影响,从活性焦的制备工艺、物理特性、工艺物料输送、运行条件等角度分析了造成活性焦在干法脱硫脱硝工艺中损耗较大的原因,并提出相应优化措施。

0 引言

活性焦干法脱硫技术作为近些年烧结工序烟气净化领域逐步推广的技术,具有脱硫脱硝一体化、脱二噁英、除尘、除重金属的特点。较其他烟气脱硫脱硝工艺具有副产物资源可循环利用,节约水源、同时脱硝等特点。活性焦作为干法脱硫技术的核心媒介,活性焦消耗主要分为物理消耗与化学消耗两部分,化学消耗主要是指在脱硫脱硝过程中C元素参与化学反应过程中所消耗的部分,化学消耗是不可避免的; 物理消耗主要是指在物料循环过程中,由于活性焦与活性焦之间的物理摩擦、挤压、物料循环路径上的磨损等因素造成的损耗。如果损耗量大造成活性焦碎料过多会导致以下问题: 1)导致空隙率降低,气流阻力增大。2) 导致活性焦在塔内容易板结,形成移动死区,容易飞温。3)粒径越小的碎料越容易氧化,过多的碎料使得容易碳室飞温着火。4) 容易堵塞气室孔板,使得塔内阻力进一步增大。5) 较多的碎料和粉尘容易使得烟气出口粉尘含量超标。

因此,控制活性焦的物理损耗关系到装置的运行稳定,是调试及运行过程中需要控制的一个关键参数。

1 活性焦物料循环现状

活性焦作为脱硫吸附剂和脱硝催化剂,是脱硫脱硝一体化装置中重要的一个部分,目前国内吸附塔都采用移动床结构,具体的循环路径见图1。

活性焦移动床高度一般在20m 以上,脱硫脱硝塔中的物料通过。重力流由上至下运动,与烧结烟气错流接触进行吸附,吸附后的活性焦通过输送设备转运到再生系统进行解析,解析后的活性焦再通过物料输送设备输送给脱硫脱硝塔实现物料的封闭循环。目前,国内已投运的干法脱硫项目中,普遍存在碎料较多,脱硫脱硝塔阻力变大的问题。

表1 为国内已运行设备运行初期吸附塔进出口阻力差及目前阻力值,可看出随着设备投入周期的增长,吸附塔进出口压力差也随之增加。究其原因主要是由于碎料增多,导致吸附塔塔内格栅及多孔结构堵塞造成。

2 活性焦制备工艺参数的影响

活性焦的物理性能主要包括: 水分、装填密度、粒度、耐压强度、耐磨强度。其中水分和装填密度关系到活性焦采购的成本,粒度反映了新焦的破碎程度,耐磨耐压性能则主要表现在移动床内使用过程中的物理性能。

耐磨耐压强度不合格,会导致在使用过程中,由于不能承受料压和移动过程中的相互挤压,逐渐破碎,产生负面影响。活性焦制备过程中,目前国内活性焦干法脱硫的通用的尺寸Φ9 × ( 5 -12)mm。活性焦制造工艺流程为:

活性焦最初采用烟煤等优质煤炭,烟煤制备活性焦强度高,但随着烟煤价格的不断上涨,目前国内生产厂家常采用褐煤配比焦煤,加入粘结剂的工艺方法制备活性焦。然而,从经济角度,焦煤所占比例是影响活性焦制备成本的主要因素,因此在保证活性焦强度的同时尽量降低焦煤的用量。冯治宇等采用褐煤半焦: 焦煤: 煤焦油质量比为65: 25:10,所得强度可达96%以上。

其中,配煤技术和炭化活化工序中的温度、时间控制是制备脱硫脱硝活性炭的关键技术,决定着活性焦的耐磨强度和耐压强度。活性焦制备工艺中,碳化工艺温度越高,可提升活性焦的强度,但不利于活性焦制备过程中原料表面细孔结构的保留,降低成品活性焦的吸附能力,国内对碳化温度的控制意见不一,700℃ ~ 1 100℃的工艺温度都存在,具体选择因原料而异; 活化工艺温度越高,可提升成品活性焦的吸附能力,但降低活性焦的强度,国内采用的活化温度在850℃ ~ 950℃之间。

所以,在活性焦的采购过程中,严格把关活性焦制备原料配比及工艺参数,可在源头上保证干法脱硫过程中活性焦的耐磨与耐压强度,避免磨损造成粉化率过高。

3 活性焦物料输送的影响

活性焦破损率高的物理原因包括活性焦转运过程中次数多、落差大、卸料阀剪料、吸附塔下料均匀度不足,在料压和移动双重影响下造成活性焦相互挤压,逐渐破碎。针对这些问题可对物料输送系统做如下优化:

———吸收塔与再生塔下料采用长辊卸料设备,保证吸收塔与再生塔延宽度方向能均匀下料。

———选择Z 型链斗输送机连接吸附塔与再生塔之间的物料循环,减少输送过程中转运次数;

———针对工艺布置中落差较大处,选择Z 型下料溜管,降低下料落差;

———卸料阀选择星型卸料阀,且保证阀芯与阀壳的间隙不大于0. 5mm,目前国内卸料阀的阀芯与阀壳最小能做到0. 2mm。

———选择低频大振幅平衡式振动筛,筛分效果好。从目前国内现有筛分效果来看,筛分长度大约在3. 2 ~ 4m,筛孔孔径在1. 2 ~ 2mm。筛分长度与孔径的选择应在保证工艺要求及经济性的条件下进行长度越长越好、孔径越大越好。

4 工艺运行条件的影响

假定物料循环过程中的磨损率相同的条件下,物料循环量越大,磨损量越大。在保证吸附塔脱硫脱硝效果的同时,应尽量降低物料的小时循环量。活性焦的小时循环量与活性焦的工作硫容有关。

表2 为国内已运行设备运行工作硫容参数,可以看出理论工作硫容一般在5% ~ 7% 之间。假设每小时脱除的SO2量相同的前提下,工作硫容与活性焦的小时循环量呈负相关关系: 工作硫容越小,活性焦的小时循环量越大,单位时间内对焦损量越大; 工作硫容越大,活性焦与烟气接触时间越长,

活性焦的小时循环量越小,单位时间内焦损量越小,但存在焦层超温风险、活性焦吸附效率降低、出口SO2浓度超标的问题。所以,循环量的大小取决于实际工况活性焦工作硫容的取值,值的最优解需根据现场的工况确定,目前国内钢厂在考虑成本及排放标准时,常把出口SO2浓度控制在国标、地方标准所规定值的50% 作为生产依据,工作硫容控制在6%附近,以实现经济效益最大化,排放指标规范化。

5 结语

根据从活性焦的制备工艺、物理特性、工艺物料输送、运行条件等角度分析造成活性焦在干法脱硫脱硝工艺中损耗较大的原因,提出相应优化措施: 1) 活性焦制备过程中的原料配比、碳化温度、活化温度都直接决定耐磨强度; 2) 物料输送过程中尽量保证吸附塔活性焦的下料均匀性; 控制物料循环过程中的落差高度; 设备选型需满足相应工艺要求。3) 通过对目前钢厂实际运行的指标来看,出口SO2浓度控制在国标、地方标准所规定值的50%附近,工作硫容控制在6%附近,可兼顾生产成本及生产排放达标。