新钢烧结烟气脱硫系统的运行优化

　　在新钢公司3套石灰石-石膏湿法脱硫设施正常运行、达标排放的基础上，针对湿法脱硫系统中遇到的浆液中毒、废水排放、石膏品质波动以及烟囱雨等常见问题进行了研究。通过调整操作、改造设备等措施对系统运行进行优化，解决上述问题，同时，达到节能降耗的目的，对脱硫设施经济环保、可持续运行提供有利基础。

　　关键词：石灰石-石膏湿法脱硫；浆液中毒；废水；石膏；烟囱雨

　　0、前言

　　随着国家“十二五节能减排”政策的实施，烧结烟气脱硫技术在我国钢铁行业得到了广泛应用。目前采用的脱硫技术主要有湿法、干法、半干法三类。自2011年以来，新余钢铁股份有限公司先后为7#（360m2）、6#（360m2）、5#（180m2）、4#（115m2）烧结机配套建设了脱硫设施，其中7#烧结机采用循环流化床干法脱硫工艺，6#、5#、4#烧结机均采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺。石灰石-石膏湿法脱硫工艺是目前世界上技术最成熟、运行最可靠的脱硫方法，但在实际运行中仍存在诸如浆液中毒、废水排放、石膏品质波动以及烟囱雨等问题，针对这些问题，新钢公司烧结厂研究了脱硫工艺、系统操作、运行工况，对设备装置进行了技术改进，对系统运行进行了优化。

　　1、新钢烧结烟气湿法脱硫设施运行现状

　　1.1石灰石-石膏湿法脱硫技术简介

　　据统计，全世界烟气脱硫工艺共有200多种，80%的脱硫装置采用石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫工艺。该工艺具有吸收剂价廉易得、副产物便于利用、含硫率适应范围宽等优势，是目前世界上技术最成熟、应用最广、运行最可靠的方法。

　　石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫工艺原理为：将石灰石粉加水制成一定浓度的浆液作为吸收剂泵入吸收塔，经浆液循环泵及喷淋层与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。石膏浆液从吸收塔排出经真空皮带脱水机压缩、脱水得出石膏副产物，废水进入废水处理系统集中处理。脱硫后的净烟气经过除雾器除去雾滴，由脱硫烟囱排入大气。其工艺流程图见图1。

　　1.2脱硫设施运行基本情况

　　4#、5#、6#湿法脱硫设施自投运以来，运行稳定可靠，日常运行中脱硫效率均达到90%以上，出口SO2浓度、粉尘等指标均满足GB28662－2012《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》排放要求。脱硫设施具体运行情况参见表1。

　　1.3运行中存在的问题

　　1.3.1浆液中毒现象

　　石灰石-石膏湿法脱硫工艺存在的主要问题是吸收塔浆液失效（俗称中毒），其主要表现形式是浆液起泡溢流，原因主要是脱硫系统运行过程中因烟气中粉尘、有机物、重金属、氯含量，脱硫剂中镁离子含量，工艺水中COD（化学需氧量）、BOD（生化需氧量）等超标，有害物质富集使吸收塔浆液品质逐渐恶化，引起浆液起泡甚至溢流，从而阻碍石灰石浆液的脱硫反应。失效的浆液不但造成脱硫效率下降，出口SO2浓度上升，无法达标排放，影响减排指标，而且危害系统的稳定运行。结合实际运行情况，分析吸收塔浆液失效、起泡溢流的原因有［1］：

　　（1）烧结机在运行过程中原料含油或燃烧不充分，焦油及未燃尽成份随烟气进入吸收塔，造成吸收塔浆液中有机物含量增加；

　　（2）烧结机后部电除尘器运行状况不佳，烟气粉尘浓度超标，含有大量惰性物质的杂质进入吸收塔，致使吸收塔浆液重金属含量增高。重金属离子增多引起浆液表面张力增加，从而使浆液表面起泡；

