摘要：面對日益嚴峻的環保形勢，國家及地方環保新標準對燒結機脫硫系統的可靠、高效、連續運行提出了更高要求，對二氧化硫及粉塵等污染物排放濃度的要求也日趨嚴格。早期建設的脫硫設施已無法滿足新標準的要求，原建設的脫硫設施必須通過提效改造來實現顆粒物、二氧化硫的達標排放。文章對如何在改造過程中最大限度的縮短工期、充分利用原有設備減少建設投資實現達標排放等做了充分考慮。
1．前言
某廠265m2燒結機煙氣脫硫建成于2012年5月，采用最為成熟的石灰．石膏濕法脫硫工藝，建成以來運行穩定，排放達標。但2015年1月1日起，山東省燒結機執行新的排放標準，要求顆粒物30mg／Nm3，二氧化硫100mg／Nm3，氮氧化物300mg／Nm3，通過燒結原燃料入口硫份控制，配合脫硫系統調整顆粒物、二氧化硫連續穩定達標排放，特別是2017年起執行更嚴格的排放標準，要求顆粒物20mg／Nm3，二氧化硫100mg／Nm3，氮氧化物300mg／Nm3，原有的脫硫設施達不到新標準要求，必須實施脫硫提效改造。改造過程中燒結機需要停機，所以改造方案必須盡量縮短燒結機的停機時間，同時考慮原有設備的利用以降低投資費用。
2．原脫硫工藝簡介
2．1原脫硫系統簡介
原脫硫系統采用石灰．石膏濕法脫硫工藝，一機一塔，配備一臺增壓風機，煙氣經增壓風機引至煙氣脫硫系統，進入吸收塔進行脫硫反應。脫硫吸收塔為噴淋空塔，煙氣垂直進入吸收塔，然后折向朝上流動并經塔內煙氣整流器整流后，與噴淋而下的漿液進行充分接觸以脫除其中的S0，，在吸收塔內煙氣中的SO，被吸收漿液洗滌并與漿液中的脫硫劑發生反應，反應生成的亞硫酸鈣在吸收塔內底部的循環漿池內被氧化風機鼓入的空氣強制氧化，最終生成石膏，石膏漿液排至石膏漿液池，送入脫硫副產品處理回收系統。脫硫后的潔凈煙氣經除霧器通過塔上直排煙囪直排。脫硫系統主要包括煙氣系統、吸收系統、除塵系統、工藝水系統、副產物處理系統、電氣及控制系統、能源動力介質系統以及自動化控制系統等主要系統。主要設備有：石灰粉倉及支架等附件、增壓風機、吸收塔及塔內外附件、吸收塔循環泵、隔膜箱式壓濾機、石膏池攪拌器、石灰池攪拌器、吸收塔攪拌器、供漿泵、石膏漿液泵、濾液輸送泵、工藝水泵、除霧器沖洗水泵等。
2．2原脫硫系統運行情況分析
脫硫系統設計煙氣量工況144萬1T13／h，入口二氧化硫濃度1000mg／Nm3，入口顆粒物排放濃度≤120mg／Nm3，出口設計排放濃度顆粒物50mg／Nm3，二氧化硫200mg／Nm3，氮氧化物300mg／Nm3。自2012年5月投運至改造前，脫硫系統運行穩定，凈煙氣SO：排放濃度滿足環保要求。2015年1月1日起執萬方數據口圜困圈圈口行的新標準要求顆粒物30mg／Nm3，二氧化硫100mg／Nm3，氮氧化物300mg／Nm3，原脫硫系統通過運行負荷調整以及燒結機入口原燃料硫份控制，基本能夠實現達標排放。入口二氧化硫控制在1000mg／Nm3以內時，出口二氧化硫基本都能實現達標排放，但是顆粒物排放呈現超標。見表1。
3．脫硫改造
3．1概述
脫硫提效改造重點分兩部分：一是降低二氧化硫排放濃度，二是降低粉塵排放濃度來實現污染物的綜合達標排放。降低二氧化硫排放濃度，最直接的辦法就是增加塔內脫硫漿液的循環量，原有三層噴淋層，每層對應一臺漿液循環泵。所以改造首先增加一層噴淋層以及對應的循環泵等相關系統，以此增大塔內的漿液循環量，降低二氧化硫排放濃度。降低出口顆粒物排放濃度，目前最為理想的辦法就是在脫硫后增加濕式電除塵對脫硫后的顆粒物進行捕集，以降低出口顆粒物排放濃度。在原有脫硫塔身增加相關設備，必須經過脫硫塔承載力測算。經過測算在原有塔身增加相應的噴淋層及濕式電除塵器，使塔身能滿足承載力要求。
