杜憲偉

265m2燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫除塵提效改造實(shí)例與分析

杜憲偉

面對(duì)日益嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)，國(guó)家及地方環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)燒結(jié)機(jī)脫硫系統(tǒng)的可靠、高效、連續(xù)運(yùn)行提出了更高要求，對(duì)二氧化硫及粉塵等污染物排放濃度的要求也日趨嚴(yán)格。早期建設(shè)的脫硫設(shè)施已無法滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求，原建設(shè)的脫硫設(shè)施必須通過提效改造來實(shí)現(xiàn)顆粒物、二氧化硫的達(dá)標(biāo)排放。文章對(duì)如何在改造過程中最大限度的縮短工期、充分利用原有設(shè)備減少建設(shè)投資實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放等做了充分考慮。

燒結(jié)機(jī) 脫硫 濕式電除塵 提效改造

1.前言

某廠265m2燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫建成于2012年5月，采用最為成熟的石灰-石膏濕法脫硫工藝，建成以來運(yùn)行穩(wěn)定，排放達(dá)標(biāo)。但2015年1月1日起，山東省燒結(jié)機(jī)執(zhí)行新的排放標(biāo)準(zhǔn)，要求顆粒物30mg/Nm3，二氧化硫100mg/Nm3，氮氧化物300mg/Nm3，通過燒結(jié)原燃料入口硫份控制，配合脫硫系統(tǒng)調(diào)整顆粒物、二氧化硫連續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，特別是2017年起執(zhí)行更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，要求顆粒物20mg/Nm3，二氧化硫100mg/Nm3，氮氧化物300mg/Nm3，原有的脫硫設(shè)施達(dá)不到新標(biāo)準(zhǔn)要求，必須實(shí)施脫硫提效改造。改造過程中燒結(jié)機(jī)需要停機(jī)，所以改造方案必須盡量縮短燒結(jié)機(jī)的停機(jī)時(shí)間，同時(shí)考慮原有設(shè)備的利用以降低投資費(fèi)用。

2.原脫硫工藝簡(jiǎn)介

2.1 原脫硫系統(tǒng)簡(jiǎn)介

原脫硫系統(tǒng)采用石灰-石膏濕法脫硫工藝，一機(jī)一塔，配備一臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)，煙氣經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)引至煙氣脫硫系統(tǒng)，進(jìn)入吸收塔進(jìn)行脫硫反應(yīng)。脫硫吸收塔為噴淋空塔，煙氣垂直進(jìn)入吸收塔，然后折向朝上流動(dòng)并經(jīng)塔內(nèi)煙氣整流器整流后，與噴淋而下的漿液進(jìn)行充分接觸以脫除其中的SO2，在吸收塔內(nèi)煙氣中的SO2被吸收漿液洗滌并與漿液中的脫硫劑發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)生成的亞硫酸鈣在吸收塔內(nèi)底部的循環(huán)漿池內(nèi)被氧化風(fēng)機(jī)鼓入的空氣強(qiáng)制氧化，最終生成石膏，石膏漿液排至石膏漿液池，送入脫硫副產(chǎn)品處理回收系統(tǒng)。脫硫后的潔凈煙氣經(jīng)除霧器通過塔上直排煙囪直排。

脫硫系統(tǒng)主要包括煙氣系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、副產(chǎn)物處理系統(tǒng)、電氣及控制系統(tǒng)、能源動(dòng)力介質(zhì)系統(tǒng)以及自動(dòng)化控制系統(tǒng)等主要系統(tǒng)。

主要設(shè)備有：石灰粉倉(cāng)及支架等附件、增壓風(fēng)機(jī)、吸收塔及塔內(nèi)外附件、吸收塔循環(huán)泵、隔膜箱式壓濾機(jī)、石膏池?cái)嚢杵鳌⑹页財(cái)嚢杵?、吸收塔攪拌器、供漿泵、石膏漿液泵、濾液輸送泵、工藝水泵、除霧器沖洗水泵等。

