寶鋼二燒結(jié)煙氣脫硫工藝優(yōu)化及運(yùn)行實(shí)踐
2016-04-28 09:31:14
摘要:簡(jiǎn)要介紹了石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)的工藝原理及系統(tǒng)。該技術(shù)其自2008年在寶鋼燒結(jié)投入使用以來(lái)，在后續(xù)運(yùn)行過(guò)程中相繼對(duì)CWMS、冷卻器、吸收塔、漿液供給及排出裝置等進(jìn)行了改進(jìn)，并對(duì)系統(tǒng)操作進(jìn)行了優(yōu)化。這些優(yōu)化改進(jìn)措施取得了顯著效果，進(jìn)一步推進(jìn)了燒結(jié)工序減排。
關(guān)鍵詞:石灰石-石膏法;脫硫;燒結(jié)減排
1前言
“十一五”期間，雖然鋼鐵行業(yè)的節(jié)能減排取得了巨大成效，但燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)仍停留在對(duì)火電等脫硫工藝的模仿、照搬階段，未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。目前，燒結(jié)煙氣脫硫存在的問(wèn)題主要有技術(shù)不成熟、脫硫設(shè)備價(jià)格偏高、脫硫副產(chǎn)物二次利用復(fù)雜等。寶鋼依靠自己的研發(fā)運(yùn)體系，立足鋼鐵行業(yè)本身，結(jié)合燒結(jié)煙氣特點(diǎn)研發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的寶鋼燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)———?dú)鈬娦龥_塔濕式石灰石-石膏法]先后在寶鋼梅鋼公司、寶鋼不銹鋼公司及寶鋼股份總部多臺(tái)大型燒結(jié)機(jī)上成功運(yùn)行，并取得了良好效果。
2石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)
2.1工藝原理
燒結(jié)煙氣經(jīng)工藝水及漿液兩級(jí)冷卻后進(jìn)入吸收塔煙氣分配器，分配后煙氣通過(guò)曝氣管噴入吸收塔漿池，并在漿池液面形成穩(wěn)定的鼓泡層。在鼓泡層中，氣相高度分散到液相中，較大的氣液接觸面積以及較高的傳熱和傳質(zhì)效率為煙氣中的SO2與漿液的反應(yīng)創(chuàng)造了良好的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，而且煙氣在液體中鼓泡時(shí)有類似水膜除塵的效果，尤其是對(duì)1μm以下的粉塵效果更明顯。凈煙氣則再經(jīng)過(guò)兩級(jí)除霧器脫除大量霧滴后通過(guò)脫硫煙囪排放。其工藝流程見(jiàn)圖1。
脫硫過(guò)程主要是在吸收塔漿池內(nèi)完成，所發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)有:
2.2工藝系統(tǒng)
石灰石-石膏法脫硫工藝主要由煙氣系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)、石灰石漿液制備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、廢水排放系統(tǒng)以及排空系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。
煙氣系統(tǒng):主要由煙道、增壓風(fēng)機(jī)、入口擋板、出口擋板、旁路煙道擋板、備用排放設(shè)施(備用煙囪、備用排放煙道擋板)等組成，完成煙氣系統(tǒng)增壓及脫硫裝置與旁路煙道的切換。
