江立振，胡明意，方俊杰，董尉民

( 安陽集團永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司)

摘要：分析了安鋼永通公司濕法脫硫系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的漿液中毒、除霧器堵塞、石膏雨及煙氣拖尾等問題，采取調(diào)整操作參數(shù)、優(yōu)化原料成分、改造設(shè)備等應(yīng)對措施進行系統(tǒng)治理優(yōu)化，確保脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運行和達標排放。

關(guān)鍵詞：石灰—石膏濕法脫硫；漿液中毒；除霧器堵塞；問題治理

0 前言

為貫徹落實國家節(jié)能減排政策，實現(xiàn)鐵礦粉燒結(jié)煙氣SO₂含量、粉塵濃度等達標排放，安鋼永通球墨鑄鐵管有限公司于2013 年投資建設(shè)燒結(jié)煙氣脫硫工程，應(yīng)用成熟的石灰—石膏濕法脫硫技術(shù)。脫硫工藝系統(tǒng)包括煙氣系統(tǒng)、石灰乳漿液制備系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)和工藝水系統(tǒng)，建成投運后正常運行狀態(tài)下，燒結(jié)煙氣脫硫后能夠滿足排放要求。當時石灰—石膏濕法燒結(jié)脫硫工藝對于我公司來說是一種新的生產(chǎn)工藝，由于運行經(jīng)驗欠缺，在設(shè)備系統(tǒng)調(diào)試及運行過程中出現(xiàn)了一些瓶頸問題，如漿液中毒、漿液泵葉輪嚴重磨損、脫硫塔體腐蝕、除霧器堵塞、石膏雨及煙氣拖尾等，對脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運行產(chǎn)生不利影響，脫硫效率很差，運行成本費用增加明顯。為了解決這些問題，組織相關(guān)人員深入開展脫硫工藝設(shè)備研究和攻關(guān)實踐，采取一系列治理措施確保脫硫系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行。

1 石灰－石膏濕法脫硫工藝簡介

石灰—石膏濕法脫硫工藝，是目前世界上技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣、運行最可靠的脫硫方法。該工藝具有吸收劑價格便宜、產(chǎn)量豐富、副產(chǎn)物便于利用、脫硫效率高等優(yōu)勢。其工藝原理為，將石灰( 石灰石) 加水制成一定濃度的漿液作為吸收劑泵入吸收塔，經(jīng)漿液循環(huán)泵及噴淋層與煙氣充分接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進行氧化反應(yīng)生成硫酸鈣，硫酸鈣達到一定飽和度后，結(jié)晶形成二水石膏。石膏漿液從吸收塔排出經(jīng)真空皮帶脫水機壓縮、脫水得出石膏副產(chǎn)物，廢水進入廢水處理系統(tǒng)集中處理。脫硫后的凈煙氣經(jīng)過除霧器除去霧滴，由脫硫煙囪排入大氣，其工藝流程如圖1 所示。石灰—石膏濕法脫硫最基礎(chǔ)的化學(xué)反應(yīng)是酸堿中和反應(yīng)，其反應(yīng)式^［1］如下所述。

1) 吸收反應(yīng):

CaO+H₂O→Ca( OH)₂

Ca( OH)₂+SO₂+1/2H₂O→CaSO₃·1/2H₂O+H2OCa( OH)

2+SO₃+H₂O→CaSO₄·2H₂O

2) 氧化反應(yīng):

CaSO₃·1/2H₂O+1/2O₂+3/2H₂O→CaSO₄·2H₂O

2 安鋼永通公司燒結(jié)脫硫系統(tǒng)運行中存在問題及分析

2．1 漿液中毒

石灰—石膏濕法燒結(jié)脫硫工藝運行中有時會出現(xiàn)脫硫吸收塔漿液失效，俗稱漿液中毒，現(xiàn)象是漿液起泡溢流。主要形成原因是脫硫系統(tǒng)運行過程中煙氣粉塵及有機物含量、脫硫劑中鎂離子含量、工藝水中COD ( 化學(xué)需氧量) 、BOD ( 生化需氧量) 等超標，這些有害物質(zhì)富集使脫硫吸收塔漿液品質(zhì)逐漸惡化，引起漿液起泡甚至溢流，阻礙石灰漿液的脫硫反應(yīng)正常進行。失效的漿液會造成脫硫效率下降，出口煙氣SO₂濃度上升，造成超標排放，嚴重危害脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運行。脫硫吸收塔漿液失效、起泡溢流原因主要有^［2］:

1) 電除塵器燒結(jié)煙氣除塵效果不好或粉塵含量過大，進入脫硫塔內(nèi)的燒結(jié)煙氣粉塵濃度超標，漿液重金屬含量超常增高，造成重金屬離子增多引起漿液表面張力大大增加，產(chǎn)生漿液表面起泡現(xiàn)象。

2) 燒結(jié)生產(chǎn)原料中含有的過多油性物質(zhì)在燒結(jié)過程中燃燒不充分，或潤滑系統(tǒng)中潤滑油異常進入煙氣中，煙氣通過脫硫塔造成漿液有機物含量大量增加。

3) 脫硫所用石灰中MgO 含量過高，MgO 是一種起泡劑，與硫酸根離子反應(yīng)會產(chǎn)生大量泡沫。

4) 脫硫系統(tǒng)工藝水質(zhì)的參數(shù)指標超出設(shè)計的范圍，也會導(dǎo)致吸收塔漿液產(chǎn)生氣泡。

5) 氟化鋁致盲和亞硫酸鹽致盲。氟化鋁致盲是由于飛灰、石灰及工藝水中的氟和鋁在吸收塔漿池內(nèi)形成穩(wěn)定的化合物AlFn 附著在生石灰顆粒表面，影響石灰的溶解和反應(yīng)，導(dǎo)致石灰調(diào)節(jié)漿液PH值能力下降，脫硫效率降低。

6) 燒結(jié)生產(chǎn)原料中S 含量長期過高，進入脫硫塔燒結(jié)煙氣SO₂含量大幅超標。

安鋼永通公司燒結(jié)脫硫系統(tǒng)投運后一年多時間里沒有出現(xiàn)過漿液大量冒泡現(xiàn)象，但在2015 年3 月因為更換脫硫用石灰出現(xiàn)了脫硫塔嚴重的連續(xù)冒泡現(xiàn)象，隨之而來的脫硫效率明顯降低，煙氣SO₂含量排放不達標。兩種石灰的成分、粒度等指標對比見表1。

分析認為新脫硫石灰添加了鈍化劑( 主要成分是碳酸鎂鈣) ，使?jié){液中MgO 含量過高，MgO 與硫酸根離子反應(yīng)會產(chǎn)生大量泡沫，是造成漿液起泡的主要原因。

2．2 除霧器堵塞

除霧器是脫硫塔的核心部件之一，主要作用是分離脫硫塔中液體夾帶的液滴和顆粒物。當脫硫工藝參數(shù)控制出現(xiàn)問題或者設(shè)備出現(xiàn)故障時，容易導(dǎo)致脫硫塔除霧器堵塞事故。第一次堵塞事故發(fā)生在脫硫系統(tǒng)投運設(shè)備調(diào)試階段，由于系統(tǒng)投運初期缺乏運行經(jīng)驗，片面追求高脫硫率，大量向脫硫塔內(nèi)注入石灰漿液，造成脫硫塔內(nèi)漿液密度過高，超過1．25 g /cm³，導(dǎo)致脫硫塔中的煙氣攜帶一部分石膏晶體粘附在除霧器上，造成除霧器堵塞，另一部分石膏晶體隨脫硫煙氣流出，飄落在脫硫塔附近區(qū)域，形成石膏雨。還有一次事故發(fā)生在2014 年5 月，起因是脫硫塔除霧器沖洗水電動閥門出現(xiàn)故障后未及時更換，無法供水造成脫硫塔除霧器較長時間得不到正常的沖洗操作，在出現(xiàn)石膏雨初期征兆時也未能及時把脫硫系統(tǒng)停下來清理除霧器，導(dǎo)致除霧器嚴重堵塞事故，燒結(jié)機被迫停機。脫硫塔正常運行狀態(tài)下除霧器與發(fā)生堵塞事故后除霧器狀態(tài)對比如圖2 所示。

