新鋼燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化

　　摘要：在新鋼公司3套石灰石-石膏濕法脫硫設(shè)施正常運(yùn)行、達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)上，針對濕法脫硫系統(tǒng)中遇到的漿液中毒、廢水排放、石膏品質(zhì)波動以及煙囪雨等常見問題進(jìn)行了研究。通過調(diào)整操作、改造設(shè)備等措施對系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化，解決上述問題，同時，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，對脫硫設(shè)施經(jīng)濟(jì)環(huán)保、可持續(xù)運(yùn)行提供有利基礎(chǔ)。

　　關(guān)鍵詞：石灰石-石膏濕法脫硫；漿液中毒；廢水；石膏；煙囪雨

　　0前言

　　隨著國家“十二五節(jié)能減排”政策的實(shí)施，燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)在我國鋼鐵行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。目前采用的脫硫技術(shù)主要有濕法、干法、半干法三類。自2011年以來，新余鋼鐵股份有限公司先后為7#（360m2）、6#（360m2）、5#（180m2）、4#（115m2）燒結(jié)機(jī)配套建設(shè)了脫硫設(shè)施，其中7#燒結(jié)機(jī)采用循環(huán)流化床干法脫硫工藝，6#、5#、4#燒結(jié)機(jī)均采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝。石灰石-石膏濕法脫硫工藝是目前世界上技術(shù)最成熟、運(yùn)行最可靠的脫硫方法，但在實(shí)際運(yùn)行中仍存在諸如漿液中毒、廢水排放、石膏品質(zhì)波動以及煙囪雨等問題，針對這些問題，新鋼公司燒結(jié)廠研究了脫硫工藝、系統(tǒng)操作、運(yùn)行工況，對設(shè)備裝置進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，對系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行了優(yōu)化。

　　1新鋼燒結(jié)煙氣濕法脫硫設(shè)施運(yùn)行現(xiàn)狀

　　1.1石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)簡介

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界煙氣脫硫工藝共有200多種，80%的脫硫裝置采用石灰石（石灰）-石膏濕法脫硫工藝。該工藝具有吸收劑價廉易得、副產(chǎn)物便于利用、含硫率適應(yīng)范圍寬等優(yōu)勢，是目前世界上技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣、運(yùn)行最可靠的方法。

　　石灰石（石灰）-石膏濕法脫硫工藝原理為：將石灰石粉加水制成一定濃度的漿液作為吸收劑泵入吸收塔，經(jīng)漿液循環(huán)泵及噴淋層與煙氣充分接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)生成硫酸鈣，硫酸鈣達(dá)到一定飽和度后，結(jié)晶形成二水石膏。石膏漿液從吸收塔排出經(jīng)真空皮帶脫水機(jī)壓縮、脫水得出石膏副產(chǎn)物，廢水進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)集中處理。脫硫后的凈煙氣經(jīng)過除霧器除去霧滴，由脫硫煙囪排入大氣。其工藝流程圖見圖1。

　　1.2脫硫設(shè)施運(yùn)行基本情況

　　4#、5#、6#濕法脫硫設(shè)施自投運(yùn)以來，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，日常運(yùn)行中脫硫效率均達(dá)到90%以上，出口SO2濃度、粉塵等指標(biāo)均滿足GB28662－2012《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放要求。脫硫設(shè)施具體運(yùn)行情況參見表1。

　　1.3運(yùn)行中存在的問題

　　1.3.1漿液中毒現(xiàn)象

　　石灰石-石膏濕法脫硫工藝存在的主要問題是吸收塔漿液失效（俗稱中毒），其主要表現(xiàn)形式是漿液起泡溢流，原因主要是脫硫系統(tǒng)運(yùn)行過程中因煙氣中粉塵、有機(jī)物、重金屬、氯含量，脫硫劑中鎂離子含量，工藝水中COD（化學(xué)需氧量）、BOD（生化需氧量）等超標(biāo)，有害物質(zhì)富集使吸收塔漿液品質(zhì)逐漸惡化，引起漿液起泡甚至溢流，從而阻礙石灰石漿液的脫硫反應(yīng)。失效的漿液不但造成脫硫效率下降，出口SO2濃度上升，無法達(dá)標(biāo)排放，影響減排指標(biāo)，而且危害系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，分析吸收塔漿液失效、起泡溢流的原因有［1］：

