烧结密相干塔脱硫排放提标改造实践

王二林，张爱东，刘焕杰，史跃军

（北京首钢股份有限公司，河北 064400）

0 引言

自工业革命以来，社会生产力得到了突飞猛进的发展。人类生产、生活活动对于环境的影响也是日益显著。随着温室效应对地球影响的加剧，各国也逐渐达成节能减排的共识。中国作为钢铁大国，在近年来对于钢铁行业的环保排放标准也在不断提高。烧结作为钢铁流程中的污染物排放的重要管控环节，也受到了越来越严格的管控，尤其是烧结烟气中SO2和NOx的排放更是成为近年来烧结行业环保排放管控的重点。

北京首钢股份有限公司（下称首钢公司）炼铁作业部360m3烧结机密相干塔工艺烟气脱硫设施于2010 年投产运行。随着国家关于重点行业执行国家大气污染物特别排放限值政策的实施，烧结烟气脱硫排放标准也不断提升，360m2烧结机原有脱硫工艺设施烟气的SO2排放浓度已不能满足现行政策规定，为此首钢公司对此进行了一系列脱硫工艺设施的提标改造[1]。本文分析了360m2烧结机密相干塔脱硫工艺达不到国家大气污染物特别排放限值要求的原因，基于分析结果提出脱硫设施提标改造的技术路线和方案。

1 烧结烟气脱硫工艺概况及改造背景

1.1 烧结烟气脱硫工艺路线

烧结烟气主要是含有金属料、燃料、熔剂的混合料在经过高温烧结后排放出的含尘烟气。由于金属料及燃料中含有硫元素，经过高温烧结后，变成二氧化硫。烧结烟气具有二氧化硫浓度高、烟气温度高、成分复杂、有多种污染物等特点。

目前主流的烧结烟气脱硫方法有：活性炭吸附、湿法、半干法等。半干法脱硫按照其工艺，又可以分成密相干塔、旋转喷雾法、循环流化床法、NID法等。首钢公司360m3烧结机烟气脱硫就是采用的密相干塔工艺。

1.2 密相干塔半干法脱硫工艺原理

烧结烟气密相干塔脱硫工艺主要采取旁路布置，烟气经旁路烟道进入脱硫塔顶部，在塔内完成脱硫反应过程后，由塔下部侧向进入除尘器除尘，之后经风机增压排入烟囱排放。设备布置工艺流程图如图1所示。

图1 密相干塔脱硫设备工艺流程图

密相干塔烟气脱硫工艺设备比较简单，主要有：脱硫塔、斗式提升机、加湿机、卸灰阀、刮板机、布袋除尘器、增压风机、气力输灰系统设备。

斗提机垂直安装，有主滚筒、尾滚筒和皮带组成，料斗安装在皮带上，斗提机密封在箱体内。物料自机尾进入，经料斗提升到机头，经料库进入加湿机。

1.3 烧结烟气脱硫提标改造背景

随着国家环保形势的日益严峻，河北省环保厅及国家环保部相继出台越来越严格的排放标准。

2011年11月15 日河北省环境保护厅及河北省质量技术监督局联合下发的《河北省钢铁工业大气污染物排放标准（DB13/1461-2011）》，要求烧结机头SO2排放限值为200mg/m3。

2015 年5 月25 日河北省环境保护厅及河北省质量技术监督局联合下发的《河北省钢铁工业大气污染物排放标准（DB 13/2169-2015）》，要求烧结机头SO2排放限值为180mg/m3。

2018 年9 月19 日河北省环境保护厅及河北省质量技术监督局联合下发的《河北省钢铁工业大气污染物超低排放标准（DB 13/2169-2018）》，要求烧结机头SO2排放限值为35mg/m3。

2021年9月22 日唐山市人民政府下发《钢铁企业大气污染物排放特别要求》，烧结机头SO2排放限值为20mg/m3。

原有的设备状况已经无法满足现行排放要求，急需要在原有系统的基础上进行提标改造。

2 烧结半干法脱硫效率影响因素分析

2.1 烧结半干法脱硫工艺运行特点

首钢公司360m2烧结烟气脱硫系统属于半干法脱硫的方式。半干法脱硫在不断的技术进步过程中，有几个共同的认知得到了广泛的认可：

（1）半干法脱硫系统在循环灰量一定的前提下，循环灰成分稳定的情况下，脱硫系统能够达到了脱除极限是有上限的。

（2）半干法脱硫系统只要能保证系统设备的稳定性，增加水与循环灰的配比，可以有更大的脱硫潜力，理论上可以按照全部脱硫考虑，但要考虑到系统运行的经济性。

（3）关于氮氧化物的吸收，在半干法系统中可以发生氮氧化物与碱性吸收剂的反应，并得以脱除，现行的臭氧工艺可以配合半干法脱硫系统，相反，湿法脱硫系统因为循环浆液PH 值的问题，并不能完全吸收高价态氮氧化物。

2.2 提升半干法脱硫效率的技术分析

研究表明，在原有设施的基础上，烧结半干法脱硫工艺想要完成脱硫效率的提升，需要从以下几个方面开展工作[2]：

（1）在满足系统安全运行的前提下，投入更多的加湿水进入脱硫系统。经过一系列的试验，投加水的上限为在系统灰分中的含水率到10%，这个概念是投入到系统中并不是投入灰中。

（2）通过提高循环灰量，并通过结构的变化增加循环灰量与烟气的接触几率，可以在原有的基础上在提高脱硫效率。

（3）通过提高吸收剂的反应活性可以进一步提高脱硫效率，其中使用电离度更高的碱性吸收剂可以大大增强脱硫的效率，比如将现有的吸收剂添加消石灰、纯碱等电离度更高的物质。

