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新鋼燒結煙氣脫硫系統的運行優化

2016-12-23來源:環球破碎機網

  在新鋼公司3套石灰石-石膏濕法脫硫設施正常運行、達標排放的基礎上,針對濕法脫硫系統中遇到的漿液中毒、廢水排放、石膏品質波動以及煙囪雨等常見問題進行了研究。通過調整操作、改造設備等措施對系統運行進行優化,解決上述問題,同時,達到節能降耗的目的,對脫硫設施經濟環保、可持續運行提供有利基礎。

  關鍵詞:石灰石-石膏濕法脫硫;漿液中毒;廢水;石膏;煙囪雨

  0、前言

  隨著國家“十二五節能減排”政策的實施,燒結煙氣脫硫技術在我國鋼鐵行業得到了廣泛應用。目前采用的脫硫技術主要有濕法、干法、半干法三類。自2011年以來,新余鋼鐵股份有限公司先后為7#(360m2)、6#(360m2)、5#(180m2)、4#(115m2)燒結機配套建設了脫硫設施,其中7#燒結機采用循環流化床干法脫硫工藝,6#、5#、4#燒結機均采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝。石灰石-石膏濕法脫硫工藝是目前世界上技術最成熟、運行最可靠的脫硫方法,但在實際運行中仍存在諸如漿液中毒、廢水排放、石膏品質波動以及煙囪雨等問題,針對這些問題,新鋼公司燒結廠研究了脫硫工藝、系統操作、運行工況,對設備裝置進行了技術改進,對系統運行進行了優化。

  1、新鋼燒結煙氣濕法脫硫設施運行現狀

  1.1石灰石-石膏濕法脫硫技術簡介

  據統計,全世界煙氣脫硫工藝共有200多種,80%的脫硫裝置采用石灰石(石灰)-石膏濕法脫硫工藝。該工藝具有吸收劑價廉易得、副產物便于利用、含硫率適應范圍寬等優勢,是目前世界上技術最成熟、應用最廣、運行最可靠的方法。

  石灰石(石灰)-石膏濕法脫硫工藝原理為:將石灰石粉加水制成一定濃度的漿液作為吸收劑泵入吸收塔,經漿液循環泵及噴淋層與煙氣充分接觸混合,煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進行氧化反應生成硫酸鈣,硫酸鈣達到一定飽和度后,結晶形成二水石膏。石膏漿液從吸收塔排出經真空皮帶脫水機壓縮、脫水得出石膏副產物,廢水進入廢水處理系統集中處理。脫硫后的凈煙氣經過除霧器除去霧滴,由脫硫煙囪排入大氣。其工藝流程圖見圖1。

  1.2脫硫設施運行基本情況

  4#、5#、6#濕法脫硫設施自投運以來,運行穩定可靠,日常運行中脫硫效率均達到90%以上,出口SO2濃度、粉塵等指標均滿足GB28662-2012《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》排放要求。脫硫設施具體運行情況參見表1。

  1.3運行中存在的問題

  1.3.1漿液中毒現象

  石灰石-石膏濕法脫硫工藝存在的主要問題是吸收塔漿液失效(俗稱中毒),其主要表現形式是漿液起泡溢流,原因主要是脫硫系統運行過程中因煙氣中粉塵、有機物、重金屬、氯含量,脫硫劑中鎂離子含量,工藝水中COD(化學需氧量)、BOD(生化需氧量)等超標,有害物質富集使吸收塔漿液品質逐漸惡化,引起漿液起泡甚至溢流,從而阻礙石灰石漿液的脫硫反應。失效的漿液不但造成脫硫效率下降,出口SO2濃度上升,無法達標排放,影響減排指標,而且危害系統的穩定運行。結合實際運行情況,分析吸收塔漿液失效、起泡溢流的原因有[1]:

  (1)燒結機在運行過程中原料含油或燃燒不充分,焦油及未燃盡成份隨煙氣進入吸收塔,造成吸收塔漿液中有機物含量增加;

  (2)燒結機后部電除塵器運行狀況不佳,煙氣粉塵濃度超標,含有大量惰性物質的雜質進入吸收塔,致使吸收塔漿液重金屬含量增高。重金屬離子增多引起漿液表面張力增加,從而使漿液表面起泡;

