燒結(jié)煙氣SDA脫硫工程實(shí)踐及運(yùn)行優(yōu)化

龔佑發(fā),劉江楠,謝丹丹

（1.鞍鋼招標(biāo)有限公司，遼寧鞍山114043；2.營(yíng)口理工學(xué)院，遼寧營(yíng)口115014）

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燒結(jié)煙氣SDA脫硫工程實(shí)踐及運(yùn)行優(yōu)化

龔佑發(fā)1,劉江楠2,謝丹丹1

（1.鞍鋼招標(biāo)有限公司，遼寧鞍山114043；2.營(yíng)口理工學(xué)院，遼寧營(yíng)口115014）

摘要：對(duì)鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司405 m2燒結(jié)機(jī)采用旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法（SDA）煙氣脫硫工藝原理、技術(shù)參數(shù)及工程實(shí)踐進(jìn)行了介紹，并對(duì)運(yùn)行初期出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析，核算關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)運(yùn)行合理性，找出問(wèn)題原因并采取改進(jìn)措施。通過(guò)系統(tǒng)改進(jìn)實(shí)現(xiàn)了脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，取得良好的減排效果。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)；半干法煙氣脫硫；旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法

龔佑發(fā)，工程師，2005年7月畢業(yè)于重慶大學(xué)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)。E-mail:gyf32121@163.com

Production Practice of Desulfurization of Sintering Flue Gas by SDA and Optim ization of SDA

Gong Youfa1,Liu Jiangnan2,Xie Dandan1
(1.Ansteel Bidding Company Limited,Anshan 114043,Liaoning,China；2.Yingkou Institute of Technology,Yingkou 115014,Liaoning,China)

Abstract The principle, technical parameters and engineering practice of desulfurization technology for the sintering flue gas by using the rotating spray drying absorption (SDA) method in 405 m2sintermachine of Bayuquan Iron & Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co.,Ltd. were introduced and also the troubles occurred at early period of its operation were analyzed.Then the rationality of key technical parameters in operation was checked so that the causes leading to the troubles were found out and some corresponding improvement measures were taken. By improving the operation system for desulfurization,the desulfurization system is operating smoothly and therefore good results on the reduction emissionswere achieved.

Key words：sintering;semi-dry flue gas desulfurization;rotating spray drying absorption

2015年是國(guó)家“十二五”規(guī)劃收官之年，國(guó)家“十二五”環(huán)境保護(hù)規(guī)劃明確提出了二氧化硫削減8％的減排指標(biāo)以及全面實(shí)施燒結(jié)煙氣脫硫的減排要求。根據(jù)國(guó)家環(huán)境保護(hù)部公布的2013年環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)鋼鐵行業(yè)二氧化硫排放量為199.3萬(wàn)t，僅次于火電行業(yè)，占全國(guó)總排放量的9.75％［1］，其中全工序的大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，燒結(jié)工序二氧化硫排放量約占企業(yè)排放總量的80％以上。鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司為推進(jìn)二氧化硫減排工作，結(jié)合燒結(jié)煙氣特點(diǎn)選擇旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法(SDA)煙氣脫硫技術(shù)，并于2011年6月和2012年8月先后建設(shè)2套煙氣脫硫系統(tǒng)，系統(tǒng)投運(yùn)初期出現(xiàn)一些問(wèn)題，通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，取得了良好的運(yùn)行效果。

1　工程實(shí)踐

1.1工藝原理

燒結(jié)煙氣SDA脫硫工藝主要工作原理是：經(jīng)靜電除塵器處理后的燒結(jié)煙氣進(jìn)入旋轉(zhuǎn)噴霧干燥吸收塔，在吸收塔煙氣與被霧化器霧化的石灰漿液霧滴直接接觸，煙氣中的水分蒸發(fā)，酸性組分(SO2、SO3等)被吸收，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaS03、CaSO4等顆粒狀脫硫灰，廢氣經(jīng)后續(xù)布袋除塵器捕集凈化后高空排放。燒結(jié)煙氣SDA脫硫工藝流程示意圖見(jiàn)圖1［2］。

1.2技術(shù)參數(shù)

鞍鋼鲅魚(yú)圈2套405 m2燒結(jié)機(jī)每套設(shè)計(jì)年產(chǎn)燒結(jié)礦466.9萬(wàn)t，配備2×126萬(wàn)m3/h主抽風(fēng)機(jī)、2×360 m2雙室四電場(chǎng)靜電除塵器，單套煙氣脫硫系統(tǒng)投資約為5 900萬(wàn)元。燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1　燒結(jié)煙氣SDA脫硫工藝流程示意圖

