張勝祥

（寶鋼集團(tuán)廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司 廣東韶關(guān) 512123）

韶鋼4號(hào)燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)結(jié)晶控制的研究

張勝祥

（寶鋼集團(tuán)廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司 廣東韶關(guān) 512123）

以韶鋼4號(hào)燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)為例，通過(guò)對(duì)工藝原理及實(shí)際操作情況的分析，討論了氧化鎂-亞硫酸鎂煙氣脫硫系統(tǒng)結(jié)晶控制方法。結(jié)果表明，正確控制系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)，能夠使系統(tǒng)結(jié)晶有序進(jìn)行，從而減少或消除系統(tǒng)異常結(jié)晶情況。該方法可作為氧化鎂-亞硫酸鎂煙氣脫硫系統(tǒng)結(jié)晶有效控制的參考方法。

脫硫；氧化鎂；亞硫酸鎂結(jié)晶

1 前言

中國(guó)近期環(huán)保法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)格，鋼鐵行業(yè)屬于重污染企業(yè)，其中燒結(jié)工序的煙氣處理屬于重點(diǎn)防治項(xiàng)目，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)要求脫硫技術(shù)脫硫效率高越來(lái)越偏，其中氧化鎂-亞硫酸鎂煙氣脫硫技術(shù)[1]是一項(xiàng)新型煙氣脫硫技術(shù)，該技術(shù)目前已在電力、鋼鐵、建材、化工、焦化行業(yè)建立了工程業(yè)績(jī)，2010年該脫硫技術(shù)被列入《國(guó)家重大環(huán)保技術(shù)》，2011年該項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化實(shí)施項(xiàng)目被科技部列入國(guó)家創(chuàng)新基金支持項(xiàng)目。韶鋼4號(hào)燒結(jié)脫硫于2014年采用氧化鎂-亞硫酸鎂煙氣脫硫技術(shù)對(duì)原有氫氧化鎂煙氣脫硫系統(tǒng)進(jìn)行了改造，現(xiàn)有系統(tǒng)脫硫效率在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)能夠有效的達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但其生產(chǎn)過(guò)程中系統(tǒng)結(jié)晶的控制是一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)，如果不控制好結(jié)晶有可能導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，因此必須把脫硫系統(tǒng)結(jié)晶控制方法根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行研究和完善。根據(jù)對(duì)氧化鎂-亞硫酸鎂煙氣脫硫技術(shù)原理的分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本文給出了一個(gè)有效控制氧化鎂-亞硫酸鎂煙氣脫硫系統(tǒng)結(jié)晶的方法，為采用該技術(shù)的工序提供了案例。

2 工藝原理及流程

亞硫酸鎂法煙氣脫硫工藝該方法根據(jù)氧化鎂（氫氧化鎂）與亞硫酸氫鎂再生反應(yīng)的特性，通過(guò)外部再生誘導(dǎo)結(jié)晶工藝，生成高pH、高吸收活性的亞硫酸鎂混合吸收清液，并采用與循環(huán)吸收清液特性相適應(yīng)的低液氣比的高效霧化噴淋吸收技術(shù)來(lái)提高吸收效率、從而達(dá)到高脫硫效率、高運(yùn)行可靠性、低投資強(qiáng)度、低運(yùn)行成本的目的。

亞硫酸鎂法根據(jù)脫硫劑和脫硫產(chǎn)物的不同，分為氧化鎂-亞硫酸鎂法和氧化鈣-亞硫酸鎂法，前者采用氧化鎂制備亞硫酸鎂作為脫硫吸收劑，脫硫產(chǎn)物為硫酸鎂溶液；后者采用氧化鈣與脫硫產(chǎn)生的硫酸鎂進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)再生氫氧化鎂，并采用再生成的氫氧化鎂制備亞硫酸鎂吸收液，其脫硫產(chǎn)物為復(fù)分解反應(yīng)生成的石膏，韶鋼采用氧化鎂-亞硫酸鎂法進(jìn)行改造，工藝流程見(jiàn)圖1。氧化鎂-亞硫酸鎂法主要工藝原理[2]如下：

吸收單元：

再生單元：

脫硫產(chǎn)物處置：

圖1 韶鋼4號(hào)燒結(jié)亞硫酸鎂法煙氣脫硫工藝流程圖

3 氧化鎂-亞硫酸鎂法的核心設(shè)施介紹

再生系統(tǒng)是氧化鎂-亞硫酸鎂法的核心，主要包括：管道反應(yīng)器、動(dòng)力反應(yīng)器、固液分離器、堿液投加系統(tǒng)以及再生泵和相應(yīng)的管道。