  (3)脫硫劑石灰石粉中含過量MgO(起泡劑),與硫酸根離子反應產生大量泡沫;

  (4)脫硫用水水質達不到工藝設計要求,如水中COD、BOD超標;

  (5)脫硫裝置脫水系統或廢水處理系統不能正常使用,漿液中氯離子、有機物等有害物質富集,致使吸收塔漿液品質逐漸惡化;

  (6)運行過程中出現氧化風機突然跳閘情況,吸收塔漿液氣液平衡被破壞,致使吸收塔漿液大量溢流。

  1.3.2脫硫廢水

  石灰石-石膏濕法脫硫除了產生固態廢棄物(廢渣)外,還產生廢水。4#、5#、6#脫硫系統每天產生廢水大約210t,其中4#脫硫系統約有60t,5#、6#脫硫系統(共用一套廢水處理系統)約有150t。脫硫產生的廢水全部進入廢水處理系統集中處理,由于燒結配原料原因,燒結煙氣中有機物(主要為焦油等油份物質)含量較高,致使脫硫廢水中氨氮較高,COD超標,不滿足達標排放要求(水質情況及達標排放要求見表2),無法直接外排。

  1.3.3石膏品質波動大

  石灰石-石膏濕法脫硫副產物石膏(CaSO4˙2H2O)可用作水泥緩凝劑或加工成建材產品,現全部外賣用作水泥緩凝劑,其對石膏的品質要求是有效成分必須滿足SO3≥39%,游離水含量≤20%。脫硫設施運行情況及廢水系統正常投入情況直接影響石膏品質,石膏品質不穩定直接關系到副產物的外銷和處置。

  2015年4#、5#、6#脫硫系統石膏品質波動(詳見表3脫硫石膏品質取樣化驗情況),經統計石膏品質達標比例分別為71%、79%、86%,總體達標比例為79%,達標標準要求90%以上。

  1.3.4“煙囪雨”/“石膏雨”現象

  “煙囪雨”是由于在實際運行中脫硫系統產生的煙氣量比設計時大,進入除霧器的實際煙氣流速大于除霧器能夠承受的流速極限,導致已被除霧器除去的漿液隨高速煙氣“二次攜帶”經由煙囪進入大氣中。由于溫度不高(一般45~60℃),煙氣處于飽和狀態,含水蒸汽量較大,密度較大,抬升力小,煙氣不易擴散,隨著大氣溫度降低,溫差使煙氣中飽和水蒸汽較快冷凝,冷凝液在煙囪附近降落,從而產生了“煙囪雨”現象。當煙氣中不僅含有液態水,還含有石膏及其他顆粒物漿液時,煙氣經過煙囪隨著溫度的降低凝結成液滴,從而產生“石膏雨”現象[2]。

  2、工藝優化與技術創新

  通過對脫硫工藝、運行工況以及環保要求進行研究,針對漿液中毒、廢水排放、石膏品質波動等幾大難點問題,結合理論與實際,對脫硫系統進行改良與技術創新,優化生產運行。

  2.1中毒漿液的處理

  2.1.1針對漿液起泡現象:首先可適量投加消泡劑來控制、消除漿液泡沫,維持漿液穩定;其次,從源頭減少、控制發泡物質Mg2+含量,通過對進廠的每車脫硫劑進行篩分、水洗,檢查泡沫、粒度以及化學成分,現石灰石粉中MgCO3含量從原來的10%左右降至現在的5%左右;再次加強設備維護、檢修力度,提高故障處理效率。

  2.1.2針對漿液變質失效問題:首先調整配礦結構,穩定SO2濃度,控制煙氣中油份、有機物、氯離子等含量,減少引起漿液品質惡化的有害物質;其次提高機頭除塵效率,對機頭除塵設施定期檢修維護,及時更換極板、極線,調整最佳運行參數(二次電流和電壓等),從而控制進入吸收塔漿液的粉塵量;同時加強廢水處理設備的維護、點檢,確保其有效作業率。當漿液失效后,先投加消泡劑、增效劑等進行預處理,效果不明顯時,則進行漿液置換,即用新制石灰石粉漿液置換中毒漿液,同時增加脫水頻率,將有害物質隨同廢水脫除。

