265m2烧结机烟气脱硫除尘提效改造实例与分析

杜宪伟

265m2烧结机烟气脱硫除尘提效改造实例与分析

杜宪伟

面对日益严峻的环保形势，国家及地方环保新标准对烧结机脱硫系统的可靠、高效、连续运行提出了更高要求，对二氧化硫及粉尘等污染物排放浓度的要求也日趋严格。早期建设的脱硫设施已无法满足新标准的要求，原建设的脱硫设施必须通过提效改造来实现颗粒物、二氧化硫的达标排放。文章对如何在改造过程中最大限度的缩短工期、充分利用原有设备减少建设投资实现达标排放等做了充分考虑。

烧结机 脱硫 湿式电除尘 提效改造

1.前言

某厂265m2烧结机烟气脱硫建成于2012年5月，采用最为成熟的石灰-石膏湿法脱硫工艺，建成以来运行稳定，排放达标。但2015年1月1日起，山东省烧结机执行新的排放标准，要求颗粒物30mg/Nm3，二氧化硫100mg/Nm3，氮氧化物300mg/Nm3，通过烧结原燃料入口硫份控制，配合脱硫系统调整颗粒物、二氧化硫连续稳定达标排放，特别是2017年起执行更严格的排放标准，要求颗粒物20mg/Nm3，二氧化硫100mg/Nm3，氮氧化物300mg/Nm3，原有的脱硫设施达不到新标准要求，必须实施脱硫提效改造。改造过程中烧结机需要停机，所以改造方案必须尽量缩短烧结机的停机时间，同时考虑原有设备的利用以降低投资费用。

2.原脱硫工艺简介

2.1 原脱硫系统简介

原脱硫系统采用石灰-石膏湿法脱硫工艺，一机一塔，配备一台增压风机，烟气经增压风机引至烟气脱硫系统，进入吸收塔进行脱硫反应。脱硫吸收塔为喷淋空塔，烟气垂直进入吸收塔，然后折向朝上流动并经塔内烟气整流器整流后，与喷淋而下的浆液进行充分接触以脱除其中的SO2，在吸收塔内烟气中的SO2被吸收浆液洗涤并与浆液中的脱硫剂发生反应，反应生成的亚硫酸钙在吸收塔内底部的循环浆池内被氧化风机鼓入的空气强制氧化，最终生成石膏，石膏浆液排至石膏浆液池，送入脱硫副产品处理回收系统。脱硫后的洁净烟气经除雾器通过塔上直排烟囱直排。

脱硫系统主要包括烟气系统、吸收系统、除尘系统、工艺水系统、副产物处理系统、电气及控制系统、能源动力介质系统以及自动化控制系统等主要系统。

主要设备有：石灰粉仓及支架等附件、增压风机、吸收塔及塔内外附件、吸收塔循环泵、隔膜箱式压滤机、石膏池搅拌器、石灰池搅拌器、吸收塔搅拌器、供浆泵、石膏浆液泵、滤液输送泵、工艺水泵、除雾器冲洗水泵等。

2.2 原脱硫系统运行情况分析

脱硫系统设计烟气量工况144万m3/h，入口二氧化硫浓度1000mg/Nm3，入口颗粒物排放浓度≤120mg/Nm3，出口设计排放浓度颗粒物50mg/Nm3，二氧化硫200mg/Nm3，氮氧化物300mg/Nm3。自2012年5月投运至改造前，脱硫系统运行稳定，净烟气SO2排放浓度满足环保要求。2015年1月1日起执行的新标准要求颗粒物30mg/Nm3，二氧化硫100mg/Nm3，氮氧化物300mg/Nm3，原脱硫系统通过运行负荷调整以及烧结机入口原燃料硫份控制，基本能够实现达标排放。入口二氧化硫控制在1000mg/Nm3以内时，出口二氧化硫基本都能实现达标排放，但是颗粒物排放呈现超标。见表1。