管道反應(yīng)器采用耐磨合金材料制造，內(nèi)置誘導(dǎo)結(jié)晶裝置，有效提高再生反應(yīng)速度、改善結(jié)晶物的晶型和溶解度；反應(yīng)器采用ARM獨(dú)立自控系統(tǒng)，觸摸屏顯示和操作。

動(dòng)力反應(yīng)器采用無(wú)傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)，內(nèi)襯耐磨材料及電催化反應(yīng)裝置，內(nèi)部結(jié)構(gòu)為316L；動(dòng)力反應(yīng)器采用ARM單元自動(dòng)控制。

固液分離系統(tǒng)根據(jù)吸收液含有易沉淀的亞硫酸鎂污泥和懸浮于水中的疏水性煙塵的特點(diǎn)，采用刮吸泥聯(lián)動(dòng)裝置，在吸取沉淀亞硫酸鎂污泥的同時(shí)，刮除表面浮渣，在降低吸收液懸浮物濃度，降低由吸收液帶入吸收系統(tǒng)的粉塵量，同時(shí)進(jìn)一步提高藥劑的轉(zhuǎn)化率。亞硫酸鎂法脫硫污泥成分為吸收劑帶入的固體雜質(zhì)及捕獲的煙塵，經(jīng)壓濾后的濾液部分回系統(tǒng)循環(huán)利用，部分進(jìn)入現(xiàn)有的氧化系統(tǒng)射流氧化后外排。

堿液投加系統(tǒng)，堿液投加采取PLC控制，確保裝置運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

4 氧化鎂-亞硫酸鎂法基本原理及分析

4.1 吸收單元

上述兩個(gè)反應(yīng)在脫硫塔內(nèi)進(jìn)行，其中Na2SO3、MgSO3來(lái)自固液分離器燕槽溢流回流的再生液。

4.2 再生單元

上述兩個(gè)反應(yīng)在管道反應(yīng)器、動(dòng)力反應(yīng)器、固液分離器中進(jìn)行，管道反應(yīng)器中投加MgO漿液和液堿，與吸收塔再生泵出液混合反應(yīng)，生產(chǎn)大量微溶于水的MgSO3，由于MgSO3過(guò)飽和從而會(huì)結(jié)晶形成MgSO3·6H2O，因此在管道反應(yīng)器中設(shè)置誘導(dǎo)結(jié)晶來(lái)使

結(jié)晶有序可控，以防亞硫酸鎂無(wú)規(guī)律結(jié)晶而導(dǎo)致結(jié)晶吸附在管壁上使管道和動(dòng)力反應(yīng)器堵塞。動(dòng)力反應(yīng)器用于控制結(jié)成晶體顆粒的大小，具有促進(jìn)晶核生成、同時(shí)能夠抑制晶核長(zhǎng)的過(guò)大的作用，能根據(jù)設(shè)定來(lái)控制氧化鎂結(jié)晶的量亞硫酸鎂進(jìn)入脫硫塔的比例，同時(shí)控制在固液分離器中亞硫酸鎂結(jié)晶沉淀的量。固液分離器主要用于固液分離和系統(tǒng)排水，固液分離是使進(jìn)入脫硫液中的部分煙氣粉塵及結(jié)晶體進(jìn)行輻流重力自然沉淀，然后通過(guò)壓泥來(lái)使沉淀物脫水，同時(shí)起到了控制系統(tǒng)外排水至氧化池的作用。

4.3 脫硫產(chǎn)物處置

反應(yīng)一主要是氧化池曝氣氧化及脫硫塔射流氧化，反應(yīng)二是塔內(nèi)噴淋氧化及射流氧化，反應(yīng)三是管道反應(yīng)器、動(dòng)力反應(yīng)器內(nèi)氧化鎂漿液同塔底液的反應(yīng)之一。

外排水在氧化池中進(jìn)行氧化，部分進(jìn)過(guò)氧化后的水可以回用進(jìn)入固液分離器，以達(dá)到濃縮外排水及充分利用水中部分亞硫酸鎂的目的。

