某球團(tuán)廠配套煙氣超低排放升級(jí)改造工程粉塵治理難點(diǎn)分析

陳亮亮 胡凱

（1.中鋼集團(tuán)天澄環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，武漢 430205；2.湖北省工業(yè)建筑集團(tuán)有限公司，武漢 430064）

0 引言

2019年4月，生態(tài)環(huán)境部等五部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》（環(huán)大氣[2019]35號(hào)），規(guī)定對(duì)燒結(jié)機(jī)機(jī)頭、球團(tuán)焙燒煙氣顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放質(zhì)量濃度小時(shí)均值分別不高于10、35、50 mg/m3。氧化球團(tuán)的生產(chǎn)方法主要有豎爐工藝、鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工藝和帶式焙燒機(jī)工藝。目前，我國(guó)主要采用豎爐和鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)氧化球團(tuán)礦［1］。

球團(tuán)鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝中，根據(jù)球團(tuán)在升溫焙燒中溫度變化的特點(diǎn)，把熱工工藝制度分別置于鏈篦機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、環(huán)冷機(jī)3個(gè)設(shè)備上，在鏈篦機(jī)上實(shí)現(xiàn)生球的干燥和預(yù)熱，在回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行高溫焙燒，在冷卻機(jī)中進(jìn)行冷卻［1］。

1 球團(tuán)鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯煙氣特點(diǎn)

鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯煙氣為循環(huán)煙氣，較為復(fù)雜，示意圖見(jiàn)圖1。其中，鏈篦機(jī)分為鼓風(fēng)干燥段（UDD，約150℃）、抽風(fēng)干燥段（DDD，150～250℃）、預(yù)熱I段（TPH，約600℃）和預(yù)熱II段（PH，900～1 000℃）［2］。鏈篦機(jī)鋪滿料時(shí)間約40 min，鋪料厚度170～200 mm，速度2.4 m/s?；?zé)犸L(fēng)機(jī)將預(yù)熱II段（PH）的熱煙氣循環(huán)到抽風(fēng)干燥段，用于球團(tuán)干燥生球；這部分煙氣主要來(lái)自于環(huán)冷機(jī)第一冷卻段高溫?zé)犸L(fēng)以及回轉(zhuǎn)窯焙燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣環(huán)冷機(jī)內(nèi)冷卻時(shí)間為40～50 min，第一冷卻段溫度1 000℃，第二冷卻段約500℃，第三冷卻段約200℃。原料采用30%～40%硫酸渣，其他為鐵精粉，含S通常在0.7%左右?；剞D(zhuǎn)窯燃料為煤氣14 000 m3/h，其他采用天然氣，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)焙燒時(shí)間約40 min，溫度1 150～1 250℃，開始烘爐時(shí)采用天然氣，溫度到400℃時(shí)，加入煤氣，烘到窯尾800℃以上。煤氣來(lái)自3臺(tái)并聯(lián)煤氣發(fā)生爐，只做了兩層電捕焦油器，未做其他處理。回轉(zhuǎn)窯和干燥生球過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生含塵、含硫和氮氧化物的熱廢氣。這些含多種污染物的廢氣必須進(jìn)行凈化處理才能經(jīng)過(guò)主抽風(fēng)機(jī)進(jìn)行排放，主抽風(fēng)機(jī)（工況140～175℃）正常風(fēng)量680 000 m3/h，最大750 000 m3/h。

該球團(tuán)廠主抽風(fēng)機(jī)煙氣特點(diǎn)有：①鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯燃燒率較高，煙氣排放量大；②煙氣溫度波動(dòng)大，溫度在90～175℃波動(dòng)；③）煙氣成分復(fù)雜，在燃料燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生氯化氫、二氧化硫和氮氧化物等氣體外，根據(jù)礦石原料中含硫率的不同，會(huì)引起排放煙氣中二氧化硫的含量隨配料的變化而變化。該球團(tuán)廠原料配比中會(huì)摻入硫酸渣，造成煙氣中二氧化硫的質(zhì)量濃度波動(dòng)很大，在2 000～9 000 mg/m3波動(dòng)；④煙氣濕度比較大，一般在10%左右；⑤煙氣含氧量高，約占10%～15%。

2 煙氣治理工藝路線選擇

該球團(tuán)廠主抽煙氣系統(tǒng)原配套為靜電除塵器+氨法脫硫，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為煙囪出口SO2質(zhì)量濃度＜200 mg/m3，粉塵質(zhì)量濃度＜100 mg/m3，且由于煙氣工況質(zhì)量波動(dòng)及脫硫系統(tǒng)運(yùn)行問(wèn)題，氨法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，煙囪出口指標(biāo)長(zhǎng)期不達(dá)標(biāo)，亟需進(jìn)行升級(jí)改造。球團(tuán)主抽風(fēng)機(jī)出口煙氣參數(shù)見(jiàn)表1。

