冶金行业脱硫协同除尘提效改造方案

2019 年4 月29 日,生态环境部等5 部委联合发布《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》,鼓励钢铁企业分阶段分区域完成全厂超低排放改造,以此为契机,使我国钢铁工业步入由大到强、绿色转型的发展阶段。目前,我国大多数钢厂烧结机、球团等设备已建设脱硫除尘装置,由于前几年钢铁行业不景气,大多钢厂所建脱硫塔具有空塔流速高、塔内空间小等缺点,导致脱硫提效改造工程量大,施工周期长,投资高等现象发生。除尘系统大多数钢厂已建设湿式电除尘器,该设备耗电量高、运维费用高,对于钢铁企业来讲,是一种无形的负担。现针对冶金行业出现的环保情况,亟需一种工期短、投资费用低的超低改造技术路线,以满足冶金行业脱硫除尘系统提效改造的要求。

一、项目概况

一 烟气参数

日照钢铁有限公司12#(360m2)烧结机机头在2010 年已建设脱硫除尘装置,该装置采用石灰-石膏法脱硫技术。由于原料发生变化,吸收塔入口二氧化硫有600mg/Nm3 升至1200mg/ Nm3。吸收塔出口设有湿式电除尘器,通过湿式电除尘器后尘排放可小于20mg/Nm3 ,烟气参数详见表1。

表1 吸收塔入口烟气参数

序号

项目

单位

吸收塔入口

1

烧结矿产量

万吨/年

430

2

烧结机

360

3

设计烟气量

m?/h

2100000

4

烟气温度

130±20

5

烟气成分

水蒸气含量H2O

Vol%

9-10

6

氧气含量0(2 dry)

Vol%

16.5

7

氮气含量N2(dry)

Vol%

79

8

二氧化碳含量CO(2 dry)

Vol%

4.5

9

SO2 浓度范围(dry)

mg/Nm?

<1200

10

粉尘浓度(dry)

mg/Nm?

<50

根据国家环保最新标准要求,烧结机排放烟气在基准氧16% 下,二氧化硫排放值小于 35mg/Nm3 ,尘排放值小于 10mg/ Nm3,原有脱硫除尘系统已无法满足超低排放要求,需进行脱硫除尘提效改造。

二 原吸收塔参数

原吸收塔采用逆向空塔喷淋,设有3 层喷淋层,喷淋层标高分别为+16.00m、+18.00m、+20.00m。吸收塔顶部设有两级屋脊式除雾器,除雾器标高为+23.995m,吸收塔具体参数详见

表2。吸收塔出口烟道设有湿式电除尘器,电除尘器采用立式管状布置形式,设有1659 根极线,入口尘50mg/Nm3 ,出口按小于20mg/Nm3 设计。

表2 原吸收塔参数

序号

名称

规格型号

备注

1

塔径

13m

空塔喷淋

2

空塔流速

3.8m/s

3

喷淋层数量/间距

3 层/2m

4

循环泵流量

2800m3/h

单台

5

液气比

5.5

6

除雾器

两级屋脊式除雾器

7

浆液池高度

6m

二、改造技术路线

一 脱硫提效改造方案

根据脱硫效率设计要求,原有吸收塔液气比已不能满足脱硫效率,需在增加液气比的基础上增设托盘或气动脱硫单元,但经查阅吸收塔图纸及现场实际测量,原吸收塔最下层喷淋层与吸收塔入口间距仅1.5 米,不满足安装托盘空间要求。

喷淋层之间间距均为2 米,同样无安装气动单元空间。若通过更换循环泵,以达到增加液气比的目的,将造成设备浪费,提高改造投资成本。综合考虑,本工程从停炉改造时间、投资费用等方面综合考虑,采用如下技术改造路线:

移动标高+ 18.00m 处喷淋层至最下层喷淋层标高+ 16.00m 处位置,在标高+16.00m 处设两套喷淋层,每套喷淋层均利旧原有循环泵,两套喷淋层采用交叉布置(详见图1),其支撑梁利旧;喷淋层形式由树状改为枝状交叉布置,喷淋母管设在塔外。更换两套喷淋层的喷嘴,喷嘴采用单向双头喷嘴, 外侧紧挨塔壁侧采用单头实心喷嘴,每套喷淋层保证覆盖率不低于300%;两套喷淋层喷嘴均向下喷射,共计184 个喷嘴,喷射流量总计为5600m3/h。

图1 +16.00m 层喷淋层布置图

· 冶炼加工

(2) 标高+20.00m 处更换原有喷淋层形式,同时新增一套大流量喷淋层。改造喷淋层对应原有循环泵,新增喷淋层需新增一台循环泵,其流量为3200m3/h。此标高处,改造喷淋层与新增喷淋层采用交叉布置,其布置结构与图1 相同,喷淋层支撑梁利旧。喷淋层形式由树状改为枝状交叉布置,喷淋母管设在塔外。更换两套喷淋层的喷嘴,喷嘴采用单向双头喷嘴,外侧紧挨塔壁侧采用单头实心喷嘴,每套喷淋层保证覆盖率不低于 300%;两套喷淋层喷嘴均向下喷射,共计 194 个喷嘴,喷射流量总计为6000m3/h。