塔內(nèi)噴淋及射流氧化能有效的減少塔內(nèi)Mg(HSO3)2的濃度，使下列可逆反應(yīng)MgSO3+SO2+H2O ≒Mg(HSO3)2向右移動(dòng)，以起到提高吸收二氧化硫的能力，同時(shí)塔內(nèi)Mg(HSO3)2的濃度會(huì)影響再生系統(tǒng)結(jié)晶量的多少，但氧化過(guò)量會(huì)導(dǎo)致再生系統(tǒng)沒(méi)有足夠的原料進(jìn)行再生MgO+Mg(HSO3)2→2MgSO3↓+H2O。所以需要對(duì)Mg (HSO3)2的濃度控制在一定范圍內(nèi)，現(xiàn)有工藝主要是.通過(guò)控制塔底pH，即控制MgO投加量使MgO+Mg(HSO3)2→2MgS.O3↓+H2O反應(yīng)向右移動(dòng)，讓MgSO3濃度增加，MgSO3+SO2+H2O＝Mg(HSO3)2向右移動(dòng)，從而起到控制Mg(HSO3)2濃度的作用。

5 結(jié)晶控制方法

5.1 正常運(yùn)行時(shí)脫硫系統(tǒng)控制策略

控制系統(tǒng)的控制參數(shù)主要包括藥劑投加量、再生流量、SO2排放濃度、廢水排放、pH值、液位等參數(shù)的測(cè)量和控制，從而使結(jié)晶情況正常。測(cè)量信號(hào)經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換為4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后送至PLC；再經(jīng)特定的控制算法運(yùn)算后，輸出4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)或開(kāi)關(guān)信號(hào)，控制相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速、泵的啟停、電磁調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度等，從而實(shí)現(xiàn)被控參數(shù)的調(diào)節(jié)。主要測(cè)量參數(shù)及調(diào)節(jié)回路如下。

5.1.1 漿液投加控制

主要工藝參數(shù)：氧化鎂漿液泵的轉(zhuǎn)速、再生液pH值、再生液中的離子濃度。

氧化鎂漿液的投加量是脫硫系統(tǒng)最重要的控制回路，它直接關(guān)系到脫硫設(shè)施的運(yùn)行成本，也是脫硫效率的保證。由于亞硫酸鎂法的吸收體系為亞硫酸鹽及亞硫酸氫鹽的緩沖體系，其漿液投加量與傳統(tǒng)的濕法脫硫工藝差異較大，它不僅與吸收液的pH相關(guān)，更與吸收液的離子濃度相關(guān)，系統(tǒng)通過(guò)將再生反應(yīng)出pH計(jì)及離子濃度分析儀采集的在線檢測(cè)信號(hào)接入PLC，與標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)調(diào)節(jié)氧化鎂漿液泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)再生反應(yīng)生成清液的pH進(jìn)行控制，保證氧化鎂的轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%以上。

5.1.2 再生量的控制

主要工藝參數(shù)：再生泵的轉(zhuǎn)速、塔底pH、塔底液離子濃度

塔底pH穩(wěn)定，是脫硫效率的保證，系統(tǒng)通過(guò)將塔底pH計(jì)及離子濃度分析儀采集的在線檢測(cè)信號(hào)接入PLC，與標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)調(diào)節(jié)再生液泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)再生反應(yīng)液的流量控制，保證塔底吸收液的濃度控制在設(shè)定的范圍內(nèi)，從而保證在煙氣負(fù)荷波動(dòng)的情況下，維持高脫硫效率。鑒于pH對(duì)象具有滯后大、非線性等特點(diǎn)，系統(tǒng)工況復(fù)雜多變，采用傳統(tǒng)的控制策略往往難以獲得滿意的控制品質(zhì)，為此，系統(tǒng)將采用時(shí)間分割預(yù)估控制策略、分層復(fù)合模糊控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)脫硫液pH值精確控制，確保整個(gè)系統(tǒng)具有較高的脫硫效果。

5.1.3 堿液投加量控制

主要控制參數(shù)：堿液泵的轉(zhuǎn)速，誘導(dǎo)結(jié)晶條件。

亞硫酸鎂法的鈉堿投加是為了控制管道反應(yīng)器中MgSO3晶種的生成條件，自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)管道反應(yīng)器中的ARM獨(dú)立控制系統(tǒng)采集與誘導(dǎo)結(jié)晶相關(guān)的工藝參數(shù)，生成堿液投加量參數(shù)輸入系統(tǒng)PLC，調(diào)節(jié)堿液泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)堿液投加量的控制，保證鈉堿的消耗率低于SO2吸收當(dāng)量的0.01%。

5.1.4 SO2排放濃度控制

主要控制參數(shù)：SO2排放濃度、再生泵的轉(zhuǎn)速、塔底pH值、再生液布水閥的開(kāi)度由于亞硫酸鎂法吸收液的高吸收傳質(zhì)效率，脫硫效率可達(dá)到95%以上，為保證在脫硫吸收系統(tǒng)同時(shí)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下，實(shí)施脫硫設(shè)施的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)將兩套脫硫吸收系統(tǒng)煙氣在線檢測(cè)儀采集的SO2排放濃度、塔底pH值參數(shù)輸入系統(tǒng)PLC，調(diào)節(jié)再生泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)再生量，并通過(guò)控制三個(gè)再生液布水閥的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)再生液在泵前的流量分布。

