烧结烟气氨法脱硫副产物氧化系统的优化研究
摘要：柳钢1#360m2烧结机氨法脱硫系统正四价硫氧化率低,易造成硫酸铵产率低及气溶胶二次污染等问题。在正四价硫氧化动力学研究的基础上,结合氨法脱硫工艺特点建立喷淋塔底部持液槽正四价硫氧化系统的数学模型。利用该模型对喷淋塔底部持液槽内正四价硫的氧化过程进行数值模拟,计算不同空气量、总硫浓度和pH值等工艺条件对正四价硫的影响规律。根据计算结果对柳钢1#360m2烧结机氨法脱硫正四价硫氧化系统进行改造,通过空气鼓风实现正四价硫的强制氧化。系统改造后的运行结果表明,正四价硫的氧化率为94.3%～97.8%,氨法脱硫系统运行的稳定性和经济性得以提高。
0 引言
钢铁工业烟气是除燃煤烟气外的又一主要SO2排放源。烟气脱硫是控制SO2排放的有效手段，其中氨法脱硫以氨( NH3·H2O) 为脱硫剂吸收烟气中的SO2，在控制SO2污染的同时可实现硫资源的回收，应用前景广阔。柳钢1#360 m2烧结机脱硫采用氨法脱硫技术，利用焦化厂副产物氨为脱硫剂吸收烟气中的SO2，实现以废治废。新出台的《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》( GB 28662—2012) 和《钢铁企业超低排放改造工作方案( 征求意见稿) 》等标准对钢铁烧结烟气中SO2、颗粒物等污染物的排放浓度限值有了更为严格的规定。柳钢氨法脱硫系统建成于2007 年，尽管脱硫效率能够满足当前的排放标准，但是喷淋塔底部的持液槽未设置空气鼓泡氧化系统，脱硫副产物正四价硫( ( NH4 ) 2SO3，NH4HSO3 )的氧化率不高( 约70%) 。( NH4 ) 2SO3和NH4HSO3的热稳定性较差，分解温度约60 ～ 70 ℃，当循环喷淋浆液在吸收区与热烟气接触时，液相中的正四价硫受热分解成为SO2和NH3，一方面造成脱硫效率和硫酸铵产率的下降，另一方面SO2、NH3和水蒸气在净烟气中反应生成气溶胶颗粒，形成二次污染。因此，对柳钢1#360m2烧结机配套的氨法脱硫正四价硫氧化系统进行改造，是提高该氨法脱硫系统运行稳定性及抑制气溶胶逃逸的关键。
为了防止液相中颗粒物沉积，柳钢烧结烟气氨法脱硫系统的喷淋塔底部持液槽中设有脉冲悬浮管，在此脉冲悬浮管的基础上增设氧化风机即可实现副产物( NH4 ) 2 SO3和NH4 HSO3的强制氧化。氨法脱硫副产物( NH4 ) 2SO3和NH4HSO3的氧化受氧化空气量、浆液pH 值、浆液浓度和停留时间等因素的综合影响。课题组前期结合氨法脱硫工艺特点，对正四价硫氧化动力学过程进行了实验研究，建立了正四价硫氧化动力学方程，明确了各主要因素对正四价硫氧化速率的影响规律。另外，为了推进氨法脱硫正四价硫氧化系统设计和运行的精确化控制，建立了氨法脱硫持液槽正四价硫的数学模型，计算不同正四价硫浓度、总硫浓度、停留时间和氧化空气量等条件下正四价硫的氧化率。
因此，本文在前期氨法脱硫正四价硫氧化动力学研究的基础上，建立了数学模型对柳钢1#360m2烧结机配套的氨法脱硫系统正四硫氧化过程进行数值模拟，为氨法脱硫正四价硫氧化系统的改造和运行提供理论和技术基础。
1 柳钢1#360m2烧结烟气氨法脱硫系统
柳钢1#360m2烧结机配套建设的氨法脱硫系统由预洗涤塔和喷淋吸收塔组成。烧结烟气从顶部进入预洗塔并与喷淋而下的浆液顺流接触，浆液与热烟气发生热量交换而被蒸发、浓缩，烟气温度从100～140 ℃下降至55～70 ℃，降温后的烟气接着进入喷淋吸收塔并折转向上与喷淋而下的浆液逆流接触，烟气中的SO2被吸收进入液相，净烟气经除雾后排入大气，吸收了SO2的浆液落入喷淋塔底部的持液槽。柳钢1#360 m2烧结烟气氨法脱硫系统主要结构和运行参数如表1 所示。
2 数学模型
2.1 模型假设
( 1) 持液槽液相中离子均匀混合;
( 2) 持液槽液相中离子及化学反应处于平衡状态;
( 3) 氧化空气气泡直径分布均匀。
2.2 数学模型
喷淋塔底部持液槽示意图如图1 所示。
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