目前國(guó)內(nèi)大部分鋼鐵行業(yè)燒結(jié)機(jī)煙氣均進(jìn)行了脫硝、脫硫升級(jí)改造，其方案主要以濕法煙氣脫硫?yàn)橹?，此方法是造成煙氣煙羽現(xiàn)象的主要因素。因地域差別，通常煙羽溫度在45℃-55℃之間，此時(shí)的煙氣為飽和濕煙氣，煙氣中含有大量的水蒸汽，具有一定的潛熱，如果煙氣由煙囪直接排出，受大氣溫度的影響，煙氣中的水蒸汽就會(huì)凝結(jié)形成濕煙羽。
因此，煙氣煙羽治理的關(guān)鍵就是排放煙氣溫度、濕度的控制。本文以某鋼鐵責(zé)任有限公司2*230㎡燒結(jié)機(jī)煙氣煙羽治理方法進(jìn)行淺談，希望對(duì)鋼鐵行業(yè)煙羽治理的發(fā)展帶來(lái)積極意義。
目前國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)絕大多數(shù)燒結(jié)機(jī)煙氣處理常見(jiàn)以噴淋或濕法脫硫?yàn)橹鳎艧煖囟冉抵?5℃-55℃，此時(shí)的煙氣通常是飽和濕煙氣，煙氣中含有大量水蒸汽，與環(huán)境冷空氣混合，在降溫過(guò)程中，所含的水蒸氣飽和凝結(jié)，凝結(jié)水霧滴對(duì)光線產(chǎn)生折射、散射，使煙羽呈現(xiàn)出白色或者灰色，被稱(chēng)為“濕煙羽”，“煙氣消白”就是指去除濕煙氣中的水蒸氣[。
煙氣消白消除的不是視覺(jué)上的污染，而是比較徹底的消除煙氣中的氮氧化物，硫化物，氣溶膠，各種煙塵顆粒物及結(jié)晶鹽顆粒物質(zhì)。隨著國(guó)家大氣污染防治政策的深入實(shí)施，我國(guó)鋼鐵行業(yè)環(huán)保壓力顯著增加，煙氣消白也日益納入環(huán)保改造項(xiàng)目。
1治理背景
2018年，天津市國(guó)內(nèi)首個(gè)地方在大氣標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)煙氣排放溫度做出限定，規(guī)定非采暖季（4月至10月）煙氣排放溫度≤48℃，采暖季（11月至次年3月）煙氣排放溫度≤45℃，并且鼓勵(lì)使用余熱對(duì)降溫后煙氣進(jìn)行再加熱，該標(biāo)準(zhǔn)已于2018年7月1日正式實(shí)施，標(biāo)志著我國(guó)煙氣消白治理進(jìn)入里程碑階段。
某鋼鐵責(zé)任有限公司2*230㎡燒結(jié)機(jī)煙氣處理設(shè)計(jì)濕法脫硫系統(tǒng)，系統(tǒng)升級(jí)改造需要增加SCR脫硝和消白系統(tǒng)來(lái)保證環(huán)保達(dá)標(biāo)排放。由于燒結(jié)機(jī)出口煙氣溫度平均在130℃-145℃左右，往往運(yùn)行期間保持脫硝催化劑反應(yīng)溫度要滿足320℃-380℃（催化劑設(shè)計(jì)最低、最高連續(xù)運(yùn)行煙溫為295℃-420℃）。
過(guò)低的反應(yīng)溫度將大大提高副反應(yīng)的發(fā)生，生產(chǎn)（NH4）2SO4或NH4HSO4附著在催化劑表面，堵塞催化劑的通道和微孔，從而大大降低催化劑的活性[3]；過(guò)高則增加高爐煤氣消耗量和二次換熱的困難。因此燒結(jié)機(jī)煙氣的消白治理不僅僅考慮消白系統(tǒng)，更多的要結(jié)合脫硝、脫硫系統(tǒng)綜合治理，進(jìn)而消除二次污染并節(jié)約資源和經(jīng)濟(jì)成本。
2燒結(jié)工藝介紹
燒結(jié)是指在一定的高溫作用下，使鐵礦粉末或粉末壓坯加熱到低于其基本成分的熔點(diǎn)的溫度，產(chǎn)生一定量的液相，并與其他未熔礦石顆粒作用，冷卻后液相將礦粉顆粒之間發(fā)生粘結(jié)，燒結(jié)體的強(qiáng)度增加，把粉末顆粒的聚集體變成為晶粒的聚結(jié)體，從而獲得所需的物理、機(jī)械性能的制品或材料。其中，帶式燒結(jié)機(jī)是我國(guó)冶金鋼鐵企業(yè)使用最為廣泛的一種燒結(jié)機(jī)款型，其技術(shù)先進(jìn)可靠且實(shí)用，適用于大、中型規(guī)模燒結(jié)廠的鐵礦粉燒結(jié)處理。