2．3 漿液泵葉輪嚴重磨損

脫硫漿液中的循環(huán)泵、懸浮泵在正常工作時葉輪處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，葉輪及管道運行到一定的周期后，不可避免要受到一定程度磨損。循環(huán)泵葉輪嚴重磨損會造成脫硫塔液氣比( L/G) 降低，將明顯降低脫硫效率，懸浮泵葉輪嚴重磨損后會造成脫硫塔底石膏沉淀。例如，脫硫系統(tǒng)塔投運8 個月后，出現(xiàn)了運行不穩(wěn)定、脫硫效率降低情況，經(jīng)過多方面排查，發(fā)現(xiàn)是循環(huán)泵葉輪磨損嚴重造成的。新的循環(huán)泵葉輪與投運8 個月后磨損嚴重的循環(huán)泵葉輪對比如圖3 所示。

2．4 脫硫塔體腐蝕

脫硫塔體及內(nèi)部設(shè)備均處于強酸、強堿的惡劣環(huán)境下，我公司脫硫塔在設(shè)計之初就考慮到脫硫設(shè)備的耐腐蝕性，脫硫塔體選擇了耐腐蝕性較好316L不銹鋼。但脫硫系統(tǒng)運行到第八個月的時候一、二層除霧器中間的不銹鋼殼體還是出現(xiàn)了嚴重腐蝕現(xiàn)象，如圖4 所示，腐蝕部位出現(xiàn)在兩層除霧器之間兩塊鋼板的焊接處，出現(xiàn)煙氣和液體滲漏外泄，嚴重阻礙脫硫系統(tǒng)正常運行。

有關(guān)資料表明，不銹鋼耐腐蝕是因為其表面易氧化生成一層氧化鉻薄膜，這層薄膜能成為鋼和環(huán)境間的壁壘，能有效鈍化接觸腐蝕介質(zhì)的金屬表面，如果金屬表面保護氧化物不穩(wěn)定，或是鈍化作用消失，薄膜遭到破壞，將會造成不銹鋼腐蝕。分析認為，脫硫塔體不銹鋼的局部腐蝕與液體中的氯離子有關(guān)，氯離子雖不直接參與腐蝕，但是氯化物的造酸傾向和它游離酸的強酸性將促進不銹鋼發(fā)生縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕^［1］。現(xiàn)場脫硫塔體兩層除霧器之間兩塊鋼板的焊接處發(fā)生的腐蝕同以上分析結(jié)果非常吻合，兩層除霧器中間鋼板由于處在沖洗的盲區(qū)，除霧器沖洗水和漿液都沖洗不到，容易造成氯離子的富集，鋼板焊接產(chǎn)生的應(yīng)力集中加速了氯離子對不銹鋼的腐蝕，在上述兩個因素的作用下不銹鋼脫硫塔體發(fā)生了嚴重的腐蝕。

2．5 “煙囪雨”及“石膏雨”現(xiàn)象

“煙囪雨”現(xiàn)象產(chǎn)生是由于脫硫系統(tǒng)運行過程中的燒結(jié)煙氣量超出設(shè)計能力，致使進入除霧器的實際煙氣流速大于除霧器能夠承受的流速極限，沒有被除霧的漿液隨高速煙氣“二次攜帶”經(jīng)由煙囪進入大氣中。由于出口煙氣溫度不高( 一般為45 ℃ ～ 60 ℃) ，且處于飽和狀態(tài)，含水蒸汽量較大，密度較大，抬升力小，煙氣不易擴散，隨著大氣溫度降低，溫差使煙氣中飽和水蒸汽較快冷凝，冷凝液體在煙囪附近降落，從而產(chǎn)生了“煙囪雨”現(xiàn)象。當煙氣中不僅含有液態(tài)水，還含有石膏及其他顆粒物漿液時，煙氣經(jīng)過煙囪隨著溫度的降低凝結(jié)成液滴，從而產(chǎn)生“石膏雨”現(xiàn)象。