考慮到該球團(tuán)廠SO2濃度過(guò)高，選擇濕法脫硫的主工藝路線，同時(shí)為解決濕法脫硫后煙氣“石膏雨”和實(shí)現(xiàn)粉塵的超低排放，在濕法脫硫塔頂設(shè)置濕式電除塵器。

最終確定采用SNCR+SCR脫硝（前端）+靜電除塵器+石灰-石膏濕法脫硫+濕電除塵工藝。濕法脫硫以石灰作為脫硫劑。

3 粉塵治理難點(diǎn)

在對(duì)大量已投運(yùn)的濕法脫硫系統(tǒng)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)二氧化硫的超低排放相對(duì)比較簡(jiǎn)單，較容易達(dá)標(biāo)，但在沒(méi)有采用其他粉塵脫除手段的情況下，脫硫系統(tǒng)后粉塵能完全實(shí)現(xiàn)超低排放的案例較少。其主要原因有：

1）濕法脫硫的協(xié)同除塵作用不明顯。濕法脫硫系統(tǒng)主要還是以脫除二氧化硫?yàn)槟康模谠O(shè)計(jì)時(shí)往往沒(méi)有重點(diǎn)考慮吸收塔在脫硫過(guò)程中對(duì)除塵的協(xié)同作用。通過(guò)對(duì)一些脫硫系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)試和經(jīng)驗(yàn)計(jì)算值，現(xiàn)在大家普遍認(rèn)為濕法脫硫?qū)Ψ蹓m脫除效率僅為50%左右。

2）石膏雨現(xiàn)象的困擾。當(dāng)吸收塔參數(shù)選型不合理、脫硫塔頂部除霧器設(shè)置不合適時(shí)，脫硫后煙囪排放的煙氣中會(huì)夾帶大量的小液滴，嚴(yán)重時(shí)會(huì)在煙囪周圍形成“石膏雨”，對(duì)周圍環(huán)境造成二次污染。

3）濕法脫硫系統(tǒng)偏流嚴(yán)重。濕法脫硫裝置大多數(shù)都采用一側(cè)進(jìn)風(fēng)的方式，這種進(jìn)風(fēng)方式會(huì)造成煙氣在脫硫塔截面的氣流分布不均，在入口的對(duì)側(cè)形成高速煙氣流場(chǎng)，從而使煙氣到達(dá)首層噴淋層時(shí)流場(chǎng)分布偏流嚴(yán)重。一方面是遠(yuǎn)離吸收塔入口區(qū)域的液氣比較低，另一方面是靠近吸收塔入口區(qū)域的液氣比較高，這是引起近塔壁煙氣逃逸，脫除效率偏離設(shè)計(jì)值的原因之一。隨著超低排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，這種煙氣偏流現(xiàn)象就可能造成粉塵排放濃度超標(biāo)。

4）脫硫前主電除塵器除塵效率不達(dá)標(biāo)。球團(tuán)工藝中的抽風(fēng)干燥段和預(yù)熱I段的煙氣由于溫度波動(dòng)大、濕度大、含氧量高，煙氣中含二氧化硫等腐蝕性氣體，通常采用靜電除塵器。實(shí)際運(yùn)行中，靜電除塵器通常存在選型偏小、電場(chǎng)流速過(guò)高、比集塵面積??；振打系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)不到位造成清灰效果差；煙氣溫度波動(dòng)大，長(zhǎng)期運(yùn)行在露點(diǎn)溫度以下，極板極線積灰嚴(yán)重等問(wèn)題，造成主電除塵器除塵效率不達(dá)標(biāo)，進(jìn)入脫硫塔的粉塵濃度偏高，進(jìn)一步加重脫硫塔的除塵負(fù)擔(dān)。

4 粉塵達(dá)標(biāo)排放的應(yīng)對(duì)措施

4.1 對(duì)現(xiàn)有電除塵器進(jìn)行維修改造

考慮現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地及施工工期等因素，保留現(xiàn)有電除塵器，進(jìn)行恢復(fù)性大修和改造。主要內(nèi)容包括：①將原單相電源升級(jí)改造成三相電源，提升電源的效率；②對(duì)原有振打系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)不同電場(chǎng)除塵效果不同進(jìn)行有針對(duì)性的振打周期設(shè)置；③對(duì)原電除塵器入口煙道及氣流分布板進(jìn)行改造，保證進(jìn)入除塵器的煙氣盡量均布；④對(duì)除塵器本體進(jìn)行恢復(fù)性大修，主要包括：陰陽(yáng)極系統(tǒng)間距校準(zhǔn)，陰陽(yáng)極振打校準(zhǔn)，分布板槽形板檢修，漏風(fēng)點(diǎn)修復(fù)等；⑤對(duì)球團(tuán)生產(chǎn)工藝進(jìn)行局部調(diào)整，控制煙氣溫度盡量在露點(diǎn)溫度以上。