SO2吸收系統(tǒng):主要由吸收塔、冷卻器、除霧器、氧化風(fēng)機(jī)、攪拌器等組成，完成煙氣的降溫、脫硫、除塵以及石膏晶體的形成。
石灰石漿液制備系統(tǒng):主要由受料設(shè)施、濕式球磨機(jī)、石灰石旋流站、石灰石漿液輸送設(shè)施組成，完成SO2吸收劑的制備及輸送。
石膏脫水系統(tǒng):主要由石膏旋流器和真空皮帶脫水機(jī)、真空泵等組成，經(jīng)脫水處理后的石膏表面含水率不大于10%，送入石膏筒倉(cāng)存放待運(yùn)。
廢水排放系統(tǒng):主要由廢水旋流器、廢水外排泵組成。廢水排放采用外運(yùn)形式，由槽罐車定期外運(yùn)處置。
漿液排空系統(tǒng):主要由事故漿液罐、吸收塔區(qū)域集水坑、制漿區(qū)域集水坑、石膏脫水區(qū)域集水坑組成，滿足系統(tǒng)檢修、沖洗之需。
3工藝優(yōu)化
氣噴旋沖塔濕式石灰石-石膏法燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)自2008年在寶鋼股份總部3號(hào)燒結(jié)機(jī)上應(yīng)用后，經(jīng)過(guò)三年的運(yùn)行摸索，對(duì)其工藝做了進(jìn)一步優(yōu)化，并于2011年年底在寶鋼股份總部2號(hào)燒結(jié)機(jī)上再次應(yīng)用，運(yùn)行良好。
3.1CEMS
CEMS(ContinuousEmissionMonitoringSystem)即煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分別由氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、顆粒物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、煙氣參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理與通訊子系統(tǒng)組成。原煙氣(入口煙氣)CEMS測(cè)量值包括煙氣量、煙氣溫度、煙氣壓力、粉塵、SO2、NOx等。該組數(shù)據(jù)為燒結(jié)原煙氣狀態(tài)參數(shù)，一方面須實(shí)時(shí)在線傳送至政府環(huán)保部門(mén)監(jiān)查，另一方面對(duì)于脫硫過(guò)程控制來(lái)說(shuō)也至關(guān)重要，特別是在燒結(jié)工況異常時(shí)，煙氣溫度和壓力直接決定脫硫系統(tǒng)能否繼續(xù)正常運(yùn)行。因此，CEMS數(shù)據(jù)檢測(cè)的穩(wěn)定性和真實(shí)性尤為關(guān)鍵。寶鋼股份總部3號(hào)燒結(jié)機(jī)脫硫設(shè)施因受場(chǎng)地局限，整個(gè)裝置布局較為緊湊，原煙氣煙道相對(duì)較短，存在紊流現(xiàn)象，造成入口煙氣(原煙道)CEMS測(cè)量數(shù)值有一定波動(dòng)，給環(huán)保監(jiān)測(cè)和脫硫過(guò)程控制帶來(lái)不利影響。2011年，寶鋼股份總部在增設(shè)2號(hào)燒結(jié)機(jī)脫硫設(shè)施時(shí)，適當(dāng)延長(zhǎng)了原煙氣煙道直管段(相比3號(hào)機(jī)脫硫系統(tǒng)長(zhǎng)10余米)，弱化了原煙氣紊流現(xiàn)象，確保了入口煙氣CEMS測(cè)量的準(zhǔn)確性。
3.2冷卻器
