新鋼燒結脫硫廢水系統的運行優化

喻珊，李曉馨，詹徐山，陳友根

（新余新鋼集團有限公司，江西 新余 338000）

摘 要：新鋼燒結濕法脫硫廢水處理一直是難題。為了緩解新鋼燒結脫硫廢水的現狀，新鋼采取提高石膏品質、降低廢水有害成分、改進廢水管道、優化操作等有效措施，提高了脫硫運行效果，同時達到降本增效的目的。

關鍵詞：濕法脫硫；脫硫廢水；石膏

0 引 言

石灰石（石灰）要濕法煙氣脫硫因處理煙氣量大、脫硫劑成本低廉、脫硫效率高，以及副產物（石膏）可回收利用等優點被全世界所推廣，但也存在投資大、設備腐蝕、管道堵塞、運行不穩定堯容易受入口煙氣量波動和脫硫廢水難處理等問題^[1]。燒結脫硫廢水成分復雜，且為弱酸性（pH 5.0~7.0），主要有重金屬、懸浮物、過飽和的亞硫酸鹽、硫酸鹽、氨氮、油分以及 Cl^-[2]。懸浮物主要是來自漿液中的硫酸鈣、亞硫酸鹽以及微細粉塵；NH⁴⁺來源于脫硫系統的工藝水和燒結煤中有機組分^[3]；Ca²⁺和Mg²⁺主要來源于脫硫劑；Cl^-主要來源于煤、脫硫劑和工藝水；F^-主要來源于煤；重金屬主要來源于煤；COD 主要由亞硫酸鹽組成，來自脫硫系統反應的中間產物^[4]。文中結合現場以及遇到的問題對燒結脫硫廢水系統進行優化，以緩解廢水系統存在的問題。 

1 新鋼燒結脫硫廢水來源

燒結機將混合后的原料進行燒結，產生大量的煙氣，煙氣含有大量的 SO₂、NO_x、粉塵、二噁英、重金屬等成分^[5]，燒結煙氣在電除塵作用下去除粉塵及少量重金屬，經過主抽風機抽氣后，在增壓風機的作用下進入脫硫系統，去除煙氣中 SO₂。濕法脫硫系統采用石灰石或生石灰加水制成一定濃度的脫硫劑，經供漿泵進入脫硫塔漿液區，循環泵連續不斷的將漿液輸入噴淋區，與煙氣中的 SO₂ 反應生成亞硫酸鈣（CaSO₃），亞硫酸鈣在氧化風機的作用 下氧化成硫酸鈣（CaSO₄），硫酸鈣飽和后結晶析出成為石膏（CaSO_4•2H₂O）。達到一定濃度的石膏漿液在石膏旋流器分離后，石膏旋流器的底流進入真空皮帶機下脫干后形成副產物石膏，上溢流則進入廢水旋流器進行離心分離，廢水旋流器的上溢流即為脫硫廢水。脫硫廢水進入廢水處理系統后回用到燒結機，用于燒結機配料用水，如圖 1 所示。達到一定飽和的石膏漿液如不及時排出吸收塔將會影響脫硫效率，同時煙氣中攜帶的有害成分也會對整個脫硫系統造成負面影響，因此，為了防止系統內的有害成分（氯離子、粉塵等）對脫硫系統造成影響，必須對其進行脫膏和排放廢水，使其進行置換。 

2 新鋼燒結脫硫廢水的現狀及處理

2.1 新鋼燒結煙氣脫硫體系運行現狀

新鋼燒結廠共有 5 臺燒結機，均配有獨立的脫硫系統。4#、5#、6#、8# 燒結煙氣匹配的脫硫系統采用石灰石（石灰-石膏）濕法脫硫法，其中 4#、5#、6# 脫硫系統采用生石灰作為脫硫劑，8# 脫硫系統采用石灰石作脫硫劑。 7# 燒結煙氣采用半干法循環流化床法。為防止燒結機因脫硫系統進行大修或者改造時停產，建立一套石灰石（石灰-石膏）濕法脫硫系統作為 5#、6#、7# 脫硫系統的備用系統，采用石灰石作為脫硫劑。目前，7# 脫硫系統正處于大修狀態，7# 燒結煙氣采用備用濕法脫硫系統。新鋼燒結廠共有 3 套脫硫廢水處理系統，共產廢水量 534 t/d。其中 4#、8# 脫硫共用一套廢水系統，共產廢水 240 t/d，廢水存儲箱 1# 廢水池，供給 8# 燒結機配料使用；5#、6# 脫硫共用一套廢水系統，共產廢水 168 t/d，廢水存儲箱 150 m³ 廢水池，供給 6#、7# 燒結機配料使用；7# 脫硫一套廢水系統，共產廢水 126 t/d，廢水存儲箱 2# 廢水池，供給 4#、5# 燒 結機配料使用。為緩解燒結機配料用水的壓力，3 個廢水儲存箱之間互通，保證脫硫系統正常運行。