表1 改造前连续七天实际排放数据

3.脱硫改造

3.1 概述

脱硫提效改造重点分两部分：一是降低二氧化硫排放浓度，二是降低粉尘排放浓度来实现污染物的综合达标排放。降低二氧化硫排放浓度，最直接的办法就是增加塔内脱硫浆液的循环量，原有三层喷淋层，每层对应一台浆液循环泵。所以改造首先增加一层喷淋层以及对应的循环泵等相关系统，以此增大塔内的浆液循环量，降低二氧化硫排放浓度。降低出口颗粒物排放浓度，目前最为理想的办法就是在脱硫后增加湿式电除尘对脱硫后的颗粒物进行捕集，以降低出口颗粒物排放浓度。在原有脱硫塔身增加相关设备，必须经过脱硫塔承载力测算。经过测算在原有塔身增加相应的喷淋层及湿式电除尘器，使塔身能满足承载力要求。

3.2 改造目标

设计入口参数，烟气量工况144万m3/h，入口二氧化硫浓度1000mg/Nm3，入口颗粒物排放浓度≤120 mg/Nm3；设计出口参数，颗粒物20mg/Nm3，二氧化硫100mg/Nm3，氮氧化物300mg/Nm3。

3.3 脱硫系统改造

在脱硫塔内原有三层喷淋的基础之上增加一层喷淋，在新增喷淋层支撑梁上安装新增喷淋层，增加一层喷淋层，流量2520m3/h；新装喷淋层安装单向碳化硅喷嘴，新增循环泵安装于现循环泵与综合楼之间空地位置，新增循环泵接入口考虑到搅拌器的影响，吸入口应避开搅拌器，并在吸入管上侧空间安装跨管钢梯以便搅拌器检修。

由于需新增湿式除尘器，脱硫出口雾滴浓度要求可降低，将除雾负荷转至湿式除尘器，故可拆除一层除雾器，降低吸收塔运行阻力，同时可为新增喷淋层安排出安装空间，避免吸收塔体整体切割。同时拆除本层除雾器支撑梁。

新增循环泵接入口管道穿过输料廊支架，故将输料廊支架底部一组剪刀撑改造，剪刀撑避开新增循环泵接入口管道，以保证输料廊支架结构稳定性及便于新增循环泵接入口管道安装及检修。

增压风机改造按风机风量不变，压升提高300Pa考虑，在原有风机基础上，更换轮毂部及叶片；现存电机改造后风机的转动惯量有所增加，所以电机需要更换。电机功率变化后，电机轴头尺寸亦有变化，而且原联轴器强度无法满足新的要求，因此，联轴器需要更换。

浆液循环量的增加要求浆液液位提高，通过循环量核算浆液液位由9.0m提高至9.8m；对应的塔内氧化需氧量增加，改造氧化风机由2262Nm3/h，改为2500Nm3/h。

3.4 湿式除尘器部分

3.4.1 湿式除尘技术简介

湿式静电除尘器广泛应用于欧美国家的燃煤电厂以及冶金行业和化工行业的烟气治理工程，国内近几年的新兴技术。作为大气复合污染物控制系统的最终控制方式，用于去除湿法脱硫后的烟尘、石膏浆液雾滴、细颗粒物(PM2.5)以及重金属等多种污染物，可将烟尘排放限值控制在20mg/Nm3甚至10mg/Nm3以下。

湿式电除尘器和干式电除尘器的收尘原理相同，都是靠高压电晕放电使得粉尘荷电，荷电后的粉尘在电场力的作用下到达集尘板/管。金属放电线在直流高电压的作用下，将其周围气体电离，使粉尘或雾滴粒子表面荷电，荷电粒子在电场力的作用下向收尘极运动，并沉积在收尘极上，水流从集尘板顶端流下，在集尘板上形成一层均匀稳定的水膜，将板上的颗粒带走。因此，湿式电除尘器与干式ESP的除尘原理相同，都要经历荷电、收集和清灰三个阶段。然而，与静电除尘器清灰不同的是，湿式电除尘器采用液体冲刷集尘极表面来进行清灰。