2.2 原脫硫系統(tǒng)運(yùn)行情況分析

脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)煙氣量工況144萬m3/h，入口二氧化硫濃度1000mg/Nm3，入口顆粒物排放濃度≤120mg/Nm3，出口設(shè)計(jì)排放濃度顆粒物50mg/Nm3，二氧化硫200mg/Nm3，氮氧化物300mg/Nm3。自2012年5月投運(yùn)至改造前，脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，凈煙氣SO2排放濃度滿足環(huán)保要求。2015年1月1日起執(zhí)行的新標(biāo)準(zhǔn)要求顆粒物30mg/Nm3，二氧化硫100mg/Nm3，氮氧化物300mg/Nm3，原脫硫系統(tǒng)通過運(yùn)行負(fù)荷調(diào)整以及燒結(jié)機(jī)入口原燃料硫份控制，基本能夠?qū)崿F(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。入口二氧化硫控制在1000mg/Nm3以內(nèi)時(shí)，出口二氧化硫基本都能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，但是顆粒物排放呈現(xiàn)超標(biāo)。見表1。

表1 改造前連續(xù)七天實(shí)際排放數(shù)據(jù)

3.脫硫改造

3.1 概述

脫硫提效改造重點(diǎn)分兩部分：一是降低二氧化硫排放濃度，二是降低粉塵排放濃度來實(shí)現(xiàn)污染物的綜合達(dá)標(biāo)排放。降低二氧化硫排放濃度，最直接的辦法就是增加塔內(nèi)脫硫漿液的循環(huán)量，原有三層噴淋層，每層對(duì)應(yīng)一臺(tái)漿液循環(huán)泵。所以改造首先增加一層噴淋層以及對(duì)應(yīng)的循環(huán)泵等相關(guān)系統(tǒng)，以此增大塔內(nèi)的漿液循環(huán)量，降低二氧化硫排放濃度。降低出口顆粒物排放濃度，目前最為理想的辦法就是在脫硫后增加濕式電除塵對(duì)脫硫后的顆粒物進(jìn)行捕集，以降低出口顆粒物排放濃度。在原有脫硫塔身增加相關(guān)設(shè)備，必須經(jīng)過脫硫塔承載力測(cè)算。經(jīng)過測(cè)算在原有塔身增加相應(yīng)的噴淋層及濕式電除塵器，使塔身能滿足承載力要求。

3.2 改造目標(biāo)

設(shè)計(jì)入口參數(shù)，煙氣量工況144萬m3/h，入口二氧化硫濃度1000mg/Nm3，入口顆粒物排放濃度≤120 mg/Nm3；設(shè)計(jì)出口參數(shù)，顆粒物20mg/Nm3，二氧化硫100mg/Nm3，氮氧化物300mg/Nm3。

3.3 脫硫系統(tǒng)改造

在脫硫塔內(nèi)原有三層噴淋的基礎(chǔ)之上增加一層噴淋，在新增噴淋層支撐梁上安裝新增噴淋層，增加一層噴淋層，流量2520m3/h；新裝噴淋層安裝單向碳化硅噴嘴，新增循環(huán)泵安裝于現(xiàn)循環(huán)泵與綜合樓之間空地位置，新增循環(huán)泵接入口考慮到攪拌器的影響，吸入口應(yīng)避開攪拌器，并在吸入管上側(cè)空間安裝跨管鋼梯以便攪拌器檢修。

由于需新增濕式除塵器，脫硫出口霧滴濃度要求可降低，將除霧負(fù)荷轉(zhuǎn)至濕式除塵器，故可拆除一層除霧器，降低吸收塔運(yùn)行阻力，同時(shí)可為新增噴淋層安排出安裝空間，避免吸收塔體整體切割。同時(shí)拆除本層除霧器支撐梁。

新增循環(huán)泵接入口管道穿過輸料廊支架，故將輸料廊支架底部一組剪刀撐改造，剪刀撐避開新增循環(huán)泵接入口管道，以保證輸料廊支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及便于新增循環(huán)泵接入口管道安裝及檢修。

