包鋼煉鐵廠ENS燒結(jié)煙氣除氟脫硫工藝
摘要：包鋼燒結(jié)機(jī)頭煙氣除氟脫硫從上世紀(jì)60年代建成初期就采用的噴淋塔濕法工藝，運(yùn)行了近40年。從2001年起，包鋼人開始尋求用新技術(shù)對原有濕法噴淋塔工藝進(jìn)行改造。經(jīng)過幾年的研究、探索、工程實(shí)踐，完成了采用ENS半干法脫硫工藝代替舊工藝的技術(shù)、設(shè)計(jì)、工程實(shí)施、工程檢驗(yàn)等工作。陸續(xù)在新建的三燒(1X 265m2燒結(jié)機(jī))、改造一燒(2×180m2燒結(jié)機(jī))工程中應(yīng)用，取得了年節(jié)水600萬t／h，減排S0z約4．5萬噸／年，減排氟約2000噸／年，改善了濕法酸雨對地面生產(chǎn)生活的影響，減少了大量操作管理人員、減輕了設(shè)備維護(hù)工作等顯著效果。實(shí)踐證明，這一環(huán)保技術(shù)的進(jìn)步，不僅讓包鋼煙氣脫硫除氟的技術(shù)水平在國內(nèi)同行中處于領(lǐng)先、達(dá)到了國際先進(jìn)水平，而且在節(jié)能、減排上，為企業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益十分明顯。
關(guān)鍵詞：燒結(jié),環(huán)境保護(hù),脫硫,脫氟
1歷史情況介紹
包頭鋼鐵集團(tuán)(公司)雖然地處我國西北內(nèi)蒙古地區(qū)，但是其燒結(jié)生產(chǎn)中的機(jī)頭煙氣凈化工作一直在國內(nèi)行業(yè)中地位特殊。早在上世紀(jì)60一90年代，國內(nèi)各大鋼廠的燒結(jié)煙氣都仍采用除塵加高空直排時(shí)，包鋼對所有燒結(jié)機(jī)頭煙氣已進(jìn)行了除塵加噴淋塔濕法工藝，對煙氣進(jìn)行了除氟脫硫凈化。這主要是因?yàn)榘摰淖杂需F礦一一白云鄂博礦中含有較高的氟，為了對周邊的環(huán)境負(fù)責(zé)，所以使用了這套煙氣凈化工藝。
濕法除氟脫硫工藝經(jīng)過近40年的運(yùn)行，無疑對包頭地區(qū)的環(huán)境保護(hù)做出了巨大貢獻(xiàn)，但為此包鋼也付出了巨大的代價(jià)。首先是對水資源的巨大消耗和對水體的二次污染。原一燒、二燒的噴淋塔，每年耗水近 600萬噸／年，排放的含有氟、高酸性、高鈣離子的污水近500萬噸／年。不僅使噸鋼耗水量居高不下，全公司用水量吃緊，而且大量污水、泥漿外排，形成一個(gè)巨大的尾礦壩，影響了周邊的農(nóng)田、作物、居民生活。
其次是噴淋塔形成的酸雨嚴(yán)重影響了工廠該區(qū)域內(nèi)的生產(chǎn)、交通和職工生活。由于采用的濕法工藝不完備，煙囪排出的煙氣含水常年處于過飽和狀態(tài)，所以，酸雨飄落地面，形成一年四季地面濕滑，對該區(qū)域內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備、過往車輛嚴(yán)重腐蝕，嚴(yán)重影響行人通行等問題。
第三是除氟脫硫設(shè)備、管道、煙囪腐蝕結(jié)垢嚴(yán)重，維護(hù)工作量大，維修費(fèi)用高，難以保證常年正常運(yùn)行。平均每年因更換管道、設(shè)備、內(nèi)襯材料的費(fèi)用在200—500萬元／年。
第四是除氟脫硫效率低，難以達(dá)到環(huán)保要求。經(jīng)過近40年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，該套工藝的除氟效率在40一 60％之間、脫硫效率在20～40％之間。