3.4.2 湿式除尘器设计参数

表2 改造后脱硫实际运行排放数据

经过脱硫塔承载力计算，脱硫塔改造需要增加的湿式电除尘部分可以安装在吸收塔上部，湿式除尘器设计出口粉尘浓度≤20mg/Nm3，烟气速度3.46m/s，本体阻力≤280Pa，配备80kV/1300mA工频单相恒流电源3台，内部设6个电场。

收尘极采用碳纤维玻璃钢CFRP，基质为乙烯基树脂，添加阻燃剂增加其阻燃性能。放电极采用螺旋芒刺线，其材质为合金钢丝外包覆铅锑合金，具有在脱硫环境中优良的耐腐蚀性能，利用尖端放电来增强电离能力，同时利用形状的变化形成更良好的非均匀电场和扩大电离区，有效地提高了湿式电除尘器的能力。

顶部冲洗系统安装于湿式静电除尘器顶部，采用水柱流喷头。除尘器分为6个冲洗分区，单区每次冲洗1min，用水量约3.5m3。除尘器开停机时6区同时冲洗一次，正常运行过程中每天冲洗1个分区循环冲洗。冲洗系统冲洗时需短时电场停运。

3.4.3 湿式电除尘布置形式

采用塔上一体式布置方式，烟气经过喷淋除雾后，经过在变径段设置的烟气均流装置的均流作用，通过湿式电除尘器，粉尘、液滴在管束内被荷电收集，处理后，经除尘器上方直排烟囱排入大气。

现场场地狭窄，采用塔上方案能够最大的利用上部空间，减少占地，同时，避免了烟道下翻，大大减小系统运行阻力和运行成本。

湿式除尘器本体直径14.2m，高度11.4m。需将塔体+32m以上部分拆除，在上述标高以上制作安装湿式除尘器变径，变径上部安装湿式电除尘器，电除尘器上部安装变径，变径上部安装烟囱。该布置方式的优点：

（1）烟气经过脱硫吸收塔后，流场更加均匀，湿式静电除尘装置入口流场均匀不仅有利于提高除尘效率，更有利于系统的稳定运行。

（2）一体化结构设计，流程短，阻力小，有利于降低阻力，节约能耗，可以说是一个节能减耗的举措。另外，一体化设计结构简洁，不需要增加额外烟道，降低造价，减少投资。

（3）节约用地，不破坏原脱硫系统及厂区布置，便于设备维护，保障了钢铁厂运行安全。

3.4.4 烟囱改造

由于现场场地紧张，各建（构）相互影响，烟气无法返回原烧结机砖混烟囱排放，因此，本方案采样湿式除尘器顶部安装直排烟囱使烟气直排。

根据现场排放实际情况，确定本期改造后烟囱加高至顶标75m。利用现有烟囱加固加高改造。

3.4.5 其他配套系统改造

脱硫配套系统中的石灰浆液制备系统、石膏脱硫系统原设计余量能够满足改造后脱硫运行需要，所以没有进行改造；对配套的电气系统、防雷接地系统、仪表、土建等进行了相应配套改造。

4.运行分析

2016年2-4月，进行了停机改造，改造投运后系统运行稳定，排放达标，吨烧结矿脱硫运行成本增加不多，实现了预期的目标。改造工期为62天，比新建同等规模脱硫设施缩短50%以上，减少了烧结机停机对钢铁厂物料平衡的影响，改造投资约为新建投资的40%，降低了生产成本压力。在原脱硫基础上年增加二氧化硫减排量480吨，增加颗粒物减排量204吨。见表2。

5.结束语

当前，环保形势的严峻对污染物排放的要求更加严格，早期建设的环保设施很难达到新标准的要求。所以，环保设施需要根据新排放标准进行提效改造，以满足达标要求。环保改造时往往要求主体生产设备同步长时间停机，打破了正常的生产平衡，对企业生产造成严重影响。环保标准的提高，要求企业环保治理设施要有足够的余量，新建环保设施不能只考虑当时的环保标准，应该超前设计，应对未来可能加严的标准要求，或者预留改造空间，能够在原有基础上进行改造，以避免或减少二次建设的成本。

（作者单位：山东钢铁集团日照有限公司）