3 烧结烟气脱硫排放提标改造方案及内容

3.1 烧结烟气脱硫排放提标改造方案

在提升半干法脱硫效率技术分析的基础上，首钢公司360m2烧结烟气脱硫系统改造方案应从以下几个方面进行考虑：

（1）增加系统的物料循环量。

（2）采用更加高效的物料加湿方式，完成水分与循环灰的充分接触。

（3）在吸收塔的入口处增设导流装置，完成吸收塔内物料的更加均匀的分布。

（4）结合目前生产情况，为了增加系统排灰频率、提高系统吸收剂的置换率，建议新增废料仓。

（5）根据现行超净排放要求，烧结烟气SO2的最终排放浓度要控制在20mg/m3以内，粉尘的排放浓度要控制在10mg/m3以内。本次的改造只涉及到二氧化硫并未考虑粉尘的排放。

3.2 烧结烟气脱硫排放提标改造内容

根据目前烧结脱硫系统运行情况，提标以后原系统循环灰量稍有不足，因此改造的措施考虑增大脱硫剂的循环倍率，使本系统有更高的循环灰浓度，从而提高循环灰与烟气中的SO2的反应机会，使系统的脱硫效率有所提高。根据实际运行情况，现有给料机和埋刮板输送机的能力满足改造后的要求，无需改造。改造内容主要包括：

（1）在现有设备的基础上拆除原有的斗式提升机与双轴加湿机，并增加一个副产物储存料仓；每套脱硫系统增加2台，共计4台加湿机，更换现有加湿机，加大处理能力。在吸收塔顶部增加新的下料溜槽。

（2）新增加钢丝胶带斗式提升机，提升能力为470m3/h。此次改造，斗式提升机采用波特兰品牌的产品，由合肥水泥设计院进行设计，尽可能从设计到设备制造保证品质。

（3）更换现有双轴卧式加湿机，增大处理能力。更换后的加湿机在原有第一代双轴加湿机的基础上，改进了加湿机喷嘴的形势，同时在加湿机的端部增加了物料的搅拌功能，使得增湿后的物料能够混合均匀，保证进入脱硫塔的吸收剂能够均匀携带分子水。这部分结构是针对吸收剂更换为消石灰以及增湿后专门的配置。

（4）新增废料仓。本次改造新增废料仓储存介质为反应后的消石灰，经过跟踪监测灰分成分与使用生石灰运行成分基本一致，同时考虑到场地布置等因素，本次改造使用废料仓与之前项目采用的废料仓规格一致。在场地布置过程中需要考虑现有仓顶除尘器的移位与现有框架的设计等工作。

（5）脱硫塔入口挡板的设置。本次改造过程中考虑在脱硫塔入口处与加湿机下料口处设置烟气导流装置，能够使气流均匀分布，最大限度保证固体颗粒与烟气的充分接触，保证烟气的截面流速为均匀。

4 烧结烟气脱硫提标改造实施

4.1 改造施工难点

结合生产检修计划，为实施烧结烟气脱硫排放提标改造项目，安排360m2烧结脱硫系统停机10天。在改造期间需要将现有斗提机与加湿机同步进行拆除，在原地拆除斗提机保温、机头、加湿机与配件，拆除之后立刻进行原有斗提机基础的改造、养护，新上斗提机及加湿机的安装。该项目在施工过程中存在以下几方面难点：

（1）工期紧。由于生产任务紧张，仅安排了10天改造时间。

（2）上下同时开工交叉作业，施工安全难度大。脱硫塔垂直高度45 米，考虑施工工期紧张，必须同时作业，在此过程中上下交叉作业，施工安全管理难度大。

（3）现场防火管控难度大。由于脱硫塔有外保温，外保温为复合彩钢瓦，在施工过程中需要使用电气焊等，现场防火管控难度大。

（4）施工质量管控难度大。斗提机箱体垂直度偏差要求顶部与底部控制在4mm以内，从而避免运行过程中出现斗子与箱体发生刮蹭的问题。

4.2 改造施工保障措施

针对上述难点问题，首钢公司组织施工单位制定了专项改造施工方案，对改造施工过程的进度、质量及安全控制，尤其对箱体施工过程中防火控制制订了详细的配套措施。

（1）在改造过程中安排专人具体负责该项目的现场管理，要求施工单位制定好交叉作业联系确认制，涉及吊装作业时上下统一由专人指挥。

（2）组织施工单位在现场加湿机的用水主管上接出分支管路，引到每层动火点位作为防火措施水源。

（3）在按照节点计划施工的同时严把质量关，通过使用经纬仪等专用测量设备对箱体施工质量进行严格把关，最终顺利地结合工程碰点停机过程中完成了斗提机加宽改造。

由于前期研究充分、施工过程中质量管控到位，斗提机改造后成功地解决了改造前斗提皮带跑偏、箱体与斗提机斗子刮蹭等问题。

5 结语

360m2烧结烟气脱硫排放提标改造项目实施后，斗提机的运行电流从原45A～65A，增加到65A～90A，表明脱硫循环灰量显著增加，循环灰浓度增加。另外加湿机端部增加了搅拌器后，使增湿后的脱硫剂能够固液混合的更均匀，进入脱硫塔的脱硫剂能够更好的与烧结烟气接触，确保了烟气中的SO2与消石灰充分反应，在满足设计入口SO2浓度的前提下，烧结烟气实际排放浓度为16.53mg/m3。

改造后的生产实际运行和监测数据表明，该脱硫系统能够稳定的达到超低排放标准要求，实现了预期目标，该方案的实施为采用半干法脱硫方式的同行提供了提标改造的有益参考。