3．2改造目標
設計入口參數，煙氣量工況144萬m3／h，入口二氧化硫濃度1000mg／Nm3，入口顆粒物排放濃度≤120mg／Nm3；設計出口參數，顆粒物20mg／Nm3，二氧化硫100mg／Nm3，氮氧化物300mg／Nm3。
3．3脫硫系統改造
在脫硫塔內原有三層噴淋的基礎之上增加一層噴淋，在新增噴淋層支撐梁上安裝新增噴淋層，增加一層噴淋層，流量2520m3／h；新裝噴淋層安裝單向碳化硅噴嘴，新增循環泵安裝于現循環泵與綜合樓之間空地位置，新增循環泵接入口考慮到攪拌器的影響，吸入口應避開攪拌器，并在吸入管上側空問安裝跨管鋼梯以便攪拌器檢修。
由于需新增濕式除塵器，脫硫出口霧滴濃度要求可降低，將除霧負荷轉至濕式除塵器，故可拆除一層除霧器，降低吸收塔運行阻力，同時可為新增噴淋層安排出裝空間，避免吸收塔體整體切割。同時拆除本層除霧器支撐梁。
新增循環泵接入口管道穿過輸料廊支架，故將輸料廊支架底部一組剪刀撐改造，剪刀撐避開新增循環泵接入口管道，以保證輸料廊支架結構穩定性及便于新增循環泵接入口管道安裝及檢修。
增壓風機改造按風機風量不變，壓升提高300Pa考慮，在原有風機基礎上，更換輪轂部及葉片；現存電機改造后風機的轉動慣量有所增加，所以電機需要更換。電機功率變化后，電機軸頭尺寸亦有變化，而且原聯軸器強度無法滿足新的要求，因此，聯軸器需要更換。
漿液循環量的增加要求漿液液位提高，通過循環量核算漿液液位由9．0m提高至9．8m；對應的塔內氧化需氧量增加，改造氧化風機1主t2262Nm3／h，改為2500Nm3／h。
3．4濕式除塵器部分
3．4．1濕式除塵技術簡介
濕式靜電除塵器廣泛應用于歐美國家的燃煤電廠以及冶金行業和化工行業的煙氣治理工程，國內近幾年的新興技術。作為大氣復合污染物控制系統的最終控制方式，用于去除濕法脫硫后的煙塵、石膏漿液霧滴、細顆粒物(PM2．5)以及重金屬等多種污染物，可將煙塵排放限值控制在20mg／Nm3甚10mg／Nm3以下。
濕式電除塵器和干式電除塵器的收塵原理相同，都是靠高壓電暈放電使得粉塵荷電，荷電后的粉塵在電場力的作用下到達集塵板／管。金屬放電線在直流高電壓的作用下，將其周圍氣體電離，使粉塵或霧滴粒子表面荷電，荷電粒子在電場力的作用下向收塵極運動，并沉積在收塵極上，水流從集塵板頂端流下，在集塵板上形成一層均勻穩定的水膜，將板上的顆粒帶走。因此，濕式電除塵器與干式ESP的除塵原理相同，都要經歷荷電、收集和清灰三個階段。然而，與靜電除塵器清灰不同的是，濕式電除塵器采用液體沖刷集塵極表面來進行清灰。
3．4．2濕式除塵器設計參數
經過脫硫塔承載力計算，脫硫塔改造需要增加的濕式電除塵部分可以安裝在吸收塔上部，濕式除塵器設計出口粉塵濃度、<20mg／Nm3，煙氣速度3．46m／s，本體阻力≤280Pa，配備280kV／1300mAI頻單相恒流電源3臺，內部設6個電場。
收塵極采用碳纖維玻璃鋼CFRP，基質為乙烯基樹脂，添加阻燃劑增加其阻燃性能。放電極采用螺旋芒刺線，其材質為合金鋼絲外包覆鉛銻合金，具有在脫硫環境中優良的耐腐蝕性能，利用尖端放電來增強電離能力，同時利用形狀的變化形成更良好的非均勻電場和擴大電離區，有效地提高了濕式電除塵器的能力。
頂部沖洗系統安裝于濕式靜電除塵器頂部，采用水柱流噴頭。除塵器分為6個沖洗分區，單區每次沖洗lmin，用水量約3．5m3。除塵器開停機時6區同時沖洗一次，正常運行過程中每天沖洗1個分區循環沖洗。沖洗系統沖洗時需短時電場停運。
