燒結(jié)密相干塔脫硫排放提標(biāo)改造實(shí)踐

王二林，張愛(ài)東，劉煥杰，史躍軍

（北京首鋼股份有限公司，河北 064400）

0 引言

自工業(yè)革命以來(lái)，社會(huì)生產(chǎn)力得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。人類(lèi)生產(chǎn)、生活活動(dòng)對(duì)于環(huán)境的影響也是日益顯著。隨著溫室效應(yīng)對(duì)地球影響的加劇，各國(guó)也逐漸達(dá)成節(jié)能減排的共識(shí)。中國(guó)作為鋼鐵大國(guó)，在近年來(lái)對(duì)于鋼鐵行業(yè)的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高。燒結(jié)作為鋼鐵流程中的污染物排放的重要管控環(huán)節(jié)，也受到了越來(lái)越嚴(yán)格的管控，尤其是燒結(jié)煙氣中SO2和NOx的排放更是成為近年來(lái)燒結(jié)行業(yè)環(huán)保排放管控的重點(diǎn)。

北京首鋼股份有限公司（下稱(chēng)首鋼公司）煉鐵作業(yè)部360m3燒結(jié)機(jī)密相干塔工藝煙氣脫硫設(shè)施于2010 年投產(chǎn)運(yùn)行。隨著國(guó)家關(guān)于重點(diǎn)行業(yè)執(zhí)行國(guó)家大氣污染物特別排放限值政策的實(shí)施，燒結(jié)煙氣脫硫排放標(biāo)準(zhǔn)也不斷提升，360m2燒結(jié)機(jī)原有脫硫工藝設(shè)施煙氣的SO2排放濃度已不能滿(mǎn)足現(xiàn)行政策規(guī)定，為此首鋼公司對(duì)此進(jìn)行了一系列脫硫工藝設(shè)施的提標(biāo)改造[1]。本文分析了360m2燒結(jié)機(jī)密相干塔脫硫工藝達(dá)不到國(guó)家大氣污染物特別排放限值要求的原因，基于分析結(jié)果提出脫硫設(shè)施提標(biāo)改造的技術(shù)路線(xiàn)和方案。

1 燒結(jié)煙氣脫硫工藝概況及改造背景

1.1 燒結(jié)煙氣脫硫工藝路線(xiàn)

燒結(jié)煙氣主要是含有金屬料、燃料、熔劑的混合料在經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)后排放出的含塵煙氣。由于金屬料及燃料中含有硫元素，經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)后，變成二氧化硫。燒結(jié)煙氣具有二氧化硫濃度高、煙氣溫度高、成分復(fù)雜、有多種污染物等特點(diǎn)。

目前主流的燒結(jié)煙氣脫硫方法有：活性炭吸附、濕法、半干法等。半干法脫硫按照其工藝，又可以分成密相干塔、旋轉(zhuǎn)噴霧法、循環(huán)流化床法、NID法等。首鋼公司360m3燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫就是采用的密相干塔工藝。

1.2 密相干塔半干法脫硫工藝原理

燒結(jié)煙氣密相干塔脫硫工藝主要采取旁路布置，煙氣經(jīng)旁路煙道進(jìn)入脫硫塔頂部，在塔內(nèi)完成脫硫反應(yīng)過(guò)程后，由塔下部側(cè)向進(jìn)入除塵器除塵，之后經(jīng)風(fēng)機(jī)增壓排入煙囪排放。設(shè)備布置工藝流程圖如圖1所示。

圖1 密相干塔脫硫設(shè)備工藝流程圖

密相干塔煙氣脫硫工藝設(shè)備比較簡(jiǎn)單，主要有：脫硫塔、斗式提升機(jī)、加濕機(jī)、卸灰閥、刮板機(jī)、布袋除塵器、增壓風(fēng)機(jī)、氣力輸灰系統(tǒng)設(shè)備。

斗提機(jī)垂直安裝，有主滾筒、尾滾筒和皮帶組成，料斗安裝在皮帶上，斗提機(jī)密封在箱體內(nèi)。物料自機(jī)尾進(jìn)入，經(jīng)料斗提升到機(jī)頭，經(jīng)料庫(kù)進(jìn)入加濕機(jī)。