  2.1.3針對中毒漿液的處理:在原有設備上進行技術改進與創新:即在原有設備基礎上增加一套中毒漿液強制脫水處理裝置,在事故漿液箱與石膏旋流器之間增加一路管道和漿液返回泵,將中毒漿液儲存于事故漿液箱,空出吸收塔重新制漿使脫硫系統正常開機投運,事故漿液箱內的中毒漿液經漿液返回泵直接進入石膏旋流器分離,經真空皮帶脫水機進行強制脫水等處理。這個方法很好地解決了漿液中毒影響脫硫系統正常運行的問題,確保了脫硫設施與燒結機的同步運行率。裝置圖見圖2。

  2.2脫硫廢水的外排與處理

  結合新鋼燒結煙氣脫硫廢水的物質成分與含量(見表4脫硫廢水化驗成分表)以及氯離子濃度大于1000mg/L時對水渣產生不利影響的性質,否決了將脫硫廢水引入煉鐵沖渣池中沖渣的方案后,選用廢水內部回用原則,即新建一座廢水緩沖池(150m3),將處理后沉淀池中的脫硫廢水全部排入緩沖池內儲存,由緩沖池增設一路管道延至7#燒結機配料生石灰消化器(見圖3),根據生產消化用水需要由水泵均勻地將緩沖池內的廢水引至7#燒結機配料生石灰消化使用,從而實現4#、5#、6#機脫硫廢水“零排放”,防止水體污染。預計每天節約水資源210t,合計年節約5萬余元。

  2.3改善與穩定石膏品質研究

  為穩定和改善石膏品質,結合脫硫系統運行情況,采取以下措施:

  2.3.1優化操作

  ①加大消泡劑、增效劑使用量,提高脫硫效率;

  ②延長氧化時間,使CaSO3充分氧化,生成CaSO4˙2H2O;

  ③減少石灰石漿液供給量,將出口SO2濃度由原來的100mg/Nm3改為控制在200mg/Nm3以內,以保證石膏品質達標;

  ④采用生石灰替代石灰石粉作脫硫劑使用,不但脫硫率迅速提高,而且SO3品質有明顯提升。

  2.3.2調整運行參數

  ①調整制漿密度。石灰石漿液密度由原來1250kg/m3調整為1150kg/m3,以提高脫硫劑利用率,使反應完全;

  ②調整脫膏密度。吸收塔內漿液脫膏密度由1140~1200kg/m3調整為1150~1200kg/m3。

  2.3.3改良設備

  ①對氧化風機進行清理,氧化風機運行時由原來的放散改為不放散,由一開一備改為兩臺同時開啟。氧化風量壓力從54kPa提高到87kPa;

  ②對氧化風管進行改造,提升風管高度,防止吸收塔漿液溢流,同時增加一路壓縮空氣,使之接入氧化風管內,增加氧化風量;

  ③對噴淋層噴嘴進行檢查清理,對兩臺循環泵葉輪進行更換,提高漿液覆蓋面積和循環泵壓力,有效提高脫硫效率。

  2.3.4經過調整運行參數、優化工藝操作、改良/改進設備等一系列措施,石膏的有效成分SO3由原來的34%左右變成現在的平均在39%以上,最高達到45%,石膏品質變化情況見表5。

  2.4“煙囪雨”/“石膏雨”的防治

  2.4.1運行管理上:制定《改善煙囪雨措施》管理文件,加強運行管理,杜絕操作原因引起的“煙囪雨”和“石膏雨”;

  2.4.2設備技術上:對除霧器沖洗管道進行加固、對對接口進行改造,控制除霧器堵塞等設備原因引起的“煙囪雨”和“石膏雨”。

  3、結論

  為滿足環保要求,確保脫硫系統穩定、高效運行,我廠一方面嚴格控制出口SO2濃度、粉塵排放濃度,滿足GB28662-2012《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》排放要求,完成新鋼公司SO2減排任務;另一方面通過調整操作、改造設備以及優化系統運行,解決了運行中存在的瓶頸問題,提高脫硫系統與燒結機穩定運行率,同時降本增效,節省投入,使石灰石-石膏濕法脫硫設施運行更穩定、更環保、更經濟,做到真正意義的節能環保。


責任編輯:宋欣
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