　　（3）脱硫剂石灰石粉中含过量MgO（起泡剂），与硫酸根离子反应产生大量泡沫；

　　（4）脱硫用水水质达不到工艺设计要求，如水中COD、BOD超标；

　　（5）脱硫装置脱水系统或废水处理系统不能正常使用，浆液中氯离子、有机物等有害物质富集，致使吸收塔浆液品质逐渐恶化；

　　（6）运行过程中出现氧化风机突然跳闸情况，吸收塔浆液气液平衡被破坏，致使吸收塔浆液大量溢流。

　　1.3.2脱硫废水

　　石灰石-石膏湿法脱硫除了产生固态废弃物（废渣）外，还产生废水。4#、5#、6#脱硫系统每天产生废水大约210t，其中4#脱硫系统约有60t，5#、6#脱硫系统（共用一套废水处理系统）约有150t。脱硫产生的废水全部进入废水处理系统集中处理，由于烧结配矿原料原因，烧结烟气中有机物（主要为焦油等油份物质）含量较高，致使脱硫废水中氨氮较高，COD超标，不满足达标排放要求（水质情况及达标排放要求见表2），无法直接外排。

　　1.3.3石膏品质波动大

　　石灰石-石膏湿法脱硫副产物石膏（CaSO4˙2H2O）可用作水泥缓凝剂或加工成建材产品，现全部外卖用作水泥缓凝剂，其对石膏的品质要求是有效成分必须满足SO3≥39%，游离水含量≤20%。脱硫设施运行情况及废水系统正常投入情况直接影响石膏品质，石膏品质不稳定直接关系到副产物的外销和处置。

　　2015年4#、5#、6#脱硫系统石膏品质波动（详见表3脱硫石膏品质取样化验情况），经统计石膏品质达标比例分别为71%、79%、86%，总体达标比例为79%，达标标准要求90%以上。

　　1.3.4“烟囱雨”／“石膏雨”现象

　　“烟囱雨”是由于在实际运行中脱硫系统产生的烟气量比设计时大，进入除雾器的实际烟气流速大于除雾器能够承受的流速极限，导致已被除雾器除去的浆液随高速烟气“二次携带”经由烟囱进入大气中。由于温度不高（一般45～60℃），烟气处于饱和状态，含水蒸汽量较大，密度较大，抬升力小，烟气不易扩散，随着大气温度降低，温差使烟气中饱和水蒸汽较快冷凝，冷凝液在烟囱附近降落，从而产生了“烟囱雨”现象。当烟气中不仅含有液态水，还含有石膏及其他颗粒物浆液时，烟气经过烟囱随着温度的降低凝结成液滴，从而产生“石膏雨”现象［2］。

　　2、工艺优化与技术创新

　　通过对脱硫工艺、运行工况以及环保要求进行研究，针对浆液中毒、废水排放、石膏品质波动等几大难点问题，结合理论与实际，对脱硫系统进行改良与技术创新，优化生产运行。

　　2.1中毒浆液的处理

　　2.1.1针对浆液起泡现象：首先可适量投加消泡剂来控制、消除浆液泡沫，维持浆液稳定；其次，从源头减少、控制发泡物质Mg2+含量，通过对进厂的每车脱硫剂进行筛分、水洗，检查泡沫、粒度以及化学成分，现石灰石粉中MgCO3含量从原来的10%左右降至现在的5%左右；再次加强设备维护、检修力度，提高故障处理效率。

　　2.1.2针对浆液变质失效问题：首先调整配矿结构，稳定SO2浓度，控制烟气中油份、有机物、氯离子等含量，减少引起浆液品质恶化的有害物质；其次提高机头除尘效率，对机头除尘设施定期检修维护，及时更换极板、极线，调整最佳运行参数（二次电流和电压等），从而控制进入吸收塔浆液的粉尘量；同时加强废水处理设备的维护、点检，确保其有效作业率。当浆液失效后，先投加消泡剂、增效剂等进行预处理，效果不明显时，则进行浆液置换，即用新制石灰石粉浆液置换中毒浆液，同时增加脱水频率，将有害物质随同废水脱除。

