日鋼600m2燒結(jié)煙氣活性炭脫硫工藝優(yōu)化及運(yùn)行實(shí)踐

大氣網(wǎng)訊:摘要: 簡要介紹了活性炭干法脫硫技術(shù)的工藝原理及系統(tǒng)。該技術(shù)自2015 年在日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司( 以下簡稱日鋼) 600m2燒結(jié)投入運(yùn)行以來仍存在一些問題，在后續(xù)運(yùn)行過程中相繼對(duì)再生煙氣管道、活性炭溫度控制、吸附塔氣室隔柵、卸料器管道及冷凝酸的收集處理進(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)工序的減排。

鋼鐵工業(yè)是資源、能源消耗大戶，同時(shí)也是污染大戶，鋼鐵行業(yè)每年向大氣中排放大量的SO2，而燒結(jié)工序煙氣產(chǎn)生的SO2占鋼鐵企業(yè)排放總量的80%。隨著近年來國內(nèi)環(huán)保問題日益突出，新《環(huán)境保護(hù)法》于2015 年正式實(shí)施，而《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》從2015 年1 月1 日起要求，無論現(xiàn)有企業(yè)還是新建企業(yè)，燒結(jié)機(jī)煙氣中污染物排放濃度均執(zhí)行以下限值要求: SO2排放濃度≤200mg /Nm3 ; 顆粒物排放濃度≤50 mg /Nm3 ; NOx排放濃度≤300 mg /Nm3; 氟化物排放濃度≤4. 0mg /Nm3; 二噁英類排放濃度≤0. 5 ng－TEQ/Nm3。

日鋼600m2燒結(jié)機(jī)是目前國內(nèi)單機(jī)面積最大的燒結(jié)機(jī)之一，該燒結(jié)機(jī)配套建設(shè)的煙氣脫硫系統(tǒng)采用活性炭吸附煙氣凈化工藝。該工藝由中冶北方和上?？肆蚵?lián)合開發(fā)，專門用于處理大煙氣量、低濃度的燒結(jié)機(jī)廢氣，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，可實(shí)現(xiàn)全部設(shè)備國產(chǎn)化。該技術(shù)自2015 年在日鋼600m2燒結(jié)機(jī)上應(yīng)用后，經(jīng)過3年的運(yùn)行摸索，結(jié)合日鋼脫硫現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和對(duì)燒結(jié)指標(biāo)控制的要求，對(duì)其工藝和設(shè)備做了進(jìn)一步優(yōu)化，在后期操作過程取得了良好的效果。

1 活性炭干法脫硫技術(shù)

1. 1 工藝原理

燒結(jié)過程產(chǎn)生的135～145℃的煙氣以一定速度進(jìn)入吸附塔( 高于150℃時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)采取降溫措施，將煙氣溫度降低至約130℃; 高于180℃時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)接入旁路系統(tǒng)外排) ，煙氣均勻的穿過活性炭吸附層，在吸附層內(nèi)SO2、汞、砷等重金屬、HF、HCl 和氣相二噁英等大分子氧化物被脫除，脫硫反應(yīng)是物理吸附和化學(xué)吸附相結(jié)合的復(fù)合反應(yīng)，主要反應(yīng)如下:

物理吸附: SO2→SO2( SO2吸附在活性炭微細(xì)孔中)

化學(xué)吸附: SO2+O2+H2O→H2SO4

再生反應(yīng): H2SO4+C→CO2+SO2+H2O

凈化后的煙氣由煙囪排出，吸附SO2后的活性炭，在加熱情況下，其所吸附的H2SO4與C ( 活性炭) 反應(yīng)被還原為SO2，同時(shí)活性炭恢復(fù)吸附性能，循環(huán)使用; 活性炭的加熱再生反應(yīng)相當(dāng)于對(duì)活性炭進(jìn)行再次活化，活化后的活性炭吸附和催化活性不但不會(huì)降低，還會(huì)有一定程度的提高。其工藝流程如圖1 所示。

1. 2 工藝系統(tǒng)

活性炭干法脫硫工藝主要由煙氣系統(tǒng)、吸附凈化系統(tǒng)、活性炭再生系統(tǒng)、物料循環(huán)輸送系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、制酸系統(tǒng)、氨站系統(tǒng)以及其他輔助系統(tǒng)組成。