　?。?）燒結(jié)機(jī)在運(yùn)行過程中原料含油或燃燒不充分，焦油及未燃盡成份隨煙氣進(jìn)入吸收塔，造成吸收塔漿液中有機(jī)物含量增加；

　?。?）燒結(jié)機(jī)后部電除塵器運(yùn)行狀況不佳，煙氣粉塵濃度超標(biāo)，含有大量惰性物質(zhì)的雜質(zhì)進(jìn)入吸收塔，致使吸收塔漿液重金屬含量增高。重金屬離子增多引起漿液表面張力增加，從而使?jié){液表面起泡；

　?。?）脫硫劑石灰石粉中含過量MgO（起泡劑），與硫酸根離子反應(yīng)產(chǎn)生大量泡沫；

　?。?）脫硫用水水質(zhì)達(dá)不到工藝設(shè)計(jì)要求，如水中COD、BOD超標(biāo)；

　　（5）脫硫裝置脫水系統(tǒng)或廢水處理系統(tǒng)不能正常使用，漿液中氯離子、有機(jī)物等有害物質(zhì)富集，致使吸收塔漿液品質(zhì)逐漸惡化；

　　（6）運(yùn)行過程中出現(xiàn)氧化風(fēng)機(jī)突然跳閘情況，吸收塔漿液氣液平衡被破壞，致使吸收塔漿液大量溢流。

　　1.3.2脫硫廢水

　　石灰石-石膏濕法脫硫除了產(chǎn)生固態(tài)廢棄物（廢渣）外，還產(chǎn)生廢水。4#、5#、6#脫硫系統(tǒng)每天產(chǎn)生廢水大約210t，其中4#脫硫系統(tǒng)約有60t，5#、6#脫硫系統(tǒng)（共用一套廢水處理系統(tǒng)）約有150t。脫硫產(chǎn)生的廢水全部進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)集中處理，由于燒結(jié)配礦原料原因，燒結(jié)煙氣中有機(jī)物（主要為焦油等油份物質(zhì)）含量較高，致使脫硫廢水中氨氮較高，COD超標(biāo)，不滿足達(dá)標(biāo)排放要求（水質(zhì)情況及達(dá)標(biāo)排放要求見表2），無法直接外排。

　　1.3.3石膏品質(zhì)波動大

　　石灰石-石膏濕法脫硫副產(chǎn)物石膏（CaSO4˙2H2O）可用作水泥緩凝劑或加工成建材產(chǎn)品，現(xiàn)全部外賣用作水泥緩凝劑，其對石膏的品質(zhì)要求是有效成分必須滿足SO3≥39%，游離水含量≤20%。脫硫設(shè)施運(yùn)行情況及廢水系統(tǒng)正常投入情況直接影響石膏品質(zhì)，石膏品質(zhì)不穩(wěn)定直接關(guān)系到副產(chǎn)物的外銷和處置。

　　2015年4#、5#、6#脫硫系統(tǒng)石膏品質(zhì)波動（詳見表3脫硫石膏品質(zhì)取樣化驗(yàn)情況），經(jīng)統(tǒng)計(jì)石膏品質(zhì)達(dá)標(biāo)比例分別為71%、79%、86%，總體達(dá)標(biāo)比例為79%，達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)要求90%以上。