冷卻器是石灰石-石膏法脫硫設(shè)施的三大設(shè)備之一。冷卻器內(nèi)分兩級(jí)冷卻系統(tǒng)，第一級(jí)采用氣、水冷卻，冷卻水經(jīng)冷卻水泵加壓后，通過(guò)6根冷卻氣霧噴槍與壓縮空氣混合霧化后順流噴向燒結(jié)煙氣;第二級(jí)采用吸收塔石灰石漿液冷卻，石灰石漿液經(jīng)漿液冷卻泵加壓后，通過(guò)10根漿液冷卻支管噴出。
冷卻器底部型式有兩類，如圖2所示。
型式a:兩處凹陷位置分別是冷卻水和冷卻漿液收集處，冷卻水經(jīng)管道自流進(jìn)廢水箱排放，冷卻漿液則經(jīng)管道回流至吸收塔內(nèi)。
型式b:取消了一級(jí)水冷卻出口，將其與二級(jí)漿液冷卻出口合并，一起經(jīng)管道回流至吸收塔內(nèi)，一級(jí)冷卻水沿冷卻器底部流動(dòng)過(guò)程中亦可沖洗冷卻漿液。但是，在冷卻器四周及底部干、濕界面處必須安裝沖洗水管，定時(shí)沖除沉積物。沖洗水最好采用除霧器沖洗水，以便將沖洗程序納入除霧器沖洗程序，效果相對(duì)理想。
從目前的運(yùn)行實(shí)績(jī)來(lái)看，型式a可完全避免冷卻器底部積料現(xiàn)象，而型式b如能將其底部?jī)A斜度進(jìn)一步增加，積料現(xiàn)象有望杜絕。
此外，二級(jí)漿液冷卻總管的布置也很關(guān)鍵。若冷卻漿液總管自下而上布置，脫硫設(shè)施停運(yùn)后冷卻漿液可在重力作用下回流至總管，不會(huì)因遺留漿液積累而堵塞冷卻漿液支管，但該布置方式不便于施工建設(shè)和日常檢修作業(yè);而冷卻漿液總管自上而下布置的優(yōu)缺點(diǎn)則剛好相反。最佳解決方案是:在每根漿液冷卻支管底部加設(shè)與煙氣流向相同的冷卻噴頭，這樣采用冷卻漿液總管自上而下的布置方式，既不會(huì)發(fā)生堵塞，又方便施工和日常檢修。
3.3吸收塔
經(jīng)兩級(jí)冷卻后的煙氣進(jìn)入吸收塔煙氣分配器，再通過(guò)曝氣管噴入吸收塔漿池，并在漿池液面形成穩(wěn)定的鼓泡層，在鼓泡層中完成脫硫化學(xué)反應(yīng)的吸收、中和、氧化、結(jié)晶過(guò)程。凈化后的煙氣則通過(guò)上下隔板之間的上升管進(jìn)入除霧器。為防止煙氣中夾帶的漿液在吸收塔上下隔板處沉積、結(jié)垢，在吸收塔上隔板的上、下部及下隔板上部設(shè)置了沖洗裝置。上隔板的沖洗水通過(guò)上下隔板之間的回流管流至吸收塔漿池中。因此，在吸收塔上下隔板之間既有44根排放凈煙氣的上升管，又有106根上隔板沖洗水的回流管，上下隔板之間管道林立，給煙氣攜帶的漿液和粉塵沉積創(chuàng)造了條件。久而久之，便形成了較堅(jiān)硬的塊狀物，并在運(yùn)行過(guò)程中因過(guò)飽和高溫?zé)煔膺B續(xù)沖刷可能隨時(shí)掉落，損壞下隔板沖洗水總管或支管，進(jìn)而導(dǎo)致下隔板沖洗失效，造成局部積料并堵塞曝氣管，而且也給檢修作業(yè)帶來(lái)了安全隱患。此問(wèn)題在三燒結(jié)脫硫系統(tǒng)尤為突出。后經(jīng)研究，割除了部分上下隔板間的回流管，使問(wèn)題得到了有效解決。所以，在二燒結(jié)脫硫設(shè)施建設(shè)時(shí)徹底取消了上隔板沖洗的回流管，將該部分沖洗水直接通過(guò)上升管回流至吸收塔漿池。實(shí)踐證明，此優(yōu)化方案完全可行、效果良好。
需要說(shuō)明的是，對(duì)吸收塔本體的環(huán)狀加強(qiáng)筋型式選擇應(yīng)給予關(guān)注，特別是濕法脫硫所特有的“煙囪雨”對(duì)設(shè)備腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重，因此該環(huán)狀加強(qiáng)筋應(yīng)選用工字鋼或槽鋼，避免雨水積累對(duì)吸收塔本體的腐蝕。