3．4．3濕式電除塵布置形式
采用塔上一體式布置方式，煙氣經過噴淋除霧后，經過在變徑段設置的煙氣均流裝置的均流作用，通過濕式電除塵器，粉塵、液滴在管束內被荷電收集，處理后，經除塵器上方直排煙囪排入大氣。現場場地狹窄，采用塔上方案能夠最大的利用上部空間，減少占地，同時，避免了煙道下翻，大大減小系統運行阻力和運行成本。
濕式除塵器本體直徑14．2m，高度11．4m。需將塔體+32m以上部分拆除，在上述標高以上制作安裝濕式除塵器變徑，變徑上部安裝濕式電除塵器，電除塵優點：
(1)煙氣經過脫硫吸收濕式靜電除塵裝置入口流場蜷效率，更有利于系統的穩定運行。
(2)一體化結構設計，流程短，阻力小，有利于降低阻力，節約能耗，可以說是一個節能減耗的舉措。另外，一體化設計結構簡潔，不需要額外增加煙道降低造價，減少投資。
(3)節約用地，不破壞原脫硫系統及廠區布置，便于設備維護，保障了鋼鐵廠運行安全。
3．4．4煙囪改造
由于現場場地緊張，各建(構)相互影響，煙氣無法返回原燒結機磚混煙囪排放，因此，本方案采樣濕式除塵器頂部安裝直排煙囪使煙氣直排。根據現場排放實際情況，確定本期改造后煙囪加高至頂標75m。利用現有煙囪加固加高改造。
3．4．5其他配套系統改造
脫硫配套系統中的石灰漿液制備系統、石膏脫硫系統原設計余量能夠滿足改造后脫硫運行需要，所以沒有進行改造；對配套的電氣系統、防雷接地系統、儀表、土建等進行了相應配套改造。
4．運行分析
2016年2-4月，進行了停機改造，改造投運后系統運行穩定，排放達標，噸燒結礦脫硫運行成本增加不多，實現了預期的目標。改造工期為62天，比新建同等規模脫硫設施縮短50％以上，減少了燒結機停機對鋼鐵廠物料平衡的影響，改造投資約為新建投資的40％，降低了生產成本壓力。在原脫硫基礎上年增加二氧化硫減排量480噸，增加顆粒物減排量204噸。見表2。
5．結束語
當前，環保形勢的嚴峻對污染物排放的要求更加嚴格，早期建設的環保設施很難達到新標準的要求。所以，環保設施需要根據新排放標準進行提效改造，以滿足達標要求。環保改造時往往要求主體生產設備同步長時間停機，打破了正常的生產平衡，對企業生產造成嚴重影響。環保標準的提高，要求企業環保治理設施要有足夠的余量，新建環保設施不能只考慮當時的環保標準，應該超前設計，應對未來可能加嚴的標準要求，或者預留改造空間，能夠在原有基礎上進行改造，以避免或減少二次建設的成本。
1．前言
某廠265m2燒結機煙氣脫硫建成于2012年5月，采用最為成熟的石灰．石膏濕法脫硫工藝，建成以來運行穩定，排放達標。但2015年1月1日起，山東省燒結機執行新的排放標準，要求顆粒物30mg／Nm3，二氧化硫100mg／Nm3，氮氧化物300mg／Nm3，通過燒結原燃料入口硫份控制，配合脫硫系統調整顆粒物、二氧化硫連續穩定達標排放，特別是2017年起執行更嚴格的排放標準，要求顆粒物20mg／Nm3，二氧化硫100mg／Nm3，氮氧化物300mg／Nm3，原有的脫硫設施達不到新標準要求，必須實施脫硫提效改造。改造過程中燒結機需要停機，所以改造方案必須盡量縮短燒結機的停機時間，同時考慮原有設備的利用以降低投資費用。
2．原脫硫工藝簡介
2．1原脫硫系統簡介