通過(guò)以上措施，可確保主電除塵器正常運(yùn)行，進(jìn)入脫硫塔煙氣粉塵質(zhì)量濃度控制在120 mg/m3以下。

4.2 提升脫硫塔除塵效率

1）采用5層噴淋和2層托盤。進(jìn)入脫硫塔的煙氣，根據(jù)塔內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，按順序通過(guò)托盤、噴淋層和除霧器。噴嘴噴出的漿液由塔上部噴入落到托盤上，與含塵煙氣接觸，部分粉塵被托盤篩孔流下來(lái)的液滴所捕獲，或由于氣流在改變方向時(shí)的慣性作用下，一些較粗的塵粒沉降到塔的底部被底部液膜所捕集；而大部分微細(xì)粉塵與煙氣一起通過(guò)小孔進(jìn)入托盤上部的持液層，煙氣高速進(jìn)入持液層并激起大量的液泡，形成的液膜能有效增大煙氣與漿液的傳質(zhì)表面積，粉塵在慣性、擴(kuò)散作用的同時(shí)又不斷地受到液泡的擾動(dòng)，使粉塵不斷改變方向，增加了粉塵與液體的接觸機(jī)會(huì)，氣體得到凈化。托盤對(duì)煙塵粒徑的分級(jí)去除效率見(jiàn)圖2。

2）應(yīng)用高效除霧器加強(qiáng)對(duì)霧滴的脫除。經(jīng)研究，經(jīng)除霧器處理后的煙氣液滴含固量與石膏漿液池中的含固量是有區(qū)別的，一般除霧器處理后的煙氣中液滴含固量小于20%，而且含固量的大小還與液滴粒徑分布有關(guān)，如圖3所示。

本項(xiàng)目中，在脫硫塔頂端出口設(shè)置有1級(jí)管式和3級(jí)屋脊式高效除霧器。

通過(guò)以上措施，可確保脫硫塔出口進(jìn)入濕式電除塵器的煙氣粉塵質(zhì)量濃度控制在50 mg/m3以下。

3）優(yōu)化濕式電除塵器設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目中，由于煙氣中二氧化硫質(zhì)量濃度高達(dá)9 000 mg/m3，且煙氣溫度較高，三氧化硫轉(zhuǎn)化率按2%，理論計(jì)算煙氣中三氧化硫質(zhì)量濃度約為180 mg/m3，實(shí)測(cè)值更高。

由于進(jìn)入濕式電除塵器中的三氧化硫、氣溶膠、水汽及PM2.5等微細(xì)粒子濃度過(guò)高，容易造成濕式電除塵器出現(xiàn)二次電壓高、二次電流低的電暈閉塞的現(xiàn)象，除塵效率偏低。為解決這一問(wèn)題，濕式電除塵器在設(shè)計(jì)中，通過(guò)降低電場(chǎng)流速（約1.6 m/s）、提高高壓電源電壓等級(jí)（100 kV）、選擇電流密度和放電性好的陰極線以及提高絕緣等級(jí)、減少放電等措施，確保濕式電除塵器的高效運(yùn)行。

5 結(jié)論

目前，該項(xiàng)目中采用以SNCR+SCR脫硝（前端）+靜電除塵器+石灰-石膏濕法脫硫+濕電除塵工藝的技術(shù)路線已成功投運(yùn)，脫硫裝置出口煙塵濃度實(shí)際運(yùn)行均低于設(shè)計(jì)值，煙塵排放質(zhì)量濃度可達(dá)10 mg/m3。隨著鋼鐵行業(yè)超低排放要求的不斷推行，燒結(jié)、球團(tuán)等煙氣中粉塵的達(dá)標(biāo)排放成為治理重點(diǎn)和難點(diǎn)。充分利用各污染物脫除設(shè)備之間的協(xié)同能力，經(jīng)濟(jì)、高效地實(shí)現(xiàn)煙氣污染物協(xié)同處理是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，將在我國(guó)鋼鐵冶金行業(yè)節(jié)能減排工作中起到積極作用。