煙氣系統(tǒng): 主要由進(jìn)出氣煙道、增壓風(fēng)機(jī)、旁路煙道、切換風(fēng)門、膨脹節(jié)以及相關(guān)管路組成，完成煙氣系統(tǒng)增壓及脫硫裝置與旁路煙道的切換。

吸附凈化系統(tǒng): 主要由吸附塔及相關(guān)管路組成，是活性炭干法脫硫工藝的核心裝置，通過活性炭的吸附和過濾作用凈化煙氣中的SO2和煙塵。

活性炭再生系統(tǒng): 主要由再生塔、熱風(fēng)爐及相關(guān)管路組成，通過恢復(fù)活性炭的活性，并收集再生過程中產(chǎn)生的富含SO2的氣體。

物料循環(huán)輸送系統(tǒng): 主要由鏈斗機(jī)、振動(dòng)篩及斗式提升機(jī)組成，通過輸送設(shè)備、篩分設(shè)備、儲(chǔ)料設(shè)備完成活性炭的循環(huán)運(yùn)輸、給料補(bǔ)充等。

除塵系統(tǒng): 主要由脈沖布袋除塵器和收塵風(fēng)機(jī)、收集炭粉灰罐組成，根據(jù)活性炭物料輸送系統(tǒng)特點(diǎn)，對(duì)鏈斗機(jī)、斗式提升機(jī)、振動(dòng)篩以及料倉進(jìn)行抽風(fēng)，確保運(yùn)行環(huán)境的清潔，然后對(duì)抽取的含活性炭粉塵的氣體進(jìn)行除塵凈化。

制酸系統(tǒng): 主要由動(dòng)力波、洗滌塔、冷卻塔、電除霧器、轉(zhuǎn)化器組成，經(jīng)過凈化冷卻后的SO2氣體經(jīng)干燥塔干燥，在轉(zhuǎn)化器釩觸媒的催化作用下將SO2轉(zhuǎn)化成SO3，再送入吸收塔進(jìn)行吸收，轉(zhuǎn)化吸收后，尾氣通過煙道返回到活性炭吸附塔中，煙氣閉路循環(huán)，不外排。

氨站系統(tǒng): 主要由氨壓縮機(jī)、液氨蒸發(fā)器、液氨儲(chǔ)罐、氨氣緩沖罐、稀釋風(fēng)機(jī)組成，通過向吸附塔提供氨氣，實(shí)現(xiàn)活性炭裝置脫硝功能。

2 工藝優(yōu)化

活性炭干法脫硫技術(shù)自2015 年在日鋼600 m2燒結(jié)機(jī)上應(yīng)用后，依據(jù)綜合脫硫效率并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的問題反饋，對(duì)其工藝和設(shè)備做了進(jìn)一步優(yōu)化，在后期操作過程中運(yùn)行良好。

2. 1 再生煙氣管道的堵塞、腐蝕

由于日鋼600 m2燒結(jié)因現(xiàn)場(chǎng)基建面積有限，所以再生塔產(chǎn)生的再生煙氣經(jīng)管線總長700 m的管道輸送至硫酸系統(tǒng)，由于再生氣中粉塵濃度較高，且煙氣中含有焦油、炭沫等物質(zhì)，引起管道大面積結(jié)垢甚至堵塞，導(dǎo)致SO2風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力增大，煙氣循環(huán)不暢將嚴(yán)重影響脫硫效率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)機(jī)減產(chǎn)停機(jī)。而且從再生塔產(chǎn)生的富集SO2氣體溫度可達(dá)335 ℃，在經(jīng)過總長700 m 的管道時(shí)產(chǎn)生大量冷凝酸，冷凝酸在大面積堵塞的管道里很難通過預(yù)留外排口泄出，造成管道腐蝕嚴(yán)重，甚至造成現(xiàn)場(chǎng)管道直接腐蝕斷裂，直接影響脫硫系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)而導(dǎo)致燒結(jié)機(jī)減產(chǎn)或停機(jī)。

