某球团厂配套烟气超低排放升级改造工程粉尘治理难点分析

陈亮亮 胡凯

（1.中钢集团天澄环保科技股份有限公司，武汉 430205；2.湖北省工业建筑集团有限公司，武汉 430064）

0 引言

2019年4月，生态环境部等五部委联合印发了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》（环大气[2019]35号），规定对烧结机机头、球团焙烧烟气颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放质量浓度小时均值分别不高于10、35、50 mg/m3。氧化球团的生产方法主要有竖炉工艺、链篦机-回转窑工艺和带式焙烧机工艺。目前，我国主要采用竖炉和链篦机-回转窑生产氧化球团矿［1］。

球团链篦机-回转窑生产工艺中，根据球团在升温焙烧中温度变化的特点，把热工工艺制度分别置于链篦机、回转窑、环冷机3个设备上，在链篦机上实现生球的干燥和预热，在回转窑中进行高温焙烧，在冷却机中进行冷却［1］。

1 球团链篦机-回转窑烟气特点

链篦机-回转窑烟气为循环烟气，较为复杂，示意图见图1。其中，链篦机分为鼓风干燥段（UDD，约150℃）、抽风干燥段（DDD，150～250℃）、预热I段（TPH，约600℃）和预热II段（PH，900～1 000℃）［2］。链篦机铺满料时间约40 min，铺料厚度170～200 mm，速度2.4 m/s。回热风机将预热II段（PH）的热烟气循环到抽风干燥段，用于球团干燥生球；这部分烟气主要来自于环冷机第一冷却段高温热风以及回转窑焙烧过程中产生的烟气环冷机内冷却时间为40～50 min，第一冷却段温度1 000℃，第二冷却段约500℃，第三冷却段约200℃。原料采用30%～40%硫酸渣，其他为铁精粉，含S通常在0.7%左右。回转窑燃料为煤气14 000 m3/h，其他采用天然气，回转窑内焙烧时间约40 min，温度1 150～1 250℃，开始烘炉时采用天然气，温度到400℃时，加入煤气，烘到窑尾800℃以上。煤气来自3台并联煤气发生炉，只做了两层电捕焦油器，未做其他处理。回转窑和干燥生球过程中都会产生含尘、含硫和氮氧化物的热废气。这些含多种污染物的废气必须进行净化处理才能经过主抽风机进行排放，主抽风机（工况140～175℃）正常风量680 000 m3/h，最大750 000 m3/h。

该球团厂主抽风机烟气特点有：①链篦机-回转窑燃烧率较高，烟气排放量大；②烟气温度波动大，温度在90～175℃波动；③）烟气成分复杂，在燃料燃烧时会产生氯化氢、二氧化硫和氮氧化物等气体外，根据矿石原料中含硫率的不同，会引起排放烟气中二氧化硫的含量随配料的变化而变化。该球团厂原料配比中会掺入硫酸渣，造成烟气中二氧化硫的质量浓度波动很大，在2 000～9 000 mg/m3波动；④烟气湿度比较大，一般在10%左右；⑤烟气含氧量高，约占10%～15%。

2 烟气治理工艺路线选择

该球团厂主抽烟气系统原配套为静电除尘器+氨法脱硫，设计标准为烟囱出口SO2质量浓度＜200 mg/m3，粉尘质量浓度＜100 mg/m3，且由于烟气工况质量波动及脱硫系统运行问题，氨法脱硫系统运行不稳定，烟囱出口指标长期不达标，亟需进行升级改造。球团主抽风机出口烟气参数见表1。

考虑到该球团厂SO2浓度过高，选择湿法脱硫的主工艺路线，同时为解决湿法脱硫后烟气“石膏雨”和实现粉尘的超低排放，在湿法脱硫塔顶设置湿式电除尘器。

最终确定采用SNCR+SCR脱硝（前端）+静电除尘器+石灰-石膏湿法脱硫+湿电除尘工艺。湿法脱硫以石灰作为脱硫剂。

3 粉尘治理难点

在对大量已投运的湿法脱硫系统进行分析后发现，实现二氧化硫的超低排放相对比较简单，较容易达标，但在没有采用其他粉尘脱除手段的情况下，脱硫系统后粉尘能完全实现超低排放的案例较少。其主要原因有：

1）湿法脱硫的协同除尘作用不明显。湿法脱硫系统主要还是以脱除二氧化硫为目的，在设计时往往没有重点考虑吸收塔在脱硫过程中对除尘的协同作用。通过对一些脱硫系统的实际测试和经验计算值，现在大家普遍认为湿法脱硫对粉尘脱除效率仅为50%左右。

2）石膏雨现象的困扰。当吸收塔参数选型不合理、脱硫塔顶部除雾器设置不合适时，脱硫后烟囱排放的烟气中会夹带大量的小液滴，严重时会在烟囱周围形成“石膏雨”，对周围环境造成二次污染。