　　1.3.4“煙囪雨”／“石膏雨”現(xiàn)象

　　“煙囪雨”是由于在實(shí)際運(yùn)行中脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的煙氣量比設(shè)計(jì)時大，進(jìn)入除霧器的實(shí)際煙氣流速大于除霧器能夠承受的流速極限，導(dǎo)致已被除霧器除去的漿液隨高速煙氣“二次攜帶”經(jīng)由煙囪進(jìn)入大氣中。由于溫度不高（一般45～60℃），煙氣處于飽和狀態(tài)，含水蒸汽量較大，密度較大，抬升力小，煙氣不易擴(kuò)散，隨著大氣溫度降低，溫差使煙氣中飽和水蒸汽較快冷凝，冷凝液在煙囪附近降落，從而產(chǎn)生了“煙囪雨”現(xiàn)象。當(dāng)煙氣中不僅含有液態(tài)水，還含有石膏及其他顆粒物漿液時，煙氣經(jīng)過煙囪隨著溫度的降低凝結(jié)成液滴，從而產(chǎn)生“石膏雨”現(xiàn)象［2］。

　　2工藝優(yōu)化與技術(shù)創(chuàng)新

　　通過對脫硫工藝、運(yùn)行工況以及環(huán)保要求進(jìn)行研究，針對漿液中毒、廢水排放、石膏品質(zhì)波動等幾大難點(diǎn)問題，結(jié)合理論與實(shí)際，對脫硫系統(tǒng)進(jìn)行改良與技術(shù)創(chuàng)新，優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行。

　　2.1中毒漿液的處理

　　2.1.1針對漿液起泡現(xiàn)象：首先可適量投加消泡劑來控制、消除漿液泡沫，維持漿液穩(wěn)定；其次，從源頭減少、控制發(fā)泡物質(zhì)Mg2+含量，通過對進(jìn)廠的每車脫硫劑進(jìn)行篩分、水洗，檢查泡沫、粒度以及化學(xué)成分，現(xiàn)石灰石粉中MgCO3含量從原來的10%左右降至現(xiàn)在的5%左右；再次加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)、檢修力度，提高故障處理效率。

　　2.1.2針對漿液變質(zhì)失效問題：首先調(diào)整配礦結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定SO2濃度，控制煙氣中油份、有機(jī)物、氯離子等含量，減少引起漿液品質(zhì)惡化的有害物質(zhì)；其次提高機(jī)頭除塵效率，對機(jī)頭除塵設(shè)施定期檢修維護(hù)，及時更換極板、極線，調(diào)整最佳運(yùn)行參數(shù)（二次電流和電壓等），從而控制進(jìn)入吸收塔漿液的粉塵量；同時加強(qiáng)廢水處理設(shè)備的維護(hù)、點(diǎn)檢，確保其有效作業(yè)率。當(dāng)漿液失效后，先投加消泡劑、增效劑等進(jìn)行預(yù)處理，效果不明顯時，則進(jìn)行漿液置換，即用新制石灰石粉漿液置換中毒漿液，同時增加脫水頻率，將有害物質(zhì)隨同廢水脫除。

　　2.1.3針對中毒漿液的處理：在原有設(shè)備上進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)與創(chuàng)新：即在原有設(shè)備基礎(chǔ)上增加一套中毒漿液強(qiáng)制脫水處理裝置，在事故漿液箱與石膏旋流器之間增加一路管道和漿液返回泵，將中毒漿液儲存于事故漿液箱，空出吸收塔重新制漿使脫硫系統(tǒng)正常開機(jī)投運(yùn)，事故漿液箱內(nèi)的中毒漿液經(jīng)漿液返回泵直接進(jìn)入石膏旋流器分離，經(jīng)真空皮帶脫水機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制脫水等處理。這個方法很好地解決了漿液中毒影響脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行的問題，確保了脫硫設(shè)施與燒結(jié)機(jī)的同步運(yùn)行率。裝置圖見圖2。

　　2.2脫硫廢水的外排與處理

　　結(jié)合新鋼燒結(jié)煙氣脫硫廢水的物質(zhì)成分與含量（見表4脫硫廢水化驗(yàn)成分表）以及氯離子濃度大于1000mg／L時對水渣產(chǎn)生不利影響的性質(zhì)，否決了將脫硫廢水引入煉鐵沖渣池中沖渣的方案后，選用廢水內(nèi)部回用原則，即新建一座廢水緩沖池（150m3），將處理后沉淀池中的脫硫廢水全部排入緩沖池內(nèi)儲存，由緩沖池增設(shè)一路管道延至7#燒結(jié)機(jī)配料生石灰消化器（見圖3），根據(jù)生產(chǎn)消化用水需要由水泵均勻地將緩沖池內(nèi)的廢水引至7#燒結(jié)機(jī)配料生石灰消化使用，從而實(shí)現(xiàn)4#、5#、6#機(jī)脫硫廢水“零排放”，防止水體污染。預(yù)計(jì)每天節(jié)約水資源210t，合計(jì)年節(jié)約5萬余元。