帶式燒結(jié)機(jī)是由鋪設(shè)在鋼結(jié)構(gòu)上的封閉軌道和在軌道上連續(xù)運(yùn)動(dòng)的一系列燒結(jié)臺(tái)車(chē)組成。首先將燒結(jié)礦中分出的鋪底料加至臺(tái)車(chē)上，以保護(hù)臺(tái)車(chē)箅條并減少?gòu)U氣中的含灰量然后再將燒結(jié)混合料經(jīng)布料機(jī)加至臺(tái)車(chē)上，并保持規(guī)定的高度。
隨之進(jìn)行抽風(fēng)點(diǎn)火燒結(jié)，隨著臺(tái)車(chē)的前進(jìn)，通過(guò)抽風(fēng)助燃，燒結(jié)過(guò)程將由料層表面向下不斷進(jìn)行.將混合料由上至下燒透，生成燒結(jié)礦。至機(jī)尾時(shí)燒結(jié)完成，臺(tái)車(chē)翻轉(zhuǎn)而將燒結(jié)餅傾卸。燒結(jié)餅經(jīng)破碎和篩出熱支礦后，送至冷卻機(jī)冷卻。空臺(tái)車(chē)沿下部軌道繼續(xù)運(yùn)行回?zé)Y(jié)機(jī)頭部，進(jìn)行新一輪的加料點(diǎn)火燒結(jié)過(guò)程，如此循環(huán)。而燒結(jié)廢氣則由料層中抽出至臺(tái)車(chē)下的風(fēng)箱從而并入除塵入口煙道，經(jīng)脫硝、脫硫處理后排向煙囪。
3可行性方案
本可行性方案采用“先降溫、后升溫”的技術(shù)路線，參照燒結(jié)機(jī)煙氣低溫及高爐煤氣加熱升溫的特點(diǎn)，設(shè)置一級(jí)煙氣冷卻器、MGGH煙氣冷卻器、煙氣冷凝器、MGGH煙氣再熱器以及冷卻塔等系統(tǒng)。
一級(jí)煙氣冷卻器布置在GGH與增壓風(fēng)機(jī)之間的煙道上，主要是將吸收塔入口煙氣溫度從175℃-185℃冷卻至115℃-120℃，保證其煙氣溫度始終在酸露點(diǎn)以上，這部分余熱品味相對(duì)較高，煙氣冷卻降溫釋放出的熱量，可供70℃供熱回水升溫至90℃去熱網(wǎng)供水或去后期余熱發(fā)電鍋爐使用，其換熱管材質(zhì)為DN鋼制作。
MGGH煙氣冷卻器，布置于現(xiàn)有脫硫系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)與吸收塔之間，將115℃-120℃煙氣進(jìn)一步冷卻至90℃-95℃進(jìn)入吸收塔，該部分回收的熱量供MGGH煙氣冷凝器出口煙氣加熱使用，其換熱管材質(zhì)為2205制作。
煙氣冷凝器，對(duì)現(xiàn)有脫硫系統(tǒng)吸收塔出口煙囪進(jìn)行改造，將塔頂錐段部分改為側(cè)出式水平煙道，將煙氣冷凝器布置于此處，將吸收塔出口約50℃-53℃的飽和煙氣降至48℃/45℃（非采暖季工況/采暖季工況），其換熱管材質(zhì)為氟塑料PFA制作。
MGGH煙氣加熱器，布置于煙氣冷凝換熱器后，利用MGGH煙氣冷卻器回收的熱量將48℃/45℃（非采暖季工況/采暖季工況）的煙氣加熱至71℃/68℃（非采暖季工況/采暖季工況）后通過(guò)煙囪排放至大氣，其換熱管材質(zhì)為氟塑料PFA制作。
其中，MGGH系統(tǒng)采用閉式循環(huán)二次換熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)功能為完成煙氣和水之間的換熱。水在煙氣冷卻器中吸收煙氣熱量，通過(guò)循環(huán)水泵輸送到煙氣再熱器，把熱量傳給從吸收塔出來(lái)的凈煙氣，煙氣側(cè)入口過(guò)渡段設(shè)有導(dǎo)流板，以保證換熱器煙氣流暢均勻。MGGH系統(tǒng)還配備取樣系統(tǒng)定期檢測(cè)循環(huán)水電導(dǎo)率，通過(guò)加藥系統(tǒng)添加30%NaOH溶液將循環(huán)水PH值控制在9-9.5，以保護(hù)碳鋼循環(huán)管道。
