江立振，胡明意，方俊杰，董尉民

( 安陽集團(tuán)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(yùn)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(duì)措施進(jìn)行系統(tǒng)治理優(yōu)化，確保脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和達(dá)標(biāo)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(shí)國家節(jié)能減排政策，實(shí)現(xiàn)鐵礦粉燒結(jié)煙氣SO₂含量、粉塵濃度等達(dá)標(biāo)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(yùn)后正常運(yùn)行狀態(tài)下，燒結(jié)煙氣脫硫后能夠滿足排放要求。當(dāng)時(shí)石灰—石膏濕法燒結(jié)脫硫工藝對(duì)于我公司來說是一種新的生產(chǎn)工藝，由于運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)欠缺，在設(shè)備系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)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(yán)重磨損、脫硫塔體腐蝕、除霧器堵塞、石膏雨及煙氣拖尾等，對(duì)脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，脫硫效率很差，運(yùn)行成本費(fèi)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(shí)踐，采取一系列治理措施確保脫硫系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)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(yùn)行最可靠的脫硫方法。該工藝具有吸收劑價(jià)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(jìn)行氧化反應(yīng)生成硫酸鈣，硫酸鈣達(dá)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(jī)壓縮、脫水得出石膏副產(chǎn)物，廢水進(jìn)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(yùn)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(yùn)行中有時(shí)會(huì)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(yùn)行過程中煙氣粉塵及有機(jī)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(biāo)，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(jìn)行。失效的漿液會(huì)造成脫硫效率下降，出口煙氣SO₂濃度上升，造成超標(biāo)排放，嚴(yán)重危害脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)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(jìn)入脫硫塔內(nèi)的燒結(jié)煙氣粉塵濃度超標(biāo)，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(jìn)入煙氣中，煙氣通過脫硫塔造成漿液有機(jī)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(huì)產(chǎn)生大量泡沫。

4) 脫硫系統(tǒng)工藝水質(zhì)的參數(shù)指標(biāo)超出設(shè)計(jì)的范圍，也會(huì)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(jìn)入脫硫塔燒結(jié)煙氣SO₂含量大幅超標(biāo)。

安鋼永通公司燒結(jié)脫硫系統(tǒng)投運(yùn)后一年多時(shí)間里沒有出現(xiàn)過漿液大量冒泡現(xiàn)象，但在2015 年3 月因?yàn)楦鼡Q脫硫用石灰出現(xiàn)了脫硫塔嚴(yán)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(dá)標(biāo)。兩種石灰的成分、粒度等指標(biāo)對(duì)比見表1。

分析認(rèn)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(huì)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(dāng)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(shí)，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(yùn)設(shè)備調(diào)試階段，由于系統(tǒng)投運(yùn)初期缺乏運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，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(dòng)閥門出現(xiàn)故障后未及時(shí)更換，無法供水造成脫硫塔除霧器較長時(shí)間得不到正常的沖洗操作，在出現(xiàn)石膏雨初期征兆時(shí)也未能及時(shí)把脫硫系統(tǒng)停下來清理除霧器，導(dǎo)致除霧器嚴(yán)重堵塞事故，燒結(jié)機(jī)被迫停機(jī)。脫硫塔正常運(yùn)行狀態(tài)下除霧器與發(fā)生堵塞事故后除霧器狀態(tài)對(duì)比如圖2 所示。

2．3 漿液泵葉輪嚴(yán)重磨損

脫硫漿液中的循環(huán)泵、懸浮泵在正常工作時(shí)葉輪處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，葉輪及管道運(yùn)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(yán)重磨損會(huì)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(yán)重磨損后會(huì)造成脫硫塔底石膏沉淀。例如，脫硫系統(tǒng)塔投運(yùn)8 個(gè)月后，出現(xiàn)了運(yùn)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(yán)重造成的。新的循環(huán)泵葉輪與投運(yùn)8 個(gè)月后磨損嚴(yán)重的循環(huán)泵葉輪對(duì)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(qiáng)酸、強(qiáng)堿的惡劣環(huán)境下，我公司脫硫塔在設(shè)計(jì)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(yùn)行到第八個(gè)月的時(shí)候一、二層除霧器中間的不銹鋼殼體還是出現(xiàn)了嚴(yán)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(yán)重阻礙脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行。