因此，包鋼從上世紀(jì)90年末認(rèn)識(shí)到這種低效率、高運(yùn)行費(fèi)用、高維護(hù)費(fèi)用的濕法煙氣除氟脫硫工藝，已很難適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)的要求。
2 選擇新工藝，要著眼現(xiàn)在，兼顧未來
面對以上諸多的問題，包鋼在上世紀(jì)末和2000年初，對國內(nèi)的煙氣凈化工藝進(jìn)行了多次考察，但那時(shí)國內(nèi)鋼廠的燒結(jié)煙氣凈化工程實(shí)例幾乎沒有，而針對濕法工藝的技術(shù)改造也很難滿足包鋼的現(xiàn)實(shí)要求。
首先是改造現(xiàn)有濕法工藝，對于已建的工程，場地很難滿足要求。完整的濕法工藝，需要較大的場地，增加較多的設(shè)備和設(shè)施，這對于改造工程很難找到合適的場地。
其次是采用完備先進(jìn)的濕法工藝，其運(yùn)行費(fèi)用較高，對于含硫含氟不太高的燒結(jié)煙氣而言，很難承受；谝陨蠗l件和運(yùn)行費(fèi)用等原因，包鋼與北京科大聯(lián)創(chuàng)冶金技術(shù)有限公司的合作，開始對國外的成功技術(shù)進(jìn)行研究、實(shí)驗(yàn)和考察。
經(jīng)過2001年到2004年的多次技術(shù)論證、工業(yè)性實(shí)驗(yàn)、出國考察，包鋼終于決定采用從德國引進(jìn)的ENS 半干法技術(shù)對現(xiàn)有濕法噴淋塔進(jìn)行技術(shù)改造。這項(xiàng)技術(shù)之所以在眾多國外先進(jìn)技術(shù)中，最終被采用，主要基于它不僅可以解決包鋼原有濕法的諸多問題，而且還具有現(xiàn)在、未來同時(shí)兼顧等優(yōu)點(diǎn)。
1、工藝是成熟、先進(jìn)的。包鋼在2004年現(xiàn)場工業(yè)性實(shí)驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，對歐洲的德國、盧森堡等多家企業(yè)進(jìn)行了考察，看到了在德國等歐洲國家相同的工藝在鋼鐵、垃圾電廠、建材等企業(yè)大量應(yīng)用，運(yùn)行效果情況良好，而且常用于舊工藝的改造，所以其成熟性和先進(jìn)性是肯定的。
2、該工藝的很大優(yōu)勢還在于具有前瞻性。該技術(shù)不僅具有節(jié)能的優(yōu)勢，用水量只是濕法的i／IO，用電約是濕法的i／2；不僅沒有管道、設(shè)備腐蝕、結(jié)垢、酸雨等問題，除氟脫硫效率大大提高，而且可以根據(jù)實(shí)際情況的要求，選擇電除塵器、布袋除塵器、填加活性炭等工藝，對要求的不同除氟脫硫效率采用適用的工藝，還可以隨著要求的提高，只需改造除塵器形式等，完成更高的除氟脫硫去除率和去除二惡英要求，這就保證了在將來環(huán)保要求不斷提高的情況下，該工藝不需要大的改造，就能實(shí)現(xiàn)這些未來的要求。
3、通過與北京科大聯(lián)創(chuàng)冶金技術(shù)有限公司共同的研究和技術(shù)攻關(guān)，解決了國外成套技術(shù)費(fèi)用高、成套設(shè)備費(fèi)用高，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高等問題，使其在保留國外核心技術(shù)和核心設(shè)備的同時(shí)，適用于目前國內(nèi)企業(yè)的能力和要求。這些工作主要有：
1)技術(shù)費(fèi)用談判上，變一次性技術(shù)轉(zhuǎn)讓為按工程數(shù)量收取技術(shù)費(fèi)。
2)不采用成套設(shè)備的引進(jìn)，而是只保留核心設(shè)備的引進(jìn)，并選用直接與單體設(shè)備供應(yīng)商簽約的形式，其他設(shè)備全部國內(nèi)配套，使工程投資只有歐洲的1／10，比國內(nèi)電廠相同規(guī)模的脫硫工程投資還少。