2．6 煙氣拖尾現(xiàn)象

石灰—石膏濕法脫硫吸收塔在運行過程中，易產(chǎn)生粒徑為10 μm～ 60 μm 的“霧”，“霧”不僅含有水分，它還溶有硫酸、硫酸鹽、二氧化硫、除塵灰等物質(zhì)，為避免造成二次污染，煙氣需要除霧器脫水凈化后才能排到大氣中。如果除塵系統(tǒng)工作不正常，煙氣中顆粒物含量超標，或者脫硫塔內(nèi)循環(huán)漿液密度過高，煙氣中帶出的顆粒物就會超標，排出的煙氣經(jīng)過水分蒸發(fā)氣固分離后就會出現(xiàn)明顯的拖尾現(xiàn)象，拖尾現(xiàn)象的本質(zhì)是煙氣中顆粒物含量過多。

3 問題治理

針對燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)運行存在上述問題，組織相關(guān)人員深入開展脫硫工藝設(shè)備研究和攻關(guān)實踐，通過調(diào)整操作參數(shù)、優(yōu)化原料成分、改造設(shè)備等應(yīng)對措施，治理了這些瓶頸問題。實現(xiàn)脫硫系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行，脫硫效率達到95%以上，凈煙氣出口SO₂濃度、粉塵排放濃度完全滿足國家排放標準要求。

3．1 中毒漿液的治理

漿液中毒后，采用徹底外排置換漿液的辦法是最簡單有效的處理方法，但這種方法要將污染物轉(zhuǎn)移，需要較大的場地，不是最理想的做法。安鋼永通公司通過攻關(guān)實踐，形成了一套解決漿液中毒問題有效辦法。

1) 對于漿液起泡問題治理，首先可加入消泡劑來控制，通過消除漿液泡沫來維持漿液穩(wěn)定; 其次要嚴格控制脫硫劑中MgO 含量，保證MgO 含量達標;第三要加強設(shè)備操作維護，切實提高設(shè)備運行效率。

2) 對于漿液變質(zhì)失效問題治理，首先進行鐵礦粉燒結(jié)生產(chǎn)配礦結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減少高S 含量的鐵礦粉使用，實現(xiàn)脫硫塔入口燒結(jié)煙氣SO₂含量在設(shè)計范圍之內(nèi)，有效控制燒結(jié)煙氣中含油成分、有機物及氯離子含量，盡量減少造成脫硫漿液品質(zhì)惡化的成分; 其次對燒結(jié)煙氣除塵器進行設(shè)備改造，將原來的三個電場改為四個電場，對燒結(jié)煙氣除塵設(shè)施定期檢修維護，保持除塵器運行效果，使進入吸收塔漿液的粉塵量明顯減少; 第三通過調(diào)整操作參數(shù)，加強對脫硫塔內(nèi)漿液PH 值、密度監(jiān)控，合理調(diào)整補漿次數(shù)和出石膏的次數(shù)，保證塔內(nèi)漿液密度穩(wěn)定在1．04 g /cm³ ～ 1．06 g /cm³ ; 第四增加脫硫塔內(nèi)氧化風(fēng)量，氧化風(fēng)機由開一備一為兩臺全開，保持脫硫塔內(nèi)漿液處于良好的氧化氣氛中，使生成的亞硫酸鈣迅速氧化生成硫酸鈣; 第五漿液變質(zhì)失效后，先加入消泡劑進行預(yù)處理，效果不明顯時，進行漿液置換，用新制石灰漿液置換中毒漿液，同時增加脫水頻率，將有害物質(zhì)隨同廢水脫除。

3) 對于中毒漿液的處理，在原有工藝上進行設(shè)備改造，在吸收塔外增加事故池，中毒漿液存儲于事故池，空出吸收塔重新制漿，使脫硫系統(tǒng)正常開機運行。事故池安裝有事故泵，事故泵的出口架設(shè)三套管路分別通往真空皮帶脫水機、埓
獈"徰?配料石灰消化器、二次混料機使用，消耗中毒漿液，從而實現(xiàn)中毒漿液的有效處理和脫硫廢水的“零排放”，既節(jié)約了水利資源，又實現(xiàn)了環(huán)保效益。