原脫硫系統采用石灰．石膏濕法脫硫工藝，一機一塔，配備一臺增壓風機，煙氣經增壓風機引至煙氣脫硫系統，進入吸收塔進行脫硫反應。脫硫吸收塔為噴淋空塔，煙氣垂直進入吸收塔，然后折向朝上流動并經塔內煙氣整流器整流后，與噴淋而下的漿液進行充分接觸以脫除其中的S0，，在吸收塔內煙氣中的SO，被吸收漿液洗滌并與漿液中的脫硫劑發生反應，反應生成的亞硫酸鈣在吸收塔內底部的循環漿池內被氧化風機鼓入的空氣強制氧化，最終生成石膏，石膏漿液排至石膏漿液池，送入脫硫副產品處理回收系統。脫硫后的潔凈煙氣經除霧器通過塔上直排煙囪直排。脫硫系統主要包括煙氣系統、吸收系統、除塵系統、工藝水系統、副產物處理系統、電氣及控制系統、能源動力介質系統以及自動化控制系統等主要系統。主要設備有：石灰粉倉及支架等附件、增壓風機、吸收塔及塔內外附件、吸收塔循環泵、隔膜箱式壓濾機、石膏池攪拌器、石灰池攪拌器、吸收塔攪拌器、供漿泵、石膏漿液泵、濾液輸送泵、工藝水泵、除霧器沖洗水泵等。
2．2原脫硫系統運行情況分析
脫硫系統設計煙氣量工況144萬1T13／h，入口二氧化硫濃度1000mg／Nm3，入口顆粒物排放濃度≤120mg／Nm3，出口設計排放濃度顆粒物50mg／Nm3，二氧化硫200mg／Nm3，氮氧化物300mg／Nm3。自2012年5月投運至改造前，脫硫系統運行穩定，凈煙氣SO：排放濃度滿足環保要求。2015年1月1日起執萬方數據口圜困圈圈口行的新標準要求顆粒物30mg／Nm3，二氧化硫100mg／Nm3，氮氧化物300mg／Nm3，原脫硫系統通過運行負荷調整以及燒結機入口原燃料硫份控制，基本能夠實現達標排放。入口二氧化硫控制在1000mg／Nm3以內時，出口二氧化硫基本都能實現達標排放，但是顆粒物排放呈現超標。見表1。
3．脫硫改造
3．1概述
脫硫提效改造重點分兩部分：一是降低二氧化硫排放濃度，二是降低粉塵排放濃度來實現污染物的綜合達標排放。降低二氧化硫排放濃度，最直接的辦法就是增加塔內脫硫漿液的循環量，原有三層噴淋層，每層對應一臺漿液循環泵。所以改造首先增加一層噴淋層以及對應的循環泵等相關系統，以此增大塔內的漿液循環量，降低二氧化硫排放濃度。降低出口顆粒物排放濃度，目前最為理想的辦法就是在脫硫后增加濕式電除塵對脫硫后的顆粒物進行捕集，以降低出口顆粒物排放濃度。在原有脫硫塔身增加相關設備，必須經過脫硫塔承載力測算。經過測算在原有塔身增加相應的噴淋層及濕式電除塵器，使塔身能滿足承載力要求。
3．2改造目標
設計入口參數，煙氣量工況144萬m3／h，入口二氧化硫濃度1000mg／Nm3，入口顆粒物排放濃度≤120mg／Nm3；設計出口參數，顆粒物20mg／Nm3，二氧化硫100mg／Nm3，氮氧化物300mg／Nm3。
3．3脫硫系統改造
在脫硫塔內原有三層噴淋的基礎之上增加一層噴淋，在新增噴淋層支撐梁上安裝新增噴淋層，增加一層噴淋層，流量2520m3／h；新裝噴淋層安裝單向碳化硅噴嘴，新增循環泵安裝于現循環泵與綜合樓之間空地位置，新增循環泵接入口考慮到攪拌器的影響，吸入口應避開攪拌器，并在吸入管上側空問安裝跨管鋼梯以便攪拌器檢修。
由于需新增濕式除塵器，脫硫出口霧滴濃度要求可降低，將除霧負荷轉至濕式除塵器，故可拆除一層除霧器，降低吸收塔運行阻力，同時可為新增噴淋層安排出裝空間，避免吸收塔體整體切割。同時拆除本層除霧器支撐梁。
新增循環泵接入口管道穿過輸料廊支架，故將輸料廊支架底部一組剪刀撐改造，剪刀撐避開新增循環泵接入口管道，以保證輸料廊支架結構穩定性及便于新增循環泵接入口管道安裝及檢修。
增壓風機改造按風機風量不變，壓升提高300Pa考慮，在原有風機基礎上，更換輪轂部及葉片；現存電機改造后風機的轉動慣量有所增加，所以電機需要更換。電機功率變化后，電機軸頭尺寸亦有變化，而且原聯軸器強度無法滿足新的要求，因此，聯軸器需要更換