增壓風(fēng)機(jī)改造按風(fēng)機(jī)風(fēng)量不變，壓升提高300Pa考慮，在原有風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)上，更換輪轂部及葉片；現(xiàn)存電機(jī)改造后風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有所增加，所以電機(jī)需要更換。電機(jī)功率變化后，電機(jī)軸頭尺寸亦有變化，而且原聯(lián)軸器強(qiáng)度無法滿足新的要求，因此，聯(lián)軸器需要更換。

漿液循環(huán)量的增加要求漿液液位提高，通過循環(huán)量核算漿液液位由9.0m提高至9.8m；對(duì)應(yīng)的塔內(nèi)氧化需氧量增加，改造氧化風(fēng)機(jī)由2262Nm3/h，改為2500Nm3/h。

3.4 濕式除塵器部分

3.4.1 濕式除塵技術(shù)簡(jiǎn)介

濕式靜電除塵器廣泛應(yīng)用于歐美國(guó)家的燃煤電廠以及冶金行業(yè)和化工行業(yè)的煙氣治理工程，國(guó)內(nèi)近幾年的新興技術(shù)。作為大氣復(fù)合污染物控制系統(tǒng)的最終控制方式，用于去除濕法脫硫后的煙塵、石膏漿液霧滴、細(xì)顆粒物(PM2.5)以及重金屬等多種污染物，可將煙塵排放限值控制在20mg/Nm3甚至10mg/Nm3以下。

濕式電除塵器和干式電除塵器的收塵原理相同，都是靠高壓電暈放電使得粉塵荷電，荷電后的粉塵在電場(chǎng)力的作用下到達(dá)集塵板/管。金屬放電線在直流高電壓的作用下，將其周圍氣體電離，使粉塵或霧滴粒子表面荷電，荷電粒子在電場(chǎng)力的作用下向收塵極運(yùn)動(dòng)，并沉積在收塵極上，水流從集塵板頂端流下，在集塵板上形成一層均勻穩(wěn)定的水膜，將板上的顆粒帶走。因此，濕式電除塵器與干式ESP的除塵原理相同，都要經(jīng)歷荷電、收集和清灰三個(gè)階段。然而，與靜電除塵器清灰不同的是，濕式電除塵器采用液體沖刷集塵極表面來進(jìn)行清灰。

3.4.2 濕式除塵器設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 改造后脫硫?qū)嶋H運(yùn)行排放數(shù)據(jù)

經(jīng)過脫硫塔承載力計(jì)算，脫硫塔改造需要增加的濕式電除塵部分可以安裝在吸收塔上部，濕式除塵器設(shè)計(jì)出口粉塵濃度≤20mg/Nm3，煙氣速度3.46m/s，本體阻力≤280Pa，配備80kV/1300mA工頻單相恒流電源3臺(tái)，內(nèi)部設(shè)6個(gè)電場(chǎng)。

收塵極采用碳纖維玻璃鋼CFRP，基質(zhì)為乙烯基樹脂，添加阻燃劑增加其阻燃性能。放電極采用螺旋芒刺線，其材質(zhì)為合金鋼絲外包覆鉛銻合金，具有在脫硫環(huán)境中優(yōu)良的耐腐蝕性能，利用尖端放電來增強(qiáng)電離能力，同時(shí)利用形狀的變化形成更良好的非均勻電場(chǎng)和擴(kuò)大電離區(qū)，有效地提高了濕式電除塵器的能力。

頂部沖洗系統(tǒng)安裝于濕式靜電除塵器頂部，采用水柱流噴頭。除塵器分為6個(gè)沖洗分區(qū)，單區(qū)每次沖洗1min，用水量約3.5m3。除塵器開停機(jī)時(shí)6區(qū)同時(shí)沖洗一次，正常運(yùn)行過程中每天沖洗1個(gè)分區(qū)循環(huán)沖洗。沖洗系統(tǒng)沖洗時(shí)需短時(shí)電場(chǎng)停運(yùn)。

