燒結密相干塔脫硫排放提標改造實踐

王二林，張愛東，劉煥杰，史躍軍

（北京首鋼股份有限公司，河北 064400）

0 引言

自工業革命以來，社會生產力得到了突飛猛進的發展。人類生產、生活活動對于環境的影響也是日益顯著。隨著溫室效應對地球影響的加劇，各國也逐漸達成節能減排的共識。中國作為鋼鐵大國，在近年來對于鋼鐵行業的環保排放標準也在不斷提高。燒結作為鋼鐵流程中的污染物排放的重要管控環節，也受到了越來越嚴格的管控，尤其是燒結煙氣中SO2和NOx的排放更是成為近年來燒結行業環保排放管控的重點。

北京首鋼股份有限公司（下稱首鋼公司）煉鐵作業部360m3燒結機密相干塔工藝煙氣脫硫設施于2010 年投產運行。隨著國家關于重點行業執行國家大氣污染物特別排放限值政策的實施，燒結煙氣脫硫排放標準也不斷提升，360m2燒結機原有脫硫工藝設施煙氣的SO2排放濃度已不能滿足現行政策規定，為此首鋼公司對此進行了一系列脫硫工藝設施的提標改造[1]。本文分析了360m2燒結機密相干塔脫硫工藝達不到國家大氣污染物特別排放限值要求的原因，基于分析結果提出脫硫設施提標改造的技術路線和方案。

1 燒結煙氣脫硫工藝概況及改造背景

1.1 燒結煙氣脫硫工藝路線

燒結煙氣主要是含有金屬料、燃料、熔劑的混合料在經過高溫燒結后排放出的含塵煙氣。由于金屬料及燃料中含有硫元素，經過高溫燒結后，變成二氧化硫。燒結煙氣具有二氧化硫濃度高、煙氣溫度高、成分復雜、有多種污染物等特點。

目前主流的燒結煙氣脫硫方法有：活性炭吸附、濕法、半干法等。半干法脫硫按照其工藝，又可以分成密相干塔、旋轉噴霧法、循環流化床法、NID法等。首鋼公司360m3燒結機煙氣脫硫就是采用的密相干塔工藝。

1.2 密相干塔半干法脫硫工藝原理

燒結煙氣密相干塔脫硫工藝主要采取旁路布置，煙氣經旁路煙道進入脫硫塔頂部，在塔內完成脫硫反應過程后，由塔下部側向進入除塵器除塵，之后經風機增壓排入煙囪排放。設備布置工藝流程圖如圖1所示。

圖1 密相干塔脫硫設備工藝流程圖

密相干塔煙氣脫硫工藝設備比較簡單，主要有：脫硫塔、斗式提升機、加濕機、卸灰閥、刮板機、布袋除塵器、增壓風機、氣力輸灰系統設備。

斗提機垂直安裝，有主滾筒、尾滾筒和皮帶組成，料斗安裝在皮帶上，斗提機密封在箱體內。物料自機尾進入，經料斗提升到機頭，經料庫進入加濕機。

1.3 燒結煙氣脫硫提標改造背景

隨著國家環保形勢的日益嚴峻，河北省環保廳及國家環保部相繼出臺越來越嚴格的排放標準。

2011年11月15 日河北省環境保護廳及河北省質量技術監督局聯合下發的《河北省鋼鐵工業大氣污染物排放標準（DB13/1461-2011）》，要求燒結機頭SO2排放限值為200mg/m3。

2015 年5 月25 日河北省環境保護廳及河北省質量技術監督局聯合下發的《河北省鋼鐵工業大氣污染物排放標準（DB 13/2169-2015）》，要求燒結機頭SO2排放限值為180mg/m3。

2018 年9 月19 日河北省環境保護廳及河北省質量技術監督局聯合下發的《河北省鋼鐵工業大氣污染物超低排放標準（DB 13/2169-2018）》，要求燒結機頭SO2排放限值為35mg/m3。