1.3 燒結(jié)煙氣脫硫提標(biāo)改造背景

隨著國(guó)家環(huán)保形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，河北省環(huán)保廳及國(guó)家環(huán)保部相繼出臺(tái)越來(lái)越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。

2011年11月15 日河北省環(huán)境保護(hù)廳及河北省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合下發(fā)的《河北省鋼鐵工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（DB13/1461-2011）》，要求燒結(jié)機(jī)頭SO2排放限值為200mg/m3。

2015 年5 月25 日河北省環(huán)境保護(hù)廳及河北省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合下發(fā)的《河北省鋼鐵工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（DB 13/2169-2015）》，要求燒結(jié)機(jī)頭SO2排放限值為180mg/m3。

2018 年9 月19 日河北省環(huán)境保護(hù)廳及河北省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合下發(fā)的《河北省鋼鐵工業(yè)大氣污染物超低排放標(biāo)準(zhǔn)（DB 13/2169-2018）》，要求燒結(jié)機(jī)頭SO2排放限值為35mg/m3。

2021年9月22 日唐山市人民政府下發(fā)《鋼鐵企業(yè)大氣污染物排放特別要求》，燒結(jié)機(jī)頭SO2排放限值為20mg/m3。

原有的設(shè)備狀況已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)行排放要求，急需要在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行提標(biāo)改造。

2 燒結(jié)半干法脫硫效率影響因素分析

2.1 燒結(jié)半干法脫硫工藝運(yùn)行特點(diǎn)

首鋼公司360m2燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)屬于半干法脫硫的方式。半干法脫硫在不斷的技術(shù)進(jìn)步過(guò)程中，有幾個(gè)共同的認(rèn)知得到了廣泛的認(rèn)可：

（1）半干法脫硫系統(tǒng)在循環(huán)灰量一定的前提下，循環(huán)灰成分穩(wěn)定的情況下，脫硫系統(tǒng)能夠達(dá)到了脫除極限是有上限的。

（2）半干法脫硫系統(tǒng)只要能保證系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定性，增加水與循環(huán)灰的配比，可以有更大的脫硫潛力，理論上可以按照全部脫硫考慮，但要考慮到系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

（3）關(guān)于氮氧化物的吸收，在半干法系統(tǒng)中可以發(fā)生氮氧化物與堿性吸收劑的反應(yīng)，并得以脫除，現(xiàn)行的臭氧工藝可以配合半干法脫硫系統(tǒng)，相反，濕法脫硫系統(tǒng)因?yàn)檠h(huán)漿液PH 值的問(wèn)題，并不能完全吸收高價(jià)態(tài)氮氧化物。

2.2 提升半干法脫硫效率的技術(shù)分析

研究表明，在原有設(shè)施的基礎(chǔ)上，燒結(jié)半干法脫硫工藝想要完成脫硫效率的提升，需要從以下幾個(gè)方面開(kāi)展工作[2]：

（1）在滿(mǎn)足系統(tǒng)安全運(yùn)行的前提下，投入更多的加濕水進(jìn)入脫硫系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)一系列的試驗(yàn)，投加水的上限為在系統(tǒng)灰分中的含水率到10%，這個(gè)概念是投入到系統(tǒng)中并不是投入灰中。

（2）通過(guò)提高循環(huán)灰量，并通過(guò)結(jié)構(gòu)的變化增加循環(huán)灰量與煙氣的接觸幾率，可以在原有的基礎(chǔ)上在提高脫硫效率。

（3）通過(guò)提高吸收劑的反應(yīng)活性可以進(jìn)一步提高脫硫效率，其中使用電離度更高的堿性吸收劑可以大大增強(qiáng)脫硫的效率，比如將現(xiàn)有的吸收劑添加消石灰、純堿等電離度更高的物質(zhì)。