3）湿法脱硫系统偏流严重。湿法脱硫装置大多数都采用一侧进风的方式，这种进风方式会造成烟气在脱硫塔截面的气流分布不均，在入口的对侧形成高速烟气流场，从而使烟气到达首层喷淋层时流场分布偏流严重。一方面是远离吸收塔入口区域的液气比较低，另一方面是靠近吸收塔入口区域的液气比较高，这是引起近塔壁烟气逃逸，脱除效率偏离设计值的原因之一。随着超低排放标准的实施，这种烟气偏流现象就可能造成粉尘排放浓度超标。

4）脱硫前主电除尘器除尘效率不达标。球团工艺中的抽风干燥段和预热I段的烟气由于温度波动大、湿度大、含氧量高，烟气中含二氧化硫等腐蚀性气体，通常采用静电除尘器。实际运行中，静电除尘器通常存在选型偏小、电场流速过高、比集尘面积小；振打系统运行维护不到位造成清灰效果差；烟气温度波动大，长期运行在露点温度以下，极板极线积灰严重等问题，造成主电除尘器除尘效率不达标，进入脱硫塔的粉尘浓度偏高，进一步加重脱硫塔的除尘负担。

4 粉尘达标排放的应对措施

4.1 对现有电除尘器进行维修改造

考虑现场场地及施工工期等因素，保留现有电除尘器，进行恢复性大修和改造。主要内容包括：①将原单相电源升级改造成三相电源，提升电源的效率；②对原有振打系统进行调整，根据不同电场除尘效果不同进行有针对性的振打周期设置；③对原电除尘器入口烟道及气流分布板进行改造，保证进入除尘器的烟气尽量均布；④对除尘器本体进行恢复性大修，主要包括：阴阳极系统间距校准，阴阳极振打校准，分布板槽形板检修，漏风点修复等；⑤对球团生产工艺进行局部调整，控制烟气温度尽量在露点温度以上。

通过以上措施，可确保主电除尘器正常运行，进入脱硫塔烟气粉尘质量浓度控制在120 mg/m3以下。

4.2 提升脱硫塔除尘效率

1）采用5层喷淋和2层托盘。进入脱硫塔的烟气，根据塔内结构设计，按顺序通过托盘、喷淋层和除雾器。喷嘴喷出的浆液由塔上部喷入落到托盘上，与含尘烟气接触，部分粉尘被托盘筛孔流下来的液滴所捕获，或由于气流在改变方向时的惯性作用下，一些较粗的尘粒沉降到塔的底部被底部液膜所捕集；而大部分微细粉尘与烟气一起通过小孔进入托盘上部的持液层，烟气高速进入持液层并激起大量的液泡，形成的液膜能有效增大烟气与浆液的传质表面积，粉尘在惯性、扩散作用的同时又不断地受到液泡的扰动，使粉尘不断改变方向，增加了粉尘与液体的接触机会，气体得到净化。托盘对烟尘粒径的分级去除效率见图2。

2）应用高效除雾器加强对雾滴的脱除。经研究，经除雾器处理后的烟气液滴含固量与石膏浆液池中的含固量是有区别的，一般除雾器处理后的烟气中液滴含固量小于20%，而且含固量的大小还与液滴粒径分布有关，如图3所示。

本项目中，在脱硫塔顶端出口设置有1级管式和3级屋脊式高效除雾器。

通过以上措施，可确保脱硫塔出口进入湿式电除尘器的烟气粉尘质量浓度控制在50 mg/m3以下。

3）优化湿式电除尘器设计。本项目中，由于烟气中二氧化硫质量浓度高达9 000 mg/m3，且烟气温度较高，三氧化硫转化率按2%，理论计算烟气中三氧化硫质量浓度约为180 mg/m3，实测值更高。

由于进入湿式电除尘器中的三氧化硫、气溶胶、水汽及PM2.5等微细粒子浓度过高，容易造成湿式电除尘器出现二次电压高、二次电流低的电晕闭塞的现象，除尘效率偏低。为解决这一问题，湿式电除尘器在设计中，通过降低电场流速（约1.6 m/s）、提高高压电源电压等级（100 kV）、选择电流密度和放电性好的阴极线以及提高绝缘等级、减少放电等措施，确保湿式电除尘器的高效运行。

5 结论

目前，该项目中采用以SNCR+SCR脱硝（前端）+静电除尘器+石灰-石膏湿法脱硫+湿电除尘工艺的技术路线已成功投运，脱硫装置出口烟尘浓度实际运行均低于设计值，烟尘排放质量浓度可达10 mg/m3。随着钢铁行业超低排放要求的不断推行，烧结、球团等烟气中粉尘的达标排放成为治理重点和难点。充分利用各污染物脱除设备之间的协同能力，经济、高效地实现烟气污染物协同处理是未来发展的趋势，将在我国钢铁冶金行业节能减排工作中起到积极作用。