表1　燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2　運(yùn)行初期問(wèn)題分析

2.1存在的問(wèn)題

鞍鋼鲅魚(yú)圈燒結(jié)煙氣SDA脫硫系統(tǒng)在2012年運(yùn)行初期出現(xiàn)脫硫塔內(nèi)積灰嚴(yán)重，遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)值0.3 t/h，塔壁積灰板結(jié)明顯，塔底積料呈漿液狀，煙氣中心分配器頻繁堵塞，且出口二氧化硫濃度不穩(wěn)定，波動(dòng)范圍大，塔內(nèi)煙氣與漿液反應(yīng)不充分，超過(guò)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)及合理的運(yùn)行范圍。2012年系統(tǒng)運(yùn)行初期脫硫系統(tǒng)運(yùn)行主要技術(shù)參數(shù)及運(yùn)行成本(不含設(shè)備折舊費(fèi)用)分別見(jiàn)表2、表3。

表2　2012年脫硫系統(tǒng)運(yùn)行主要技術(shù)參數(shù)

表3　2012年脫硫系統(tǒng)年運(yùn)行成本統(tǒng)計(jì)

2.2問(wèn)題分析

為查找燒結(jié)脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)上述問(wèn)題的原因，對(duì)影響燒結(jié)煙氣SDA脫硫系統(tǒng)運(yùn)行狀況的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行工況核算及分析。

2.2.1噴霧半徑

旋轉(zhuǎn)噴霧器既要保證漿液輸送量、噴霧霧徑，又要控制塔壁處漿液濃度分布，使煙氣不遺漏，塔壁不積料。其理論計(jì)算公式為［3］：

核算燒結(jié)脫硫霧化器噴霧半徑為6.32～7.00m，遠(yuǎn)低于脫硫塔半徑9.40 m。雖然脫硫塔內(nèi)增設(shè)中心煙道，促使煙氣形成傘霧向上頂托以增大霧徑，但核算噴霧半徑僅為脫硫塔半徑的67％ ～74％，分析主要原因是進(jìn)料速率L偏低，約為16～20 t/h，低于F800霧化輪35～40 t/h的正常進(jìn)料速率，造成霧徑(99)0.9小，傘霧打不開(kāi)，出現(xiàn)漿液霧滴集中分布在脫硫塔中心區(qū)，堵塞中心煙道分配器，脫硫塔阻力升高，約為900～1 100 Pa，高于設(shè)計(jì)值800 Pa，造成中心分配器積灰等問(wèn)題。

2.2.2鈣硫比

鈣硫比是鈣與硫的摩爾比值，Ca/S比越高，鈣的利用率越低，一般SDA脫硫系統(tǒng)綜合考慮脫硫效率及運(yùn)行成本，適宜的鈣硫比應(yīng)為1.5～2.0［4］。其理論計(jì)算公式為：

核算鈣硫比為2.11～2.75，遠(yuǎn)高于1.50～2.00，生石灰用量較大，影響系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，主要原因是設(shè)計(jì)包括20％ ～25％生石灰漿液和40％循環(huán)灰漿液2套漿液制備系統(tǒng)，但運(yùn)行過(guò)程中因循環(huán)灰漿液制備系統(tǒng)存在漿液起泡等問(wèn)題停用，循環(huán)灰未進(jìn)入漿液系統(tǒng)循環(huán)利用而直接外排，造成生石灰消耗量顯著增加。

2.2.3煙氣停留時(shí)間

脫硫塔內(nèi)應(yīng)有適宜的煙氣停留時(shí)間以保證煙氣與漿液能進(jìn)行充分的化學(xué)反應(yīng)。其理論計(jì)算公式為：

核算燒結(jié)脫硫塔內(nèi)煙氣停留時(shí)間約為7.6 s，比100％設(shè)計(jì)工況煙氣停留時(shí)間8.2 s還短，分析主要原因是脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力偏小，脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)煙氣處理量為184～195萬(wàn)m3/h，低于燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)2套126萬(wàn)m3/h設(shè)計(jì)煙氣量及運(yùn)行期間209.63萬(wàn)m3/h實(shí)際煙氣量，影響煙氣脫硫效果。

2.2.4漿液固體濃度

石灰漿液固體濃度影響霧化器霧化效果，對(duì)脫硫效率及脫硫塔內(nèi)積灰產(chǎn)生均有影響。其理論計(jì)算公式為：

內(nèi)因?qū)τ谑挛锏陌l(fā)展具有決定性的作用，因此，在家族企業(yè)接班模式選擇上必須高度重視這些內(nèi)部因素，主要的內(nèi)部影響因素是企業(yè)家自身的理念和企業(yè)自身的經(jīng)營(yíng)特點(diǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定燒結(jié)脫硫系統(tǒng)霧化器頂罐漿液質(zhì)量濃度為1.156～1.180 kg/L，計(jì)算漿液固體濃度為26％ ～30％，高于設(shè)計(jì)值20％ ～25％，分析主要原因是生石灰漿液制備系統(tǒng)灰水比設(shè)定不合理，配比高造成漿液固體濃度高。