　　2.3改善與穩(wěn)定石膏品質(zhì)研究

　　為穩(wěn)定和改善石膏品質(zhì)，結(jié)合脫硫系統(tǒng)運(yùn)行情況，采取以下措施：

　　2.3.1優(yōu)化操作

　?、偌哟笙輨?、增效劑使用量，提高脫硫效率；

　?、谘娱L氧化時間，使CaSO3充分氧化，生成CaSO4˙2H2O；

　　③減少石灰石漿液供給量，將出口SO2濃度由原來的100mg／Nm3改為控制在200mg／Nm3以內(nèi)，以保證石膏品質(zhì)達(dá)標(biāo)；

　　④采用生石灰替代石灰石粉作脫硫劑使用，不但脫硫率迅速提高，而且SO3品質(zhì)有明顯提升。

　　2.3.2調(diào)整運(yùn)行參數(shù)

　?、僬{(diào)整制漿密度。石灰石漿液密度由原來1250kg／m3調(diào)整為1150kg／m3，以提高脫硫劑利用率，使反應(yīng)完全；

　?、谡{(diào)整脫膏密度。吸收塔內(nèi)漿液脫膏密度由1140～1200kg／m3調(diào)整為1150～1200kg／m3。

　　2.3.3改良設(shè)備

　?、賹ρ趸L(fēng)機(jī)進(jìn)行清理，氧化風(fēng)機(jī)運(yùn)行時由原來的放散改為不放散，由一開一備改為兩臺同時開啟。氧化風(fēng)量壓力從54kPa提高到87kPa；

　?、趯ρ趸L(fēng)管進(jìn)行改造，提升風(fēng)管高度，防止吸收塔漿液溢流，同時增加一路壓縮空氣，使之接入氧化風(fēng)管內(nèi)，增加氧化風(fēng)量；

　　③對噴淋層噴嘴進(jìn)行檢查清理，對兩臺循環(huán)泵葉輪進(jìn)行更換，提高漿液覆蓋面積和循環(huán)泵壓力，有效提高脫硫效率。

　　2.3.4經(jīng)過調(diào)整運(yùn)行參數(shù)、優(yōu)化工藝操作、改良／改進(jìn)設(shè)備等一系列措施，石膏的有效成分SO3由原來的34%左右變成現(xiàn)在的平均在39%以上，最高達(dá)到45%，石膏品質(zhì)變化情況見表5。

　　2.4“煙囪雨”／“石膏雨”的防治

　　2.4.1運(yùn)行管理上：制定《改善煙囪雨措施》管理文件，加強(qiáng)運(yùn)行管理，杜絕操作原因引起的“煙囪雨”和“石膏雨”；

　　2.4.2設(shè)備技術(shù)上：對除霧器沖洗管道進(jìn)行加固、對對接口進(jìn)行改造，控制除霧器堵塞等設(shè)備原因引起的“煙囪雨”和“石膏雨”。

　　3結(jié)論

　　為滿足環(huán)保要求，確保脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運(yùn)行，我廠一方面嚴(yán)格控制出口SO2濃度、粉塵排放濃度，滿足GB28662－2012《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放要求，完成新鋼公司SO2減排任務(wù)；另一方面通過調(diào)整操作、改造設(shè)備以及優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，解決了運(yùn)行中存在的瓶頸問題，提高脫硫系統(tǒng)與燒結(jié)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行率，同時降本增效，節(jié)省投入，使石灰石-石膏濕法脫硫設(shè)施運(yùn)行更穩(wěn)定、更環(huán)保、更經(jīng)濟(jì)，做到真正意義的節(jié)能環(huán)保。