3)按照國內(nèi)目前的環(huán)保要求和包鋼的實(shí)際需要，修改工藝配置，做到現(xiàn)在未來同時(shí)兼顧。
3 包鋼在新建的三燒(1×265m2燒結(jié)機(jī))、改造一燒(2 X 180m2燒結(jié)機(jī))工程中應(yīng)用情況
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該三燒煙氣凈化工程從2004年5月開始設(shè)計(jì)，2004年11月開始施工，于2005年5月投產(chǎn)。至今已運(yùn)二年多。
包鋼三燒運(yùn)行的ENS半干法除氟脫硫設(shè)施，共有兩條套，每套處理氣量為：87萬m3／h，檢測結(jié)果為：除氟率>95％，脫硫率>70％。
運(yùn)行二年多的時(shí)間表明，ENS半干法工藝具有以下特點(diǎn)：
1)除氟脫硫效率較高。超過了設(shè)計(jì)規(guī)定的除氟脫硫效率。 2)用水為濕法的1/15。 3)元廢水。 4)系統(tǒng)阻力小，ENS半干法反應(yīng)塔阻力在200Pa左右。 5)反應(yīng)產(chǎn)物為干粉，可綜合利用于水泥、道路等行業(yè)。 6)元管道、設(shè)備腐蝕、結(jié)垢。 7)排出煙氣為干態(tài)，不飄酸雨。
2、包鋼一燒(2X180m2燒結(jié)機(jī))264萬m3／h風(fēng)量的煙氣凈化工程
主要工藝流程：
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該工程為一燒工藝改造的配套工程。在主抽風(fēng)機(jī)后原有噴淋塔，采用的是濕法噴淋塔工藝，每年用新水約300萬噸／年，平均維護(hù)費(fèi)用在350萬元／年，除氟效率約40％，脫硫效率約20％。
2007年配合生產(chǎn)工藝的改造，采用了以ENS半于法改造噴淋塔濕法的工藝，將原有的五座噴淋塔中四座改為ENS半干法的反應(yīng)塔，并在ENS半干法反應(yīng)塔后新增四座四電場高效電除塵器，這樣使除氟率可以達(dá)到95％，脫硫率達(dá)可以到80％以上，含塵排放濃度<80mg／Nm3。每年可減少用水300萬噸／年，減少廢水排放200萬噸／年，減少SO：排放約2萬噸／年，減少氟排放約1000噸／年，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約300萬元／年。可以達(dá)到目前國家對包鋼要求的環(huán)保指標(biāo)和總量控制指標(biāo)。
一燒除氟脫硫改造工程，不僅考慮了采用ENS半干法工藝，而且大膽嘗試了利用主抽風(fēng)機(jī)余壓，采用正壓除氟脫硫除塵工藝，節(jié)約了新增風(fēng)機(jī)的費(fèi)用，同時(shí)還預(yù)留了將來采用布袋除塵器，到達(dá)更高環(huán)保要求和對二惡英除塵的手段。
為了解決正壓系統(tǒng)在粉料輸送方面的問題，采用了氣力輸送方式，共有40套氣力輸送裝置，分別完成物料循環(huán)、反應(yīng)塔、電除塵器底灰輸送等工作。
一燒除氟脫硫改造工程是在現(xiàn)有的濕法工藝的原址進(jìn)行，雖然施工難度很大，但經(jīng)過精心組織，合理安排，目前工程施工已順利完成，正進(jìn)入熱負(fù)荷調(diào)試階段。
4 ENS半干法在燒結(jié)機(jī)頭煙氣脫硫除氟及去除二惡英、可吸入顆粒的技術(shù)原理及特點(diǎn)
燒結(jié)機(jī)頭煙氣相對于其它工業(yè)的煙氣，有其自身的一些特點(diǎn)，根據(jù)我們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可歸納為：
