包鋼煉鐵廠ENS燒結煙氣除氟脫硫工藝
摘要：包鋼燒結機頭煙氣除氟脫硫從上世紀60年代建成初期就采用的噴淋塔濕法工藝,，運行了近40年,。從2001年起，包鋼人開始尋求用新技術對原有濕法噴淋塔工藝進行改造,。經過幾年的研究,、探索、工程實踐,，完成了采用ENS半干法脫硫工藝代替舊工藝的技術,、設計、工程實施,、工程檢驗等工作,。陸續(xù)在新建的三燒(1X 265m2燒結機)、改造一燒(2×180m2燒結機)工程中應用,，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生活的影響,，減少了大量操作管理人員、減輕了設備維護工作等顯著效果,。實踐證明,，這一環(huán)保技術的進步，不僅讓包鋼煙氣脫硫除氟的技術水平在國內同行中處于領先,、達到了國際先進水平,，而且在節(jié)能、減排上,，為企業(yè)做出了巨大貢獻,，經濟效益和環(huán)保效益十分明顯。
關鍵詞：燒結,環(huán)境保護,脫硫,脫氟
1歷史情況介紹
包頭鋼鐵集團(公司)雖然地處我國西北內蒙古地區(qū),，但是其燒結生產中的機頭煙氣凈化工作一直在國內行業(yè)中地位特殊,。早在上世紀60一90年代，國內各大鋼廠的燒結煙氣都仍采用除塵加高空直排時,，包鋼對所有燒結機頭煙氣已進行了除塵加噴淋塔濕法工藝,，對煙氣進行了除氟脫硫凈化。這主要是因為包鋼的自有鐵礦一一白云鄂博礦中含有較高的氟,，為了對周邊的環(huán)境負責,，所以使用了這套煙氣凈化工藝。
濕法除氟脫硫工藝經過近40年的運行,，無疑對包頭地區(qū)的環(huán)境保護做出了巨大貢獻,，但為此包鋼也付出了巨大的代價。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,，形成一個巨大的尾礦壩,，影響了周邊的農田、作物,、居民生活,。
其次是噴淋塔形成的酸雨嚴重影響了工廠該區(qū)域內的生產、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)域內的生產設備,、過往車輛嚴重腐蝕,，嚴重影響行人通行等問題。
第三是除氟脫硫設備,、管道,、煙囪腐蝕結垢嚴重，維護工作量大,，維修費用高,，難以保證常年正常運行。平均每年因更換管道,、設備,、內襯材料的費用在200—500萬元／年。
第四是除氟脫硫效率低,，難以達到環(huán)保要求。經過近40年的運行經驗,，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90年末認識到這種低效率,、高運行費用,、高維護費用的濕法煙氣除氟脫硫工藝，已很難適應現(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,，包鋼在上世紀末和2000年初,，對國內的煙氣凈化工藝進行了多次考察，但那時國內鋼廠的燒結煙氣凈化工程實例幾乎沒有,，而針對濕法工藝的技術改造也很難滿足包鋼的現(xiàn)實要求,。
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,，增加較多的設備和設施,，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的濕法工藝,，其運行費用較高,，對于含硫含氟不太高的燒結煙氣而言，很難承受,?；谝陨蠗l件和運行費用等原因，包鋼與北京科大聯(lián)創(chuàng)冶金技術有限公司的合作,，開始對國外的成功技術進行研究,、實驗和考察。
經過2001年到2004年的多次技術論證,、工業(yè)性實驗、出國考察,，包鋼終于決定采用從德國引進的ENS 半干法技術對現(xiàn)有濕法噴淋塔進行技術改造,。這項技術之所以在眾多國外先進技術中，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、未來同時兼顧等優(yōu)點,。
1,、工藝是成熟,、先進的。包鋼在2004年現(xiàn)場工業(yè)性實驗成功的基礎上,，對歐洲的德國,、盧森堡等多家企業(yè)進行了考察，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)大量應用，運行效果情況良好,，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,、設備腐蝕、結垢,、酸雨等問題，除氟脫硫效率大大提高,，而且可以根據實際情況的要求，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)冶金技術有限公司共同的研究和技術攻關,，解決了國外成套技術費用高,、成套設備費用高，技術標準高等問題,，使其在保留國外核心技術和核心設備的同時，適用于目前國內企業(yè)的能力和要求,。這些工作主要有：
1)技術費用談判上，變一次性技術轉讓為按工程數(shù)量收取技術費,。
2)不采用成套設備的引進,，而是只保留核心設備的引進，并選用直接與單體設備供應商簽約的形式,，其他設備全部國內配套,，使工程投資只有歐洲的1／10，比國內電廠相同規(guī)模的脫硫工程投資還少,。
3)按照國內目前的環(huán)保要求和包鋼的實際需要,，修改工藝配置，做到現(xiàn)在未來同時兼顧,。
3 包鋼在新建的三燒(1×265m2燒結機),、改造一燒(2 X 180m2燒結機)工程中應用情況