3 燒結(jié)煙氣脫硫排放提標(biāo)改造方案及內(nèi)容

3.1 燒結(jié)煙氣脫硫排放提標(biāo)改造方案

在提升半干法脫硫效率技術(shù)分析的基礎(chǔ)上，首鋼公司360m2燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)改造方案應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：

（1）增加系統(tǒng)的物料循環(huán)量。

（2）采用更加高效的物料加濕方式，完成水分與循環(huán)灰的充分接觸。

（3）在吸收塔的入口處增設(shè)導(dǎo)流裝置，完成吸收塔內(nèi)物料的更加均勻的分布。

（4）結(jié)合目前生產(chǎn)情況，為了增加系統(tǒng)排灰頻率、提高系統(tǒng)吸收劑的置換率，建議新增廢料倉(cāng)。

（5）根據(jù)現(xiàn)行超凈排放要求，燒結(jié)煙氣SO2的最終排放濃度要控制在20mg/m3以?xún)?nèi)，粉塵的排放濃度要控制在10mg/m3以?xún)?nèi)。本次的改造只涉及到二氧化硫并未考慮粉塵的排放。

3.2 燒結(jié)煙氣脫硫排放提標(biāo)改造內(nèi)容

根據(jù)目前燒結(jié)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行情況，提標(biāo)以后原系統(tǒng)循環(huán)灰量稍有不足，因此改造的措施考慮增大脫硫劑的循環(huán)倍率，使本系統(tǒng)有更高的循環(huán)灰濃度，從而提高循環(huán)灰與煙氣中的SO2的反應(yīng)機(jī)會(huì)，使系統(tǒng)的脫硫效率有所提高。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，現(xiàn)有給料機(jī)和埋刮板輸送機(jī)的能力滿(mǎn)足改造后的要求，無(wú)需改造。改造內(nèi)容主要包括：

（1）在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上拆除原有的斗式提升機(jī)與雙軸加濕機(jī)，并增加一個(gè)副產(chǎn)物儲(chǔ)存料倉(cāng)；每套脫硫系統(tǒng)增加2臺(tái)，共計(jì)4臺(tái)加濕機(jī)，更換現(xiàn)有加濕機(jī)，加大處理能力。在吸收塔頂部增加新的下料溜槽。

（2）新增加鋼絲膠帶斗式提升機(jī)，提升能力為470m3/h。此次改造，斗式提升機(jī)采用波特蘭品牌的產(chǎn)品，由合肥水泥設(shè)計(jì)院進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡可能從設(shè)計(jì)到設(shè)備制造保證品質(zhì)。

（3）更換現(xiàn)有雙軸臥式加濕機(jī)，增大處理能力。更換后的加濕機(jī)在原有第一代雙軸加濕機(jī)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了加濕機(jī)噴嘴的形勢(shì)，同時(shí)在加濕機(jī)的端部增加了物料的攪拌功能，使得增濕后的物料能夠混合均勻，保證進(jìn)入脫硫塔的吸收劑能夠均勻攜帶分子水。這部分結(jié)構(gòu)是針對(duì)吸收劑更換為消石灰以及增濕后專(zhuān)門(mén)的配置。

（4）新增廢料倉(cāng)。本次改造新增廢料倉(cāng)儲(chǔ)存介質(zhì)為反應(yīng)后的消石灰，經(jīng)過(guò)跟蹤監(jiān)測(cè)灰分成分與使用生石灰運(yùn)行成分基本一致，同時(shí)考慮到場(chǎng)地布置等因素，本次改造使用廢料倉(cāng)與之前項(xiàng)目采用的廢料倉(cāng)規(guī)格一致。在場(chǎng)地布置過(guò)程中需要考慮現(xiàn)有倉(cāng)頂除塵器的移位與現(xiàn)有框架的設(shè)計(jì)等工作。

（5）脫硫塔入口擋板的設(shè)置。本次改造過(guò)程中考慮在脫硫塔入口處與加濕機(jī)下料口處設(shè)置煙氣導(dǎo)流裝置，能夠使氣流均勻分布，最大限度保證固體顆粒與煙氣的充分接觸，保證煙氣的截面流速為均勻。