3.4漿液供給及排空
寶鋼股份總部石灰石-石膏法脫硫利用煉鋼廠焙燒分廠的泥餅作為脫硫劑，以廢治廢。但由于堆放及運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)不受控，泥餅中難免混入雜物，導(dǎo)致供漿及排漿管道易堵塞。即便在受料池、各集水坑、事故漿液箱排空等處加設(shè)了適宜孔徑的過(guò)濾網(wǎng)，堵塞次數(shù)有所減少，但仍時(shí)有發(fā)生，對(duì)脫硫過(guò)程控制造成了諸多不利影響，如脫硫率不高、漿液外溢等。為此，在二燒結(jié)脫硫設(shè)施設(shè)計(jì)過(guò)程中，將二、三燒結(jié)脫硫設(shè)施的供漿箱和事故漿液箱連通，以便在管道堵塞導(dǎo)致其中一套脫硫設(shè)施無(wú)法供漿、排漿時(shí)作應(yīng)急處理，確保脫硫過(guò)程控制穩(wěn)定。
另外，三燒結(jié)脫硫設(shè)施吸收塔漿液排空一般是將塔內(nèi)漿液首先排放到吸收塔集水坑，再由集水坑輸送泵送往事故漿液箱。該過(guò)程約需12小時(shí)，嚴(yán)重影響脫硫設(shè)施的同步運(yùn)轉(zhuǎn)率。有鑒于此，二燒結(jié)脫硫設(shè)施采用了漿液冷卻泵進(jìn)行吸收塔漿液排空操作，整個(gè)過(guò)程僅需2小時(shí)左右，不僅節(jié)約了漿液排空時(shí)間，更重要的是避免了漿液沉降，保證了下次投運(yùn)時(shí)漿液的質(zhì)量。
3.5“煙囪雨”控制
“煙囪雨”現(xiàn)象在石灰石-石膏法脫硫的“濕煙囪”近千米半徑范圍內(nèi)尤為突出，特別是冬季更為嚴(yán)重。落至地面的煙囪雨滴中含有SO2、SO3及石膏漿液、粉塵等雜質(zhì)。SO2、SO3與水反應(yīng)形成硫酸或亞硫酸，使得液滴呈酸性，對(duì)該區(qū)域內(nèi)的建筑物、綠化及車輛等都有一定污染和損害。
電力行業(yè)普遍采用GGH來(lái)消除“煙囪雨”，但該方法一方面在應(yīng)用過(guò)程中極易堵塞，另一方面燒結(jié)工序不能滿足GGH加設(shè)的條件。因此，如何控制燒結(jié)脫硫設(shè)施的“煙囪雨”，弱化其危害是科研工作者面臨的又一難題。寶鋼技術(shù)人員也一直致力于這方面的研究，認(rèn)為在無(wú)法提高凈煙氣排放溫度的前提下，可通過(guò)降低煙氣流速來(lái)控制“煙囪雨”。并提出兩類方案以供選擇，一是增大吸收塔頂部空間，二是加長(zhǎng)除霧器出口至煙囪之間的煙道，促成飽和煙氣在此形成足夠的沉降區(qū)域。第二種方案在寶鋼集團(tuán)內(nèi)某燒結(jié)脫硫設(shè)施上應(yīng)用后，效果相當(dāng)顯著。目前，二燒結(jié)脫硫主要從操作方面降低煙氣流速，適度提高凈煙氣溫度等來(lái)控制“煙囪雨”的發(fā)生率。
4運(yùn)行實(shí)踐
寶鋼股份總部二燒結(jié)脫硫設(shè)施經(jīng)過(guò)一系列工藝調(diào)整及優(yōu)化后，系統(tǒng)運(yùn)行狀況明顯優(yōu)于三燒結(jié)脫硫設(shè)施，其2012年重點(diǎn)運(yùn)行參數(shù)列于表1。
從表1可看出，二燒結(jié)脫硫設(shè)施凈煙氣SO2排放濃度僅有50mg/Nm3，遠(yuǎn)小于國(guó)家2012年10月1日最新頒布的新建企業(yè)200mg/Nm3的排放要求。綜合脫硫效率更是達(dá)到了84.6%，全年累計(jì)減排SO25000余噸，區(qū)域環(huán)境得到了明顯改善。
(轉(zhuǎn)載自《北極星節(jié)能環(huán)保網(wǎng)》）