2021年9月22 日唐山市人民政府下發《鋼鐵企業大氣污染物排放特別要求》，燒結機頭SO2排放限值為20mg/m3。

原有的設備狀況已經無法滿足現行排放要求，急需要在原有系統的基礎上進行提標改造。

2 燒結半干法脫硫效率影響因素分析

2.1 燒結半干法脫硫工藝運行特點

首鋼公司360m2燒結煙氣脫硫系統屬于半干法脫硫的方式。半干法脫硫在不斷的技術進步過程中，有幾個共同的認知得到了廣泛的認可：

（1）半干法脫硫系統在循環灰量一定的前提下，循環灰成分穩定的情況下，脫硫系統能夠達到了脫除極限是有上限的。

（2）半干法脫硫系統只要能保證系統設備的穩定性，增加水與循環灰的配比，可以有更大的脫硫潛力，理論上可以按照全部脫硫考慮，但要考慮到系統運行的經濟性。

（3）關于氮氧化物的吸收，在半干法系統中可以發生氮氧化物與堿性吸收劑的反應，并得以脫除，現行的臭氧工藝可以配合半干法脫硫系統，相反，濕法脫硫系統因為循環漿液PH 值的問題，并不能完全吸收高價態氮氧化物。

2.2 提升半干法脫硫效率的技術分析

研究表明，在原有設施的基礎上，燒結半干法脫硫工藝想要完成脫硫效率的提升，需要從以下幾個方面開展工作[2]：

（1）在滿足系統安全運行的前提下，投入更多的加濕水進入脫硫系統。經過一系列的試驗，投加水的上限為在系統灰分中的含水率到10%，這個概念是投入到系統中并不是投入灰中。

（2）通過提高循環灰量，并通過結構的變化增加循環灰量與煙氣的接觸幾率，可以在原有的基礎上在提高脫硫效率。

（3）通過提高吸收劑的反應活性可以進一步提高脫硫效率，其中使用電離度更高的堿性吸收劑可以大大增強脫硫的效率，比如將現有的吸收劑添加消石灰、純堿等電離度更高的物質。

3 燒結煙氣脫硫排放提標改造方案及內容

3.1 燒結煙氣脫硫排放提標改造方案

在提升半干法脫硫效率技術分析的基礎上，首鋼公司360m2燒結煙氣脫硫系統改造方案應從以下幾個方面進行考慮：

（1）增加系統的物料循環量。

（2）采用更加高效的物料加濕方式，完成水分與循環灰的充分接觸。

（3）在吸收塔的入口處增設導流裝置，完成吸收塔內物料的更加均勻的分布。

（4）結合目前生產情況，為了增加系統排灰頻率、提高系統吸收劑的置換率，建議新增廢料倉。

（5）根據現行超凈排放要求，燒結煙氣SO2的最終排放濃度要控制在20mg/m3以內，粉塵的排放濃度要控制在10mg/m3以內。本次的改造只涉及到二氧化硫并未考慮粉塵的排放。

3.2 燒結煙氣脫硫排放提標改造內容

根據目前燒結脫硫系統運行情況，提標以后原系統循環灰量稍有不足，因此改造的措施考慮增大脫硫劑的循環倍率，使本系統有更高的循環灰濃度，從而提高循環灰與煙氣中的SO2的反應機會，使系統的脫硫效率有所提高。根據實際運行情況，現有給料機和埋刮板輸送機的能力滿足改造后的要求，無需改造。改造內容主要包括：

（1）在現有設備的基礎上拆除原有的斗式提升機與雙軸加濕機，并增加一個副產物儲存料倉；每套脫硫系統增加2臺，共計4臺加濕機，更換現有加濕機，加大處理能力。在吸收塔頂部增加新的下料溜槽。