5.1.5 各罐、池液位控制

根據(jù)各罐、池內(nèi)的液位壓力變送信號(hào)，當(dāng)出現(xiàn)高位時(shí)停止進(jìn)液，低位時(shí)延時(shí)停止排液，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

5.2 異常結(jié)晶情況下應(yīng)急操作

5.2.1 氧化操作

開(kāi)啟氧化泵,使亞硫酸鎂氧化成硫酸鎂，直接減少結(jié)晶的量。

5.2.2 補(bǔ)水及壓泥排水

加大補(bǔ)水，加大壓泥速度和量，使結(jié)晶通過(guò)壓泥排出，并且壓泥出水排至氧化池，開(kāi)啟氧化池氧化射流（氧化池底部壓縮空氣曝氣一直運(yùn)行，曝氣氧化）。

5.2.3 管道反應(yīng)器操作

加大管道反應(yīng)器中誘導(dǎo)結(jié)晶流量。加大流量時(shí)，晶核產(chǎn)生數(shù)量多則動(dòng)力反應(yīng)器中結(jié)晶顆粒小但數(shù)量多；減少流量時(shí)，晶核產(chǎn)生數(shù)量少則動(dòng)力反應(yīng)器中結(jié)晶顆粒大但數(shù)量少。為了不使結(jié)晶顆粒過(guò)大，一般采用加大流量，同時(shí)固液分離器要加大抽泥的量，以防由于結(jié)晶過(guò)多而導(dǎo)致固液分離器堵塞。

5.2.4 再生流量控制

加大再生流量。加大流量時(shí)，再生液通過(guò)管道反應(yīng)器、動(dòng)力反應(yīng)器、固液分離器的速度加快，但在動(dòng)力反應(yīng)器中形成的晶粒會(huì)增大和增多，固液分離器中沉淀的結(jié)晶會(huì)增多；減少流量時(shí)，再生液通過(guò)管道反應(yīng)器、動(dòng)力反應(yīng)器、固液分離器的速度減慢，但會(huì)由于和氧化鎂混合后的再生液流速過(guò)慢而導(dǎo)致需要很長(zhǎng)時(shí)間才能進(jìn)入脫硫塔內(nèi)，所以不予采取。

5.2.5 動(dòng)力反應(yīng)器操作

對(duì)動(dòng)力反應(yīng)器排泥次數(shù)進(jìn)行增加，如果排泥水量過(guò)多可以排入事故罐。

5.2.6 氧化鎂漿液投加操作

調(diào)節(jié)漿料泵頻率，增加氧化鎂漿料投加，保持塔底pH不小于5.0（pH過(guò)低會(huì)導(dǎo)致MgSO3+SO2+H2O≒Mg(HSO3)2平衡向左移動(dòng)使二氧化硫從反應(yīng)液中析出，pH和對(duì)Mg(HSO3)2氧化是人工能夠控制該平衡移動(dòng)的關(guān)鍵因素，而且會(huì)腐蝕設(shè)備），并且保證外排口二氧化硫濃度不超過(guò)200mg/m3。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)結(jié)晶的控制是氧化鎂-亞硫酸鎂煙氣脫硫系統(tǒng)的重點(diǎn)工作之一，本文根據(jù)工藝原理及實(shí)際操作情況得到了有效控制結(jié)晶的方法，能夠使系統(tǒng)結(jié)晶有序進(jìn)行，從而減少或消除系統(tǒng)異常結(jié)晶情況。結(jié)晶的控制主要受到塔底pH、再生流量、氧化泵開(kāi)停、氧化鎂投加量、誘導(dǎo)結(jié)晶流量、壓泥排水量的影響。該方法有效提供了解決氧化鎂-亞硫酸鎂煙氣脫硫系統(tǒng)結(jié)晶問(wèn)題的案例，可作為采用該技術(shù)的工序的參考方法。

[1]趙健,曾德勇.氧化鎂-亞硫酸鎂溫法脫硫工藝初探[J].熱力發(fā)電,2006(1)∶54-56.

[2]張晏,梁海衛(wèi).亞硫酸鎂清液法脫硫技術(shù)在金隆環(huán)集煙氣處理中的應(yīng)用[J].硫酸工業(yè),2012(5)∶37-39.

張勝祥（1990—），男，漢族，本科，冶金環(huán)境助理工程師。