1)燒結(jié)機(jī)頭煙氣量大，SO：的濃度較低。這要求選用的脫硫工藝針對中、低濃度SO：具有優(yōu)勢的脫硫工藝。
2)煙氣量、溫度、SO：濃度波動(dòng)范圍較大。這是燒結(jié)煙氣不同于其它煙氣的很重要的特殊性。所以要求采用的脫硫工藝要具有適應(yīng)這些波動(dòng)的能力。
3)污染物成分較復(fù)雜，我國環(huán)保要求會(huì)越來越高，越來越全面，因此煙氣凈化工藝要求能滿足這些要求。
ENS半干法主要工藝原理為：在現(xiàn)場儲(chǔ)備滿足要求的堿性鈣粉，根據(jù)出口SO：的設(shè)定值，在線按需要量，經(jīng)計(jì)量后，投加至大煙道，并與煙氣混合進(jìn)入反應(yīng)塔。反應(yīng)塔設(shè)霧化器，利用壓縮空氣將清水霧化，并根據(jù)反應(yīng)塔前后溫度自動(dòng)控制霧化水量，保證反應(yīng)和出塔煙氣干燥。除塵器集灰部分循環(huán)使用。
ENS半干法針對燒結(jié)機(jī)頭煙氣的特點(diǎn)，在工藝上采用了：
1)針對中低濃度的SO。等酸性成分的去除，做到在線調(diào)節(jié)中和劑和循環(huán)量的投加，確保到達(dá)較高去除率的同時(shí)，降低運(yùn)行費(fèi)用。
2)霧化與粉料增濕分開，具備二個(gè)強(qiáng)化反應(yīng)的技術(shù)手段，不僅工藝簡潔，反應(yīng)器簡單，操作運(yùn)行可靠，而且適應(yīng)燒結(jié)煙氣濕度的大幅度波動(dòng)。
3)霧化與反應(yīng)同步進(jìn)行，有效控制溫度、濕度，利用霧化形成的溫度流速場中的溫度梯度，實(shí)現(xiàn)有序高效的混合與反應(yīng)。
4)反應(yīng)器為上進(jìn)氣、下出氣，順流形式，不僅適應(yīng)風(fēng)量較大幅度的變化，而且反應(yīng)塔壓降僅有200— 300Pa。
5)利用掃帶(entrained flow)原理，在管道上完成物料循環(huán)使用，不僅實(shí)現(xiàn)殘余中和劑的二次反應(yīng)，而且避免了反應(yīng)器堵塞、阻力大等缺點(diǎn)。
6)后續(xù)除塵如果采用布袋除塵器，可以實(shí)現(xiàn)去除二惡英、可吸人顆粒等污染物，可以達(dá)到歐盟標(biāo)準(zhǔn)。
5 結(jié)論
包鋼煉鐵廠通過對原有燒結(jié)機(jī)頭煙氣凈化工藝的改進(jìn)，選用了先進(jìn)、可行、適用的ENS半干法除氟脫硫技術(shù)，對三燒和一燒機(jī)頭煙氣完成了示范工程的建設(shè)和改造。實(shí)踐證明，該技術(shù)先進(jìn)，為公司節(jié)能減排，改善環(huán)境做出了巨大貢獻(xiàn)。
就目前在兩個(gè)燒結(jié)車間使用新技術(shù)的情況看，可為公司節(jié)約用水近600萬噸／年，減少氟排放近2000 噸／年，減少SO：排放近4．5萬噸／年，減少廢水排放近500萬噸／年，不僅在經(jīng)濟(jì)、環(huán)保上取得了顯著效益，而且促進(jìn)了包鋼環(huán)保技術(shù)的進(jìn)步，樹立了包鋼良好的企業(yè)形象。
包鋼通過這項(xiàng)工作的實(shí)踐，證明只要采用了國際先進(jìn)的技術(shù)，搞好環(huán)保對于企業(yè)來說，不僅不是負(fù)擔(dān)，而且可以達(dá)到節(jié)能減排，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益雙豐收的效果。
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