2.2.5其他運(yùn)行參數(shù)校核

(1)設(shè)備阻力

燒結(jié)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行初期脫硫塔塔體阻力為900～1 100Pa，除塵器本體阻力為2 000～2 500 Pa，比設(shè)計(jì)脫硫塔塔體阻力≤800 Pa和除塵器本體阻力≤1 500 Pa均高，可能存在脫硫塔堵塞、除塵布袋板結(jié)等問(wèn)題。

(2)煙氣溫度

燒結(jié)脫硫塔運(yùn)行初期入口煙溫104～116℃(平均為111.68℃)，入、出口溫降22～26℃(平均為25.21℃)，脫硫塔設(shè)計(jì)有效運(yùn)行區(qū)間為入口煙溫110～160℃，入、出口溫降≥25℃，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中入口煙溫及溫降平均值僅略高于設(shè)計(jì)最低值，并時(shí)常超出設(shè)計(jì)范圍，影響脫硫塔運(yùn)行效果，降低脫硫效率，主要原因?yàn)榍岸喂ば蜢o電除塵器及煙道系統(tǒng)等漏風(fēng)，降低煙氣溫度。

(3)脫硫灰氯離子含量

2.3運(yùn)行優(yōu)化

2.3.1監(jiān)測(cè)設(shè)施升級(jí)改造

煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CEMS)是燒結(jié)煙氣SDA脫硫系統(tǒng)運(yùn)行控制關(guān)鍵設(shè)備之一，主要用于監(jiān)控脫硫入、出口煙氣溫度、壓力、流量、氧量、二氧化硫、氮氧化物、顆粒物等參數(shù)，監(jiān)控參數(shù)會(huì)實(shí)時(shí)傳輸至政府環(huán)保部門(mén)監(jiān)控平臺(tái)，作為污染減排核查原始數(shù)據(jù)及政府日常監(jiān)管重要依據(jù)，同時(shí)也為脫硫系統(tǒng)的過(guò)程控制提供依據(jù)。

為確保CEMS運(yùn)行穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，2014年5月，鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司對(duì)已運(yùn)行近6年出現(xiàn)老化趨勢(shì)的CEMS進(jìn)行技術(shù)改造，改造內(nèi)容包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)位遷移及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)升級(jí)。原燒結(jié)脫硫出口CEMS監(jiān)測(cè)點(diǎn)位在200 m煙囪的60 m平臺(tái)上，采樣爬梯為直爬梯，不便于日常維護(hù)及政府環(huán)保部門(mén)的比對(duì)監(jiān)測(cè)，改造后將監(jiān)測(cè)點(diǎn)位遷移至布袋除塵器出口10 m平臺(tái)煙氣直管段上，為日常管理提供了便利條件。同時(shí)，為保證CEMS能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)燒結(jié)脫硫出口具有高濃度一氧化碳、低濃度二氧化硫等特點(diǎn)的煙氣，選用直接抽氣+非分散紅外吸收法監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，煙氣分析核心設(shè)備選用的是ABB公司EL3020型煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備。

2014年6月，2套燒結(jié)脫硫CEMS順利通過(guò)了當(dāng)?shù)卣h(huán)保部門(mén)的驗(yàn)收。2015年4月，鞍鋼鲅魚(yú)圈還開(kāi)展了用定電位電解法、非分散紅外吸收法和紫外差分吸收光譜法3種方法和4套設(shè)備同時(shí)進(jìn)行的煙氣比對(duì)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示改造后的CEMS能準(zhǔn)確反映燒結(jié)煙氣SDA脫硫系統(tǒng)運(yùn)行狀況［5］。燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控進(jìn)、出口煙氣二氧化硫濃度及時(shí)調(diào)整噴漿量，實(shí)現(xiàn)出口二氧化硫平均排放濃度為59.25 mg/m3，顆粒物平均排放濃度為19.81 mg/m3，均優(yōu)于國(guó)家《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 28662-2012)規(guī)定的出口二氧化硫平均排放濃度100 mg/m3、出口二氧化硫平均排放濃度20 mg/m3［6］，年減排二氧化硫約為4 800 t，顯著提高SDA脫硫系統(tǒng)運(yùn)行效果。