在經(jīng)過一段時(shí)間的管道修補(bǔ)和更換之后，600 m2燒結(jié)廠在2016 年全部將腐蝕嚴(yán)重的不銹鋼管道更換為耐腐蝕的玻璃鋼纖維管道，同時(shí)在再生塔下方增加凈化洗滌塔一座。從再生塔出來的富集SO2高溫氣體直接經(jīng)過洗滌塔化洗滌，這一過程很大程度降低了SO2氣體的溫度( 從335 ℃降到100 ℃) ，同時(shí)清理了煙氣中的粉塵、焦油等其他雜質(zhì)。洗滌過后的SO2氣體一方面符合玻璃鋼纖維管道的承受溫度，另一方面也減少了管道結(jié)垢堵塞，冷凝酸順利通過外排口收集到酸罐中。

從目前的運(yùn)行實(shí)績來看，此方案可完全避免再生煙氣管道的堵塞、腐蝕現(xiàn)象。溫度和雜質(zhì)通過“源頭”的治理也為后續(xù)洗滌、冷卻環(huán)節(jié)提供了便利，洗滌塔和冷卻塔改為一用一備，節(jié)省了成本，保證了燒結(jié)脫硫工序的正常生產(chǎn)。

2. 2 吸附塔內(nèi)活性炭超溫

活性炭本身具有巨大的比表面積，吸附力強(qiáng)且有蓄熱性能，一旦塔內(nèi)活性炭超溫，溫度上升較快，同時(shí)在含氧量足夠的情況下，容易發(fā)生自燃。如若處理不當(dāng)將會(huì)發(fā)生重大安全生產(chǎn)事故，直接關(guān)乎正常生產(chǎn)和員工的人身安全。2016 年9 月因生產(chǎn)跟脫硫主控配合不當(dāng)，在燒結(jié)機(jī)開機(jī)時(shí)大量高溫?zé)煔? 150 ℃) 涌入吸附塔，造成吸附塔多點(diǎn)嚴(yán)重超溫直接導(dǎo)致停機(jī)。后期通過開倉將超溫活性炭排除才得以恢復(fù)正常生產(chǎn)。因此，確保吸附塔內(nèi)活性炭溫度正常非常重要。

活性炭干法脫硫技術(shù)體量很大( 排空一個(gè)吸附塔的活性炭大約需要30 h) ，工況波動(dòng)一旦超出其設(shè)計(jì)處理能力范圍，其可調(diào)節(jié)手段有限，且調(diào)節(jié)時(shí)間長、相對(duì)滯后。為了確保活性炭不超溫，除了嚴(yán)格控制入口煙溫( 通過對(duì)冷風(fēng)和噴淋雙重保護(hù)確保入口煙溫小于130 ℃) 和進(jìn)氣量之外，還加入前饋控制，在燒結(jié)加風(fēng)門提產(chǎn)和煙溫波動(dòng)時(shí)，提前通過變頻器控制吸附塔二層卸料器的電機(jī)轉(zhuǎn)速，加速吸附塔的物料循環(huán)。在擾動(dòng)還未影響輸出以前，直接改變操作變量，以使輸出不受或少受外部擾動(dòng)的影響。實(shí)踐證明，此優(yōu)化方案完全可行、效果良好，確保了活性炭穩(wěn)定在正常溫度?；钚蕴繙囟惹梆伩刂茍D如圖2所示。

2. 3 吸附塔氣室隔柵漏料

活性炭干法脫硫工藝在投產(chǎn)運(yùn)行的3 年多時(shí)間里，出現(xiàn)了多次氣室隔柵漏料事故。隔柵漏料后處置十分困難，一方面為了以防引燃活性炭，無法使用電氣焊作業(yè)，另一方面需人員進(jìn)入氣室進(jìn)行人工清理，而作業(yè)空間狹小，且空間內(nèi)有大量的SO2氣體，需置換塔內(nèi)氣體確保人員施工安全，作業(yè)難度較大。