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該三燒煙氣凈化工程從2004年5月開始設計，2004年11月開始施工,，于2005年5月投產,。至今已運二年多。
包鋼三燒運行的ENS半干法除氟脫硫設施,，共有兩條套,，每套處理氣量為：87萬m3／h，檢測結果為：除氟率>95％,，脫硫率>70％,。
運行二年多的時間表明，ENS半干法工藝具有以下特點：
1)除氟脫硫效率較高,。超過了設計規(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半干法反應塔阻力在200Pa左右。 5)反應產物為干粉,，可綜合利用于水泥,、道路等行業(yè)。 6)元管道,、設備腐蝕,、結垢,。 7)排出煙氣為干態(tài)，不飄酸雨,。
2,、包鋼一燒(2X180m2燒結機)264萬m3／h風量的煙氣凈化工程
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。在主抽風機后原有噴淋塔,，采用的是濕法噴淋塔工藝,，每年用新水約300萬噸／年，平均維護費用在350萬元／年,，除氟效率約40％,，脫硫效率約20％。
2007年配合生產工藝的改造,，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半干法的反應塔，并在ENS半干法反應塔后新增四座四電場高效電除塵器,，這樣使除氟率可以達到95％,，脫硫率達可以到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)約運行費用約300萬元／年?？梢赃_到目前國家對包鋼要求的環(huán)保指標和總量控制指標,。
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機余壓,，采用正壓除氟脫硫除塵工藝，節(jié)約了新增風機的費用,，同時還預留了將來采用布袋除塵器,，到達更高環(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行,，雖然施工難度很大,，但經過精心組織,，合理安排，目前工程施工已順利完成,，正進入熱負荷調試階段,。
4 ENS半干法在燒結機頭煙氣脫硫除氟及去除二惡英、可吸入顆粒的技術原理及特點
燒結機頭煙氣相對于其它工業(yè)的煙氣,，有其自身的一些特點,，根據我們的實踐經驗，可歸納為：
1)燒結機頭煙氣量大,，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：濃度波動范圍較大,。這是燒結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這些波動的能力,。
3)污染物成分較復雜,，我國環(huán)保要求會越來越高，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)場儲備滿足要求的堿性鈣粉，根據出口SO：的設定值,，在線按需要量,，經計量后，投加至大煙道,，并與煙氣混合進入反應塔,。反應塔設霧化器，利用壓縮空氣將清水霧化,，并根據反應塔前后溫度自動控制霧化水量,，保證反應和出塔煙氣干燥。除塵器集灰部分循環(huán)使用,。
ENS半干法針對燒結機頭煙氣的特點,，在工藝上采用了：
1)針對中低濃度的SO。等酸性成分的去除,，做到在線調節(jié)中和劑和循環(huán)量的投加,，確保到達較高去除率的同時，降低運行費用,。
2)霧化與粉料增濕分開,，具備二個強化反應的技術手段,，不僅工藝簡潔，反應器簡單,，操作運行可靠,，而且適應燒結煙氣濕度的大幅度波動。
3)霧化與反應同步進行,，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,，實現(xiàn)有序高效的混合與反應,。
4)反應器為上進氣、下出氣,，順流形式,，不僅適應風量較大幅度的變化，而且反應塔壓降僅有200— 300Pa,。
5)利用掃帶(entrained flow)原理,，在管道上完成物料循環(huán)使用，不僅實現(xiàn)殘余中和劑的二次反應,，而且避免了反應器堵塞,、阻力大等缺點。
6)后續(xù)除塵如果采用布袋除塵器,，可以實現(xiàn)去除二惡英,、可吸人顆粒等污染物，可以達到歐盟標準,。
5 結論
包鋼煉鐵廠通過對原有燒結機頭煙氣凈化工藝的改進,，選用了先進、可行,、適用的ENS半干法除氟脫硫技術,，對三燒和一燒機頭煙氣完成了示范工程的建設和改造。實踐證明,，該技術先進,，為公司節(jié)能減排，改善環(huán)境做出了巨大貢獻,。
就目前在兩個燒結車間使用新技術的情況看,，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，不僅在經濟、環(huán)保上取得了顯著效益,，而且促進了包鋼環(huán)保技術的進步,，樹立了包鋼良好的企業(yè)形象。
包鋼通過這項工作的實踐,，證明只要采用了國際先進的技術,，搞好環(huán)保對于企業(yè)來說，不僅不是負擔,，而且可以達到節(jié)能減排,，經濟、社會效益雙豐收的效果,。
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