2.3.2運(yùn)行管理優(yōu)化

針對(duì)運(yùn)行初期出現(xiàn)的問(wèn)題及關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)工況核算分析的原因，鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司分別對(duì)靜電除塵系統(tǒng)、漿液制備系統(tǒng)、干燥吸收系統(tǒng)及布袋除塵系統(tǒng)采取針對(duì)性改進(jìn)措施優(yōu)化煙氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行。

(1)靜電除塵系統(tǒng)

利用定修、年修等檢修時(shí)機(jī)對(duì)靜電除塵器及煙道系統(tǒng)開(kāi)展全面堵漏風(fēng)，防止漏風(fēng)降低煙溫，以提高脫硫塔入口煙溫，確保脫硫塔入口煙溫及溫降滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)研究對(duì)氯離子富集較明顯的三、四電場(chǎng)除塵灰進(jìn)行集中處置，減少高氯電除塵灰回用量，降低煙氣中氯離子含量。

(2)漿液制備系統(tǒng)

通過(guò)調(diào)整生石灰漿液制備系統(tǒng)進(jìn)料灰水比，定期化驗(yàn)漿液濃度等措施，保證漿液濃度穩(wěn)定控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)(20％ ～25％ )，并研究增設(shè)漿液在線檢測(cè)儀以實(shí)時(shí)觀測(cè)漿液濃度，同時(shí)研究啟用循環(huán)灰漿液制備系統(tǒng)，降低生石灰用量，將脫硫系統(tǒng)鈣硫比控制在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間(1.5-2.0)。

(3)干燥吸收系統(tǒng)

在保證漿液制備濃度的基礎(chǔ)上，通過(guò)控制霧化器進(jìn)料速率來(lái)增加漿液霧滴霧化半徑，加大漿液與煙氣接觸反應(yīng)區(qū)，避免漿液集中在脫硫塔中心區(qū)造成中心煙道分配器積灰堵塞，并提高脫硫島效率，同時(shí)建立定期清灰機(jī)制，及時(shí)清理脫硫塔及煙道內(nèi)積灰，將脫硫塔塔體阻力控制在800 Pa以內(nèi)的合理運(yùn)行區(qū)間。

(4)布袋除塵系統(tǒng)

利用日常檢修時(shí)機(jī)組織及時(shí)檢查、更換除塵布袋，防止布袋板結(jié)，并加大除塵灰排放力度，降低除塵器本體阻力，將除塵阻力控制≤2 000 Pa以內(nèi)。

2.4運(yùn)行實(shí)績(jī)

鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司經(jīng)過(guò)一系列工藝調(diào)整及優(yōu)化后，2015年上半年燒結(jié)煙氣SDA脫硫系統(tǒng)運(yùn)行狀況得到顯著提升，脫硫系統(tǒng)噸鋼運(yùn)行費(fèi)用為5.92元/t礦，比運(yùn)行初期降低12.42％，低于其它濕法、干法等脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，系統(tǒng)綜合脫硫效率達(dá)到87.76％，其中脫硫島效率為88.32％，同步運(yùn)行率為99.37％；主要運(yùn)行技術(shù)參數(shù)及運(yùn)行成本見(jiàn)表4～5所示。

表4　2015年上半年脫硫系統(tǒng)運(yùn)行主要技術(shù)參數(shù)

表5　2015年上半年脫硫系統(tǒng)運(yùn)行成本統(tǒng)計(jì)

3　結(jié)語(yǔ)

鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，保證燒結(jié)煙氣SDA脫硫系統(tǒng)凈化后二氧化硫、顆粒物平均排放濃度分別為59.25mg/m3、19.81 mg/m3，均優(yōu)于國(guó)家《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 28662-2012)規(guī)定的100mg/m3、20mg/m3，實(shí)現(xiàn)年減排二氧化硫約4 800 t，取得了良好的環(huán)境效益，同時(shí)噸礦運(yùn)行成本降幅達(dá)12.43％，大幅降低了脫硫系統(tǒng)運(yùn)行成本，確保了系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。

從鞍鋼鲅魚(yú)圈近年運(yùn)行實(shí)踐看，燒結(jié)煙氣SDA脫硫系統(tǒng)存在脫硫副產(chǎn)物綜合處置問(wèn)題，應(yīng)切實(shí)妥善處置脫硫灰，避免二次污染，同時(shí)在設(shè)計(jì)階段應(yīng)做好串聯(lián)設(shè)置的燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)與脫硫增壓風(fēng)機(jī)的能力匹配問(wèn)題，確保煙氣處理系統(tǒng)前后匹配，運(yùn)行穩(wěn)定。

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(編輯賀英群)

修回日期：2015-10-21

中圖分類(lèi)號(hào)：TF124

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-4613（2016）01-0039-05