3．2 除霧器堵塞、“煙囪雨”、“石膏雨”防治

1) 首先加強對除霧器的沖洗，每2 h ～ 3 h 要沖洗除霧器一次，加強運行管理，沖洗系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障時要及時處理，確保除霧設(shè)備正常工作。

2) 其次完善操作參數(shù)，加強除塵設(shè)施檢修維護，確保脫硫塔入口煙氣含塵量要小于100 mg /Nm³，脫硫塔內(nèi)循環(huán)漿液的密度控制在1． 04 g /cm³ ～1．06 g /cm³合理的范圍。

3) 密切關(guān)注兩層除霧器之間的壓差，壓差出現(xiàn)升高時必須停機檢查，如果操作不當出現(xiàn)下“石膏雨”的征兆時馬上停機處理，防止事故擴大化。

4) 制定科學(xué)的檢修計劃，每逢檢修必須檢查、清潔除霧器，保持脫硫塔內(nèi)氣流通暢。

3．3 漿液泵葉輪嚴重磨損處理

由于脫硫漿液中循環(huán)泵、懸浮泵工作的環(huán)境復(fù)雜，正常磨損是不可避免的，我們采取以下措施延長設(shè)備壽命，保證脫硫效率，措施如下:

1) 密切關(guān)注循環(huán)泵和脈沖懸浮泵的運行電流，當電流下降到一定值時必須檢查葉輪磨損情況，如正常情況下循環(huán)泵電機運行電流150 A，如果電流下降到120 A 以下，說明葉輪磨損就比較嚴重，需要及時更換。

2) 嚴格控制生石灰質(zhì)量，粒度小于200 目所占比例必須達到90%以上。

3) 嚴格控制煙氣含塵量，脫硫塔入口燒結(jié)煙氣含塵量要小于100 mg /Nm³，在保證脫硫效率的前提下盡可能降低循環(huán)漿液的密度。

3．4 不銹鋼塔體腐蝕防治

1) 經(jīng)常調(diào)整除霧器噴頭的噴水方向，減少沖洗的盲區(qū)，防止氯離子富集，當不銹鋼表面比較清潔，而又處于流水中時其耐蝕性最強。

2) 利用停機檢修的機會重新補焊了腐蝕的不銹鋼板，并且對兩層除霧器之間的鋼板刷環(huán)氧樹脂和貼玻璃鱗片防腐( 如圖5 所示) 。

3) 定期化驗漿液中氯離子含量，含量超標時對漿液進行置換處理，使脫硫塔氯離子含量小于0．05%，遠低于0．5%的控制標準要求。

3．5 脫硫煙氣拖尾治理

對于消除拖尾現(xiàn)象治理，上述關(guān)于除霧器堵塞、“石膏雨”、“煙囪雨”防治措施也是煙氣拖尾治理的必要措施。隨著國家環(huán)保治理要求提高，排放標準中顆粒物排放由原來的50 mg /m3 提高到40 mg /m³。

為確保達標排放，永通公司于2017 年6 月新建了濕法電除塵器，新的濕法電除塵器投運后顆粒物排放量在20 mg /Nm³ 以下，煙囪出口顆粒物排放量的大大降低，已經(jīng)根本上消除了煙氣拖尾的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

安鋼永通球墨鑄鐵管有限公司通過調(diào)整操作參數(shù)、優(yōu)化原料成分、改造設(shè)備等應(yīng)對措施，實現(xiàn)了石灰—石膏濕法燒結(jié)脫硫一系列瓶頸問題治理，燒結(jié)煙氣脫硫效率達到90%以上，凈煙氣出口SO₂濃度、粉塵排放濃度完全滿足GB28662－2012《鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標準》排放要求。脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定高效運行，為燒結(jié)機穩(wěn)定生產(chǎn)創(chuàng)造良好條件，其脫硫問題治理經(jīng)驗措施可為類似生產(chǎn)條件的鐵礦粉燒結(jié)生產(chǎn)企業(yè)借鑒。

5 參考文獻

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