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FLSmidth与Norcem合作项目案例:实现SO2、HCl高效削减并具备汞减排扩展能力
关键词
气悬浮吸收器(GSA), 半干法脱硫, SO2减排, HCl, HF, 汞排放, 电除尘(ESP), 袋式除尘器, 艾尼科(Enelco), 能效
随着大气环境标准日趋严格,水泥行业针对烟气中SO2、HCl、HF及汞等气态污染物的治理成为企业达标运营的重点。Norcem位于挪威Brevik的水泥厂为响应哥德堡议定书的减排要求,选择采用气悬浮吸收器(Gas Suspension Absorber,GSA)半干法脱硫方案,实现年度SO2减排目标[1]。本文基于FLSmidth的项目实施与测试数据,梳理技术要点、运行表现与对中国重点行业的借鉴意义,并结合艾尼科(Enelco)在电除尘(ESP)领域的经验,展望协同减排的趋势和应用前景。
该项目由FLSmidth的Steven W. Miller(Product Manager, Pyroprocessing Technology, FLSmidth Inc., USA)与Flemming Jensen(General Manager, Airtech, FLSmidth A/S, Denmark)负责,与Norcem Brevik工厂合作实施[1]。Brevik厂单条窑线年产熟料约130万吨,燃料与原料配比变动导致部分工况下烟气SO2浓度可达400 mg/Nm3(干基),因此需要一套可按需运行、占地小且运行成本低于传统湿法脱硫的替代方案。基于这些条件,最终选定半干法气悬浮吸收器(GSA)作为治理主设备。
GSA属半干法脱硫系统,通过将石灰(烧失石灰或消化石灰)制成浆液并以空气雾化喷入反应器,使喷雾水分快速蒸发,碱性颗粒与气相SO2、HCl、HF等发生化学捕集。系统在反应器内形成类似流化床的循环吸收剂床,出口设一至两级旋风分离器回收大颗粒,随后经布袋除尘器或电除尘(ESP)进一步捕集微细粉尘,粉尘可部分回流以提高吸收剂利用率或外排以控制污染物浓度。与湿法相比,半干法无需湿底污水处理,系统紧凑、便于并入既有工艺并能按需启停。
Brevik项目的设计参数包括:湿态入口风量约153,775 Nm3/h、入口温度约163°C、出口温度约88°C;反应器直径3.65 m,高14.2 m,配套两台直径4.0 m的旋风分离器;石灰浆罐容积2.0 m3,喷射能力约800 L/h,使用消化石灰Ca(OH)2,投加速率测试时约74 kg/h(干基,95%纯度)[1]。设备合同于2009年4月生效,安装与调试在2010年4月完成,仅需一次17天的短停以并接入既有烟道系统[1]。
试验数据显示,GSA在现场运行条件下表现优异:SO2由入口平均405 mg/Nm3降至10.8 mg/Nm3,减排率97.3%;HCl由34 mg/Nm3降至1.6 mg/Nm3,减排率95.2%;出厂测得的单位石灰化学计量比约1.2,说明吸收剂利用率较高[1]。此外,2月进行的汞测评显示平均汞减排约93%,表明GSA对共捕汞具有显著潜力;若需要进一步提高汞去除率,可在旋风后或布袋前投加活性炭,或通过主滤灰分流(shuttling/wasting)策略优化汞随固相去除路径[1]。
项目运行中遇到的主要技术问题为反应器循环物料密度偏低,系原料粉尘与吸收剂粒径偏细导致旋风捕集效率不及预期。为解决该问题,现场将来自气体调温塔、电除尘和布袋的部分集灰回流到GSA的循环箱,使物料循环恢复到设计范围,进而提升冷却与吸收效率[1]。这类与电除尘(ESP)与布袋除尘协同运行的调度策略,在中国大型水泥、钢铁或化工装置中具有很高的参考价值。
对中国市场而言,GSA的优势尤为明显:一是占地与建设成本低于湿法,二是无需处理大量废水,适合水资源受限地区;三是系统可按需启停,适配多品种原料切换频繁的生产特征;四是与电除尘(ESP)和袋式除尘器联动可形成高效颗粒+气相污染物协同治理方案,显著降低企业达标改造成本与运维负担。在此过程中,艾尼科(Enelco)在极板、极线材料与电场优化方面的技术沉淀可为GSA出口侧的粉尘捕集与粉灰性质管理提供支撑。例如,通过优化极板间距、极线张力与电场强度,ESP可稳定捕集高含碳或细颗粒粉灰,降低回流对GSA旋风的负面影响,并提高整体汞固化能力,从而减少活性炭投加量与运行成本。
行业趋势方面,未来烟气治理将朝着“组合化治理+数字化运维”方向发展:半干法GSA与ESP/Baghouse、活性炭注入及在线监测系统的耦合,将成为水泥、钢铁、纸浆造纸与化工等行业普遍采用的解决方案。通过工况智能优化(如按原料SO2负荷自动调节石灰投加率、灰分分流策略),可在保证排放目标的同时实现最低化的石灰消耗与最小的固废生成量。此外,随着对汞与二次污染的重视,基于GSA+活性炭或灰分再利用的综合路线将更受青睐。
结语:Norcem Brevik的GSA半干法项目以较低的投资与较小的运行影响,达成了对SO2与HCl的高效削减并展示了良好的汞减排潜力,为中国大型炉窑、浆纸、钢铁和化工企业提供了具有推广价值的总体思路。结合艾尼科在电除尘领域的技术支持,可进一步提升系统稳定性、减少运维成本,形成面向未来更严格排放标准的整体解决方案[1]。
参考文献
[1] Miller S.W., Jensen F., The Gas Suspension Absorber at Norcem’s Brevik Plant. FLSmidth Inc./FLSmidth A/S project report, 2011.