（2）新增加鋼絲膠帶斗式提升機，提升能力為470m3/h。此次改造，斗式提升機采用波特蘭品牌的產品，由合肥水泥設計院進行設計，盡可能從設計到設備制造保證品質。

（3）更換現有雙軸臥式加濕機，增大處理能力。更換后的加濕機在原有第一代雙軸加濕機的基礎上，改進了加濕機噴嘴的形勢，同時在加濕機的端部增加了物料的攪拌功能，使得增濕后的物料能夠混合均勻，保證進入脫硫塔的吸收劑能夠均勻攜帶分子水。這部分結構是針對吸收劑更換為消石灰以及增濕后專門的配置。

（4）新增廢料倉。本次改造新增廢料倉儲存介質為反應后的消石灰，經過跟蹤監測灰分成分與使用生石灰運行成分基本一致，同時考慮到場地布置等因素，本次改造使用廢料倉與之前項目采用的廢料倉規格一致。在場地布置過程中需要考慮現有倉頂除塵器的移位與現有框架的設計等工作。

（5）脫硫塔入口擋板的設置。本次改造過程中考慮在脫硫塔入口處與加濕機下料口處設置煙氣導流裝置，能夠使氣流均勻分布，最大限度保證固體顆粒與煙氣的充分接觸，保證煙氣的截面流速為均勻。

4 燒結煙氣脫硫提標改造實施

4.1 改造施工難點

結合生產檢修計劃，為實施燒結煙氣脫硫排放提標改造項目，安排360m2燒結脫硫系統停機10天。在改造期間需要將現有斗提機與加濕機同步進行拆除，在原地拆除斗提機保溫、機頭、加濕機與配件，拆除之后立刻進行原有斗提機基礎的改造、養護，新上斗提機及加濕機的安裝。該項目在施工過程中存在以下幾方面難點：

（1）工期緊。由于生產任務緊張，僅安排了10天改造時間。

（2）上下同時開工交叉作業，施工安全難度大。脫硫塔垂直高度45 米，考慮施工工期緊張，必須同時作業，在此過程中上下交叉作業，施工安全管理難度大。

（3）現場防火管控難度大。由于脫硫塔有外保溫，外保溫為復合彩鋼瓦，在施工過程中需要使用電氣焊等，現場防火管控難度大。

（4）施工質量管控難度大。斗提機箱體垂直度偏差要求頂部與底部控制在4mm以內，從而避免運行過程中出現斗子與箱體發生刮蹭的問題。

4.2 改造施工保障措施

針對上述難點問題，首鋼公司組織施工單位制定了專項改造施工方案，對改造施工過程的進度、質量及安全控制，尤其對箱體施工過程中防火控制制訂了詳細的配套措施。

（1）在改造過程中安排專人具體負責該項目的現場管理，要求施工單位制定好交叉作業聯系確認制，涉及吊裝作業時上下統一由專人指揮。

（2）組織施工單位在現場加濕機的用水主管上接出分支管路，引到每層動火點位作為防火措施水源。

（3）在按照節點計劃施工的同時嚴把質量關，通過使用經緯儀等專用測量設備對箱體施工質量進行嚴格把關，最終順利地結合工程碰點停機過程中完成了斗提機加寬改造。

由于前期研究充分、施工過程中質量管控到位，斗提機改造后成功地解決了改造前斗提皮帶跑偏、箱體與斗提機斗子刮蹭等問題。

5 結語

360m2燒結煙氣脫硫排放提標改造項目實施后，斗提機的運行電流從原45A～65A，增加到65A～90A，表明脫硫循環灰量顯著增加，循環灰濃度增加。另外加濕機端部增加了攪拌器后，使增濕后的脫硫劑能夠固液混合的更均勻，進入脫硫塔的脫硫劑能夠更好的與燒結煙氣接觸，確保了煙氣中的SO2與消石灰充分反應，在滿足設計入口SO2濃度的前提下，燒結煙氣實際排放濃度為16.53mg/m3。

改造后的生產實際運行和監測數據表明，該脫硫系統能夠穩定的達到超低排放標準要求，實現了預期目標，該方案的實施為采用半干法脫硫方式的同行提供了提標改造的有益參考。