4 燒結(jié)煙氣脫硫提標(biāo)改造實(shí)施

4.1 改造施工難點(diǎn)

結(jié)合生產(chǎn)檢修計(jì)劃，為實(shí)施燒結(jié)煙氣脫硫排放提標(biāo)改造項(xiàng)目，安排360m2燒結(jié)脫硫系統(tǒng)停機(jī)10天。在改造期間需要將現(xiàn)有斗提機(jī)與加濕機(jī)同步進(jìn)行拆除，在原地拆除斗提機(jī)保溫、機(jī)頭、加濕機(jī)與配件，拆除之后立刻進(jìn)行原有斗提機(jī)基礎(chǔ)的改造、養(yǎng)護(hù)，新上斗提機(jī)及加濕機(jī)的安裝。該項(xiàng)目在施工過(guò)程中存在以下幾方面難點(diǎn)：

（1）工期緊。由于生產(chǎn)任務(wù)緊張，僅安排了10天改造時(shí)間。

（2）上下同時(shí)開(kāi)工交叉作業(yè)，施工安全難度大。脫硫塔垂直高度45 米，考慮施工工期緊張，必須同時(shí)作業(yè)，在此過(guò)程中上下交叉作業(yè)，施工安全管理難度大。

（3）現(xiàn)場(chǎng)防火管控難度大。由于脫硫塔有外保溫，外保溫為復(fù)合彩鋼瓦，在施工過(guò)程中需要使用電氣焊等，現(xiàn)場(chǎng)防火管控難度大。

（4）施工質(zhì)量管控難度大。斗提機(jī)箱體垂直度偏差要求頂部與底部控制在4mm以?xún)?nèi)，從而避免運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)斗子與箱體發(fā)生刮蹭的問(wèn)題。

4.2 改造施工保障措施

針對(duì)上述難點(diǎn)問(wèn)題，首鋼公司組織施工單位制定了專(zhuān)項(xiàng)改造施工方案，對(duì)改造施工過(guò)程的進(jìn)度、質(zhì)量及安全控制，尤其對(duì)箱體施工過(guò)程中防火控制制訂了詳細(xì)的配套措施。

（1）在改造過(guò)程中安排專(zhuān)人具體負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)管理，要求施工單位制定好交叉作業(yè)聯(lián)系確認(rèn)制，涉及吊裝作業(yè)時(shí)上下統(tǒng)一由專(zhuān)人指揮。

（2）組織施工單位在現(xiàn)場(chǎng)加濕機(jī)的用水主管上接出分支管路，引到每層動(dòng)火點(diǎn)位作為防火措施水源。

（3）在按照節(jié)點(diǎn)計(jì)劃施工的同時(shí)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，通過(guò)使用經(jīng)緯儀等專(zhuān)用測(cè)量設(shè)備對(duì)箱體施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，最終順利地結(jié)合工程碰點(diǎn)停機(jī)過(guò)程中完成了斗提機(jī)加寬改造。

由于前期研究充分、施工過(guò)程中質(zhì)量管控到位，斗提機(jī)改造后成功地解決了改造前斗提皮帶跑偏、箱體與斗提機(jī)斗子刮蹭等問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

360m2燒結(jié)煙氣脫硫排放提標(biāo)改造項(xiàng)目實(shí)施后，斗提機(jī)的運(yùn)行電流從原45A～65A，增加到65A～90A，表明脫硫循環(huán)灰量顯著增加，循環(huán)灰濃度增加。另外加濕機(jī)端部增加了攪拌器后，使增濕后的脫硫劑能夠固液混合的更均勻，進(jìn)入脫硫塔的脫硫劑能夠更好的與燒結(jié)煙氣接觸，確保了煙氣中的SO2與消石灰充分反應(yīng)，在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)入口SO2濃度的前提下，燒結(jié)煙氣實(shí)際排放濃度為16.53mg/m3。

改造后的生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，該脫硫系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)，該方案的實(shí)施為采用半干法脫硫方式的同行提供了提標(biāo)改造的有益參考。