3.4.3 濕式電除塵布置形式

采用塔上一體式布置方式，煙氣經(jīng)過噴淋除霧后，經(jīng)過在變徑段設(shè)置的煙氣均流裝置的均流作用，通過濕式電除塵器，粉塵、液滴在管束內(nèi)被荷電收集，處理后，經(jīng)除塵器上方直排煙囪排入大氣。

現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹窄，采用塔上方案能夠最大的利用上部空間，減少占地，同時(shí)，避免了煙道下翻，大大減小系統(tǒng)運(yùn)行阻力和運(yùn)行成本。

濕式除塵器本體直徑14.2m，高度11.4m。需將塔體+32m以上部分拆除，在上述標(biāo)高以上制作安裝濕式除塵器變徑，變徑上部安裝濕式電除塵器，電除塵器上部安裝變徑，變徑上部安裝煙囪。該布置方式的優(yōu)點(diǎn)：

（1）煙氣經(jīng)過脫硫吸收塔后，流場(chǎng)更加均勻，濕式靜電除塵裝置入口流場(chǎng)均勻不僅有利于提高除塵效率，更有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，流程短，阻力小，有利于降低阻力，節(jié)約能耗，可以說是一個(gè)節(jié)能減耗的舉措。另外，一體化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，不需要增加額外煙道，降低造價(jià)，減少投資。

（3）節(jié)約用地，不破壞原脫硫系統(tǒng)及廠區(qū)布置，便于設(shè)備維護(hù)，保障了鋼鐵廠運(yùn)行安全。

3.4.4 煙囪改造

由于現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地緊張，各建（構(gòu)）相互影響，煙氣無法返回原燒結(jié)機(jī)磚混煙囪排放，因此，本方案采樣濕式除塵器頂部安裝直排煙囪使煙氣直排。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)排放實(shí)際情況，確定本期改造后煙囪加高至頂標(biāo)75m。利用現(xiàn)有煙囪加固加高改造。

3.4.5 其他配套系統(tǒng)改造

脫硫配套系統(tǒng)中的石灰漿液制備系統(tǒng)、石膏脫硫系統(tǒng)原設(shè)計(jì)余量能夠滿足改造后脫硫運(yùn)行需要，所以沒有進(jìn)行改造；對(duì)配套的電氣系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)、儀表、土建等進(jìn)行了相應(yīng)配套改造。

4.運(yùn)行分析

2016年2-4月，進(jìn)行了停機(jī)改造，改造投運(yùn)后系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，排放達(dá)標(biāo)，噸燒結(jié)礦脫硫運(yùn)行成本增加不多，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)。改造工期為62天，比新建同等規(guī)模脫硫設(shè)施縮短50%以上，減少了燒結(jié)機(jī)停機(jī)對(duì)鋼鐵廠物料平衡的影響，改造投資約為新建投資的40%，降低了生產(chǎn)成本壓力。在原脫硫基礎(chǔ)上年增加二氧化硫減排量480噸，增加顆粒物減排量204噸。見表2。

5.結(jié)束語

當(dāng)前，環(huán)保形勢(shì)的嚴(yán)峻對(duì)污染物排放的要求更加嚴(yán)格，早期建設(shè)的環(huán)保設(shè)施很難達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)的要求。所以，環(huán)保設(shè)施需要根據(jù)新排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行提效改造，以滿足達(dá)標(biāo)要求。環(huán)保改造時(shí)往往要求主體生產(chǎn)設(shè)備同步長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，打破了正常的生產(chǎn)平衡，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，要求企業(yè)環(huán)保治理設(shè)施要有足夠的余量，新建環(huán)保設(shè)施不能只考慮當(dāng)時(shí)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該超前設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)未來可能加嚴(yán)的標(biāo)準(zhǔn)要求，或者預(yù)留改造空間，能夠在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，以避免或減少二次建設(shè)的成本。

（作者單位：山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司）