2.2 新鋼燒結脫硫廢水處理

廢水中 COD、氨氮以及 Cl^-濃度波動范圍如表 1 所示。脫硫廢水經廢水旋流器頂部進入廢水三聯箱，即在中和箱中加堿（石灰乳），調整廢水 pH 值 在 9 左右，使水中的重金屬形成氫氧化物沉淀，F^- 與 Ca²⁺反應生成 CaF₂ 沉淀^[6]；在絮凝箱中加絮凝劑 （PAC 聚合氯化鋁），使水中大部分懸浮物沉淀；在沉淀箱中加助凝劑（PAM 聚丙烯酰胺），增大絮凝體的體積，增加沉淀速度，降低細小絮體的殘留。經三聯箱處理后進入澄清池，進行泥水分離，底部污泥由提升泵到達板框壓濾機壓泥后運走，上清液則進入廢水儲存箱，供燒結機配料使用，如圖 2 所示。

3 新鋼燒結脫硫廢水系統存在的問題

3.1 廢水成分含量富集

因廢水采用回用的方式，廢水中 COD、氨氮以及氯離子濃度不斷富集，包裹在脫硫劑表面，導致漿液中毒，抑制脫硫劑與 SO₂ 反應，致使脫硫效果變差。氯離子和氨氮對設備腐蝕較大，設備檢修頻繁，影響設備運行經濟性和縮短使用壽命。氯離子含量增多，Ca²⁺易與 Cl^-結合，包裹在漿液表面，影響脫硫劑的利用率，增大脫硫劑的使用；漿液中氯離子含量增多影響石膏結晶，致使石膏脫水困難，影響石膏質量。 

3.2 脫硫劑不合格

脫硫劑雜質較多，且顆粒較大，包裹在脫硫劑表面袁影響脫硫劑與 SO₂ 反應效果，降低了脫硫劑的利用率，且會影響石膏品質；鎂含量較多，容易產生泡沫，造成虛假液位^[7]，影響判斷，且溢流液容易進入吸收塔入口煙道，影響增壓風機運行和腐蝕煙道。 

3.3 石膏結晶效果差

石膏晶體很小，導致脫水時有部分石膏進入廢水系統，致使廢水懸浮物增加，導致結垢，容易堵塞廢水管道，造成燒結機配料用量減少，增加脫水負擔。 

3.4 廢水存儲空間不足

目前，入口硫含量較高，為控制出口硫指標，供漿量大，脫水頻繁，脫硫廢水增大，已超出燒結機配料使用量和廢水儲存箱容量，影響脫水，從而影響正常生產。 

4 新鋼燒結脫硫廢水系統的優化

4.1 降低廢水成分含量

提高燒結機機頭除塵效率，確保除塵柜一次、 二次電流和電壓正常，導通率高，降低粉塵和煤中的有機組分進入脫硫系統的含量，減少廢水懸浮物以及氨氮濃度；增大氧化效果，盡可能的將亞硫酸鹽氧化成硫酸鹽，降低廢水中的 COD；控制工藝水的品質，盡可能保證工藝水中氨氮、COD 和懸浮物等成分合格。針對廢水中存在泡沫問題，可適當投加除泡劑，控制脫硫劑品質；改造燒結機燃燒系統，減少點火用油，提高燃燒效率^[8]；合理控制氧化風 量，避免多余的空氣以氣泡的形式溢至漿液表面^[9]；適當控制循環泵臺數，減弱擾動帶來的漿液起泡。在保證石膏質量的前提下，通過調節石膏旋流器的壓力，保證漿液中的泡沫、粉塵、重金屬以及氯離子跟隨石膏脫走，且濾餅不沖洗，降低廢水中氯離子、粉塵和重金屬含量，提高漿液品質^[10]。調節石膏旋流器壓力院增加旋流子；石膏旋流器返回閥關小；增大沉沙嘴孔徑。 

4.2 提高脫硫劑利用率

選進合格優質的脫硫劑，提高漿液品質，促進脫硫劑利用率和獲得優質石膏。脫硫劑成分指標院CaCO₃≧90%，MgCO₃≦5%，粒度：90%以上通過250 目（0.065 mm）篩分^[11]。 脫硫劑粒徑越細，越有利于溶解，越容易提高吸收效率，提高漿液過飽和度。適當增加增效劑的使用，減少供漿量，促進石膏的生成，緩解漿液 pH 的波動，減少脫硫塔內結垢現象。循環泵運行臺數少，減少脫硫劑與 SO₂ 接觸面積，降低漿液和石膏品質；循環泵臺數多，打碎石膏晶體，使石膏晶體變小，因此，要適當增加循環泵，減少供漿量，同時促進石膏晶體長大。在出口硫可操控范圍內，降低漿液 pH 值，促進脫硫劑溶解，并于 SO₂ 反應充分袁生成亞硫酸鈣，同時可促進石膏粒徑變大，增大石膏晶體。 