　　2.1.3针对中毒浆液的处理：在原有设备上进行技术改进与创新：即在原有设备基础上增加一套中毒浆液强制脱水处理装置，在事故浆液箱与石膏旋流器之间增加一路管道和浆液返回泵，将中毒浆液储存于事故浆液箱，空出吸收塔重新制浆使脱硫系统正常开机投运，事故浆液箱内的中毒浆液经浆液返回泵直接进入石膏旋流器分离，经真空皮带脱水机进行强制脱水等处理。这个方法很好地解决了浆液中毒影响脱硫系统正常运行的问题，确保了脱硫设施与烧结机的同步运行率。装置图见图2。

　　2.2脱硫废水的外排与处理

　　结合新钢烧结烟气脱硫废水的物质成分与含量（见表4脱硫废水化验成分表）以及氯离子浓度大于1000mg／L时对水渣产生不利影响的性质，否决了将脱硫废水引入炼铁冲渣池中冲渣的方案后，选用废水内部回用原则，即新建一座废水缓冲池（150m3），将处理后沉淀池中的脱硫废水全部排入缓冲池内储存，由缓冲池增设一路管道延至7#烧结机配料生石灰消化器（见图3），根据生产消化用水需要由水泵均匀地将缓冲池内的废水引至7#烧结机配料生石灰消化使用，从而实现4#、5#、6#机脱硫废水“零排放”，防止水体污染。预计每天节约水资源210t，合计年节约5万余元。

　　2.3改善与稳定石膏品质研究

　　为稳定和改善石膏品质，结合脱硫系统运行情况，采取以下措施：

　　2.3.1优化操作

　　①加大消泡剂、增效剂使用量，提高脱硫效率；

　　②延长氧化时间，使CaSO3充分氧化，生成CaSO4˙2H2O；

　　③减少石灰石浆液供给量，将出口SO2浓度由原来的100mg／Nm3改为控制在200mg／Nm3以内，以保证石膏品质达标；

　　④采用生石灰替代石灰石粉作脱硫剂使用，不但脱硫率迅速提高，而且SO3品质有明显提升。

　　2.3.2调整运行参数

　　①调整制浆密度。石灰石浆液密度由原来1250kg／m3调整为1150kg／m3，以提高脱硫剂利用率，使反应完全；

　　②调整脱膏密度。吸收塔内浆液脱膏密度由1140～1200kg／m3调整为1150～1200kg／m3。

　　2.3.3改良设备

　　①对氧化风机进行清理，氧化风机运行时由原来的放散改为不放散，由一开一备改为两台同时开启。氧化风量压力从54kPa提高到87kPa；

　　②对氧化风管进行改造，提升风管高度，防止吸收塔浆液溢流，同时增加一路压缩空气，使之接入氧化风管内，增加氧化风量；

　　③对喷淋层喷嘴进行检查清理，对两台循环泵叶轮进行更换，提高浆液覆盖面积和循环泵压力，有效提高脱硫效率。

　　2.3.4经过调整运行参数、优化工艺操作、改良／改进设备等一系列措施，石膏的有效成分SO3由原来的34%左右变成现在的平均在39%以上，最高达到45%，石膏品质变化情况见表5。

　　2.4“烟囱雨”／“石膏雨”的防治

　　2.4.1运行管理上：制定《改善烟囱雨措施》管理文件，加强运行管理，杜绝操作原因引起的“烟囱雨”和“石膏雨”；

　　2.4.2设备技术上：对除雾器冲洗管道进行加固、对对接口进行改造，控制除雾器堵塞等设备原因引起的“烟囱雨”和“石膏雨”。

　　3、结论

　　为满足环保要求，确保脱硫系统稳定、高效运行，我厂一方面严格控制出口SO2浓度、粉尘排放浓度，满足GB28662－2012《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》排放要求，完成新钢公司SO2减排任务；另一方面通过调整操作、改造设备以及优化系统运行，解决了运行中存在的瓶颈问题，提高脱硫系统与烧结机稳定运行率，同时降本增效，节省投入，使石灰石-石膏湿法脱硫设施运行更稳定、更环保、更经济，做到真正意义的节能环保。