為杜絕吸附塔氣室隔柵漏料情況，日鋼經(jīng)過一段時(shí)間的分析和總結(jié)，從操作和設(shè)備兩方面解決了此問題。一是對(duì)控制室人員進(jìn)行了操作要求: ①確保頂置料倉不長時(shí)間缺料。缺料會(huì)使活性炭之間重力跟摩擦力之和小于煙氣的壓力，造成活性炭被煙氣通過隔柵帶入氣室;②確保入塔壓力不超過一定值。壓力太大直接會(huì)把活性炭吹送到氣室; ③每天關(guān)注活性炭填裝使用量。使用量突然增加就檢查氣室是否出現(xiàn)隔柵漏料情況。二是檢修期間對(duì)隔柵進(jìn)行了加密焊補(bǔ)處理。通過兩項(xiàng)措施有效解決了吸附塔氣室隔柵漏料問題，確保了活性炭脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行。吸附塔氣室隔柵結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

2. 4 卸料器管道結(jié)塊堵塞

吸附塔內(nèi)的活性炭經(jīng)卸料器通過下面的管道將活性炭送到輸送機(jī)上，吸附大量SO2的活性炭由于比較潮濕，所以在循環(huán)過程中產(chǎn)生較多的炭沫，極易造成管道的積垢堵塞，直接影響吸附塔活性炭的循環(huán)。一般的解決方法是振打或者氣焊割開管道疏通物料，但這樣的處理方式“治標(biāo)不治本”。通過不斷的分析研究，發(fā)現(xiàn)堵塞管道的大多數(shù)都是活性炭粉末，加上所處的空間潮濕，所以結(jié)垢堵塞管道。在之后的操作過程中，一方面盡量通過兌換過冷風(fēng)而不是噴淋降溫，確?；钚蕴扛稍?，另一方面在上料和振動(dòng)篩分環(huán)節(jié)確保進(jìn)入吸附塔的活性炭沒有粉末。此舉效果顯著，極大地減少了卸料器管道的堵塞。

需要強(qiáng)調(diào)的是，對(duì)活性炭進(jìn)料的篩選十分重要，防止一些金屬顆粒、焊條、木屑進(jìn)入吸附塔，這些物質(zhì)由于其燃燒點(diǎn)跟蓄熱性與活性炭不相同，會(huì)造成吸附塔活性炭超溫。這些雜物在吸附塔內(nèi)沒法取出和觀察，只能通過開倉將其排出才能恢復(fù)生產(chǎn)。

2. 5 冷凝酸的收集處理

前文提到再生塔產(chǎn)生的再生煙氣需經(jīng)長700 m 的管道輸送至硫酸系統(tǒng)，富集SO2的高溫氣體在輸送過程中會(huì)在管內(nèi)產(chǎn)生大量的冷凝酸( 酸濃在5%～10%) ，需要通過預(yù)留的外排口排放到桶內(nèi)匯集處理。首先，排放收集過程全靠人工，這可能會(huì)導(dǎo)致冷凝酸噴灑外濺，造成環(huán)境污染甚至傷及員工。其次，冷凝酸排出的氣味刺激性極強(qiáng)，即便在排放的過程中勞保用品穿戴齊全，傷及員工的事情仍時(shí)有發(fā)生，對(duì)脫硫過程控制造成了諸多不利影響。為此，在對(duì)脫硫設(shè)施改造過程中，在所有的外排口下面安裝一個(gè)帶有排酸泵的密封大桶，酸泵會(huì)根據(jù)液位的高低對(duì)冷凝酸進(jìn)行自動(dòng)的外排，將所有的冷凝酸匯集后，通過添加氫氧化鈉中和處理。這樣采用密封自動(dòng)外排控制的方式，既不會(huì)污染環(huán)境，又確保了員工的人身安全。

3 運(yùn)行實(shí)踐

日鋼600m2燒結(jié)活性炭脫硫設(shè)施經(jīng)過一系列工藝調(diào)整及優(yōu)化后，系統(tǒng)運(yùn)行狀況明顯優(yōu)于從前，其2017年重點(diǎn)運(yùn)行參數(shù)如表1 所示。

從表1 可看出，600 m2 燒結(jié)活性炭脫硫設(shè)施凈化后的煙氣SO2排放濃度僅有55 mg /Nm3，遠(yuǎn)低于國家2015 年1 月1 日頒布的《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》200 mg /Nm3的排放要求。符合當(dāng)前環(huán)保要求和燒結(jié)煙氣凈化技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)，并進(jìn)一步促進(jìn)了鋼鐵行業(yè)的節(jié)能減排。