4.3 增大石膏晶體

適當增開氧化風機，加快亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，促進石膏結晶并變大，也可在氧化風機上接壓縮空氣袁增大氧化能力^[12]。控制吸收塔漿液溫度在 45~55 ℃，促進石膏晶體生成。適當提高吸收塔液位，提高氧化反應空間，增強石膏品質。脫硫投運前，可適當添加石膏晶種，以保持石膏在低過飽和度的環境下結晶變大。pH 越低，石膏生成的顆粒越大，但過低的 pH 不利于 SO₂ 吸收，且易腐蝕脫硫塔，因此，結合脫硫劑、SO₂ 及石膏晶體等 3 個因素，適當控制吸收塔 pH，使漿液 pH 保持在 4.8~5.5（石粉做脫硫劑），5.0~6.0（生石灰做脫硫劑）；適當提高漿液密度，增加結晶表面，促進石膏晶體長大。

4.4 減少廢水量

廢水主要來源于石膏脫水和沖洗水，為緩解燒結機配料使用廢水和廢水存儲壓力，減少不必要的廢水量，如沖洗地面水，雨水等，對現場廢水走向進行改造，將澄清池 2# 的上清液流向廣場地坑，再流向廢水存儲箱管道改為澄清池 2# 的上清液直接流向廢水存儲箱，使廢水存儲箱只存儲石膏脫水，如圖 3 所示。

4.5 優化操作

通過培訓學習，提高員工的操作水平；廢水加藥量根據廢水情況合理投加，保證廢水絮凝和助凝效果良好，確保出水水質。加強設備管理，檢查氧化風機出口母管壓力及電流、循環泵電流和出口壓力等，定期清理氧化風機風罩，提高氧化風機風量。定期對澄清池和廢水儲存箱進行清理，每日對廢水管道進行沖洗，以防堵塞管道。 

4.6 改進后的效果

新鋼燒結脫硫廢水經過上述改進后有著明顯的效果，最為直接的效果就是廢水管路堵塞情況明顯降低，以往 7~10 天需要清理一次廢水管道，現改進 4 個月有余，還未發現廢水管道堵塞問題。石膏品質明顯有所上升，石膏含量增加，石膏含水率下 降，石膏品質均達標；廢水成分有所下降，氨氮和氯離子成分相對減少，如表 2 和表 3 所示。

5 結 論

通過對燒結脫硫廢水問題進行分析，在現有的基礎上采取了優化系統操作、改造廢水管道、提高石膏質量等措施，緩解了廢水存儲空間不足和廢水水質等問題，優化了脫硫廢水系統運行，達到降本增效等效果。

參考文獻:

 [1] 崔麗, 陳穎敏. 石灰石-石膏濕法脫硫廢水的處理[J]. 吉林電力, 2008,36(2):16-19.

[2] 司晨浩, 孟冠華, 魏旺, 等. 濕法脫硫廢水處理技術進展[J]. 電力 科技與環保, 2017, 33(1):25-27.

[3] 劉海峰，歐陽純烈，黃天志，等. 吹脫法處理某煉鐵廠燒結煙氣 脫硫廢水氨氮的試驗研究[J].中國化工貿易，2019，6(2):124-125.

[4] 孫普. 燒結脫硫廢水處理工藝的改進及優化[J]. 南方金屬, 2016(2):45-48.

[5] 張翀. 鐵冶煉過程釋放的大氣污染物的濃度特征研究[J]. 山西能源學院學報, 2017, 30(1):216-218.

[6] 李同春. 燒結煙氣脫硫廢水零排放處理實踐[J]. 金屬材料與冶金工程, 2013, 41(5):35-37.

[7] 孫旭峰，倪迎春，彭海. 煙氣脫硫裝置安全經濟運行的分析及措施[J].電力科學與工程，2008, 24(5): 1-4.

[8] 李均，趙金懷，曹暢. 鈣基濕法脫硫漿液起泡溢流的原因及處理[J]. 環境科學與技術, 2017, 40(增刊 1):240-251.

[9] 程永新. FGD 系統中吸收塔漿液起泡溢流的原因分析及解決辦法[J]. 電力科技與環保, 2011, 27(1):35-37.

[10] 張倩. 吸收塔漿液氯離子超標原因分析及控制措施[J]. 電子技術與軟件工程, 2017, 5(17):144-144.

[11] 郭瑞堂. 石灰石活性和塔內流場對濕法煙氣脫硫效率的影響研究[D]. 杭州: 浙江大學, 2008.

[12] 閆維明. 濕法脫硫中吸收塔漿液固體成分與石膏脫水的關系 探討[J]. 熱力發電, 2009, 38(1):99-100.