冷卻塔屬熱交換設(shè)備系統(tǒng)，其利用空氣對(duì)通過(guò)其的水冷卻，冷卻塔冷卻過(guò)程中同時(shí)把水汽化潛熱帶入空氣。
具體流程圖詳見(jiàn)圖一。
圖一
4調(diào)試試驗(yàn)
2019年08月10日10時(shí)，兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)煙氣消白系統(tǒng)安裝完畢后僅投運(yùn)一級(jí)煙氣冷卻器，由于當(dāng)時(shí)煙氣冷凝器和MGGH未投運(yùn)，濕度較大，煙羽現(xiàn)象特別明顯。此時(shí)吸收塔入口煙氣溫度為111℃，吸收塔出口及煙囪入口溫度為55℃，對(duì)兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)煙氣煙羽情況進(jìn)行了拍攝記錄，如圖一所示。
2019年08月13日8時(shí)50分，兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)煙氣消白系統(tǒng)安裝完畢后進(jìn)行投運(yùn)調(diào)試，由于當(dāng)時(shí)濕度相對(duì)較大，加之煙氣冷凝器冷凝調(diào)試效果不明顯，出現(xiàn)明顯的少許煙羽現(xiàn)象。此時(shí)吸收塔入口煙氣溫度為110℃、吸收塔出口溫度為55℃、煙氣冷凝器出口溫度51.1℃、煙囪入口溫度為69.8℃（干煙氣），對(duì)兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)煙氣煙羽情況進(jìn)行了拍攝記錄，如圖二所示。
2019年08月20日11時(shí)，兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)煙氣消白系統(tǒng)調(diào)試完畢，由于吸收塔入口煙溫和煙氣冷凝器、MGGH未達(dá)設(shè)計(jì)值出力，煙囪出口出現(xiàn)煙羽基本消失現(xiàn)象。此時(shí)吸收塔入口煙氣溫度為100℃、吸收塔出口溫度為53℃、煙氣冷凝器出口溫度49.2℃、煙囪入口溫度為69.5℃（干煙氣），對(duì)兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)煙氣煙羽情況進(jìn)行了拍攝記錄，如圖三所示。
2019年06月15日15時(shí)31分，兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)煙氣消白系統(tǒng)調(diào)試完畢后運(yùn)行正常，此時(shí)環(huán)境溫度32℃、吸收塔入口煙氣溫度為96.5℃、吸收塔出口溫度為52℃、煙氣冷凝器出口溫度52.6℃、煙囪入口溫度為69.2℃（干煙氣），煙囪出口煙羽完全消失，SO2、NOX、粉塵含量均達(dá)標(biāo)排放，對(duì)兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)煙氣煙羽情況進(jìn)行了拍攝記錄，如圖四所示。
各參數(shù)記錄表：
5結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)和分析，在系統(tǒng)運(yùn)行正常的工況下，可以看出有色煙羽的消除與當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、排煙溫度、排煙濕度等參數(shù)密切相關(guān)外，還與顆粒物的排放有關(guān)。排煙中顆粒物的含量高，水蒸氣凝結(jié)豐富，既是在遠(yuǎn)高于露點(diǎn)的情況下，水蒸氣也能夠凝結(jié)形成煙羽，單排煙中顆粒物≤5mg/m3時(shí)，對(duì)水蒸氣的凝結(jié)明顯減小。