(3) 标高+16.5m 处新增一层喷淋层,对应新增一台循环泵,其流量为3200m3/h,此喷淋层支撑梁以+16.0m 处支撑梁为基础,利用门字型支架支撑。喷嘴采用单向双头喷嘴,塔壁侧为单头实心喷嘴,方向向上。该层喷淋层共计喷嘴104 个, 喷淋层覆盖率不低于300%,喷淋流量总计为3200m3/h。

(4) 在标高+18.40m 位置安装气动脱硫单元,气动脱硫单元材质采用316L 材质,对原有喷淋层支撑梁进行移位,并增设辅梁。气动脱硫单元采用模块式布置,每三个气动单元组成一个模块,方便现场安装,节约施工时间。气动脱硫单元与塔壁周围设有封板,有效避免烟气短路现象发生,从而提高脱硫效率。

(5) 本次改造技术路线所述喷淋层与常规喷淋层形式不同,本技术路线塔内喷淋层采用支管交叉布置,喷淋母管设在塔外,在塔外分支后进入喷淋层支管。循环主管升至顶层和底层设计标高后,绕塔铺设至指定角度,根据塔内喷淋层设计要求,分成4~5 根支管,与塔内喷淋支管对接。

二 除尘提效改造方案

原脱硫系统设有湿式电除尘器,该设备耗电高、易腐蚀。本工程保留原有湿式电除尘设备,拆除吸收塔顶部屋脊式除雾器,更换为气动高效除尘除雾器。该除雾器只需一层支撑梁,因此保留下层屋脊式除雾器支撑梁,拆除上层支撑梁,可有效缩短施工工期。气动高效除尘除雾器共四级,设有内部冲洗系统和下部冲洗系统,可有效避免堵塞情况发生,其布置图详见图2。

本次改造采用气动高效除尘除雾器与原有湿式电除尘串联技术路线,具有双重除尘保障效果,当吸收塔入口尘高于50mg/Nm3 时,启动湿式电除尘系统,通过调整湿电运行功率,对尘排放进一步控制。当吸收塔入口尘低于50mg/Nm3 时,关闭湿式电除尘系统,节约电耗。

图2 气动高效除尘除雾器布置图

三、改造结果

一 性能测试结果

表3 烟气性能测试数据表

检测频次

烟气标干流量

(Nm3/h)

检测结果(折算后)

入口SO2 浓度(mg/ Nm3)

出口SO2 浓度(mg/ Nm3)

入口尘浓度 (mg/ Nm3)

出口尘浓度

(mg/Nm3)

第一次

671677

1145

25

45

6.7

第二次

756204

1078

19

42

4.5

第三次

774286

1208

22

48

4.9

第四次

711046

1134

27

37

3.5

第五次

698508

1157

23

43

4.2

第六次

689997

1056

18

45

4.9

二 脱硫提效改造结果

采用喷淋交叉布置,增加液气比及气动脱硫单元后,经系统调试运行,在入口SO 为900-1150mg/Nm3 之间波动时,出口SO 可有效控制在35mg/Nm3 以下,具体性能测试详见表3。经检测吸收塔浆液pH 值为5,若通过供浆将pH 值调至5.5 左右,出口SO 可有效控制在20mg/Nm3 以下。

三 除尘提效改造结果

将原有除雾器更换为气动高效除尘除雾器后,通过有资质第三方检测单位进行性能测试,检测吸收塔出口尘含量均小于10mg/Nm3 ,具体性能测试数据详见表3。因此整套系统可关闭湿式电除尘运行,节约电耗。

四、结论

(1)冶金行业脱硫提效改造,可保留原有循环泵,增加新的循环泵并将喷淋层采用交叉布置,来实现最大程度利旧原有设备下,增加所需液气比。

(2)脱硫塔改造可通过将原有喷淋层移位采用交叉布置方式,提供安装气动脱硫单元或者托盘等提效装置,以达到脱硫效率。

(3)烧结机脱硫系统除尘提效改造,完全可将原有除雾器更换为管束式除雾器,在吸收塔入口尘含量<50mg/Nm3 时,出口尘含量控制在10mg/Nm3 以下。

参考文献:

[1]黄业斌. 脱硫吸收塔高效脱硫协同除尘改造研究[J]. 理论实践,2018(6):3726.

[2]杨立颖,杨立军,张玉杰,等. 气动脱硫技术在SO2 超低排放项目中的应用[J]. 硫酸工业,2017.8(8):46-49.

[3]王志刚. 脱硫吸收塔喷嘴的选型[J]. 工程技术(引文版), 2015(30):49.

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