有關(guān)資料表明，不銹鋼耐腐蝕是因?yàn)槠浔砻嬉籽趸梢粚友趸t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(hù)氧化物不穩(wěn)定，或是鈍化作用消失，薄膜遭到破壞，將會(huì)造成不銹鋼腐蝕。分析認(rèn)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(qiáng)酸性將促進(jìn)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(duì)不銹鋼的腐蝕，在上述兩個(gè)因素的作用下不銹鋼脫硫塔體發(fā)生了嚴(yán)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(yùn)行過程中的燒結(jié)煙氣量超出設(shè)計(jì)能力，致使進(jìn)入除霧器的實(shí)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(jìn)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(kuò)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(dāng)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(shí)，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(yùn)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(biāo)，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(huì)超標(biāo)，排出的煙氣經(jīng)過水分蒸發(fā)氣固分離后就會(huì)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(duì)燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)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(shí)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(duì)措施，治理了這些瓶頸問題。實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行，脫硫效率達(dá)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)踐，形成了一套解決漿液中毒問題有效辦法。

1) 對(duì)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(yán)格控制脫硫劑中MgO 含量，保證MgO 含量達(dá)標(biāo);第三要加強(qiáng)設(shè)備操作維護(hù)，切實(shí)提高設(shè)備運(yùn)行效率。

2) 對(duì)于漿液變質(zhì)失效問題治理，首先進(jìn)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(shí)現(xiàn)脫硫塔入口燒結(jié)煙氣SO₂含量在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，有效控制燒結(jié)煙氣中含油成分、有機(jī)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(duì)燒結(jié)煙氣除塵器進(jìn)行設(shè)備改造，將原來的三個(gè)電場改為四個(gè)電場，對(duì)燒結(jié)煙氣除塵設(shè)施定期檢修維護(hù)，保持除塵器運(yùn)行效果，使進(jìn)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(qiáng)對(duì)脫硫塔內(nèi)漿液PH 值、密度監(jiān)控，合理調(diào)整補(bǔ)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(jī)由開一備一為兩臺(tái)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(jìn)行預(yù)處理，效果不明顯時(shí)，進(jìn)行漿液置換，用新制石灰漿液置換中毒漿液，同時(shí)增加脫水頻率，將有害物質(zhì)隨同廢水脫除。

3) 對(duì)于中毒漿液的處理，在原有工藝上進(jìn)行設(shè)備改造，在吸收塔外增加事故池，中毒漿液存儲(chǔ)于事故池，空出吸收塔重新制漿，使脫硫系統(tǒng)正常開機(jī)運(yùn)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(jī)、埓
獈"徰?配料石灰消化器、二次混料機(jī)使用，消耗中毒漿液，從而實(shí)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(shí)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(qiáng)對(duì)除霧器的沖洗，每2 h ～ 3 h 要沖洗除霧器一次，加強(qiáng)運(yùn)行管理，沖洗系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)要及時(shí)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(qiáng)除塵設(shè)施檢修維護(hù)，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(shí)必須停機(jī)檢查，如果操作不當(dāng)出現(xiàn)下“石膏雨”的征兆時(shí)馬上停機(jī)處理，防止事故擴(kuò)大化。

4) 制定科學(xué)的檢修計(jì)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(yán)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(yùn)行電流，當(dāng)電流下降到一定值時(shí)必須檢查葉輪磨損情況，如正常情況下循環(huán)泵電機(jī)運(yùn)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(yán)重，需要及時(shí)更換。

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

3) 嚴(yán)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?zèng)_洗的盲區(qū)，防止氯離子富集，當(dāng)不銹鋼表面比較清潔，而又處于流水中時(shí)其耐蝕性最強(qiáng)。

2) 利用停機(jī)檢修的機(jī)會(huì)重新補(bǔ)焊了腐蝕的不銹鋼板，并且對(duì)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(yàn)漿液中氯離子含量，含量超標(biāo)時(shí)對(duì)漿液進(jìn)行置換處理，使脫硫塔氯離子含量小于0．05%，遠(yuǎn)低于0．5%的控制標(biāo)準(zhǔn)要求。

3．5 脫硫煙氣拖尾治理

對(duì)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(biāo)準(zhǔn)中顆粒物排放由原來的50 mg /m3 提高到40 mg /m³。

為確保達(dá)標(biāo)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(yùn)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(duì)措施，實(shí)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(dá)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(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放要求。脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行，為燒結(jié)機(jī)穩(wěn)定生產(chǎn)創(chuàng)造良好條件，其脫硫問題治理經(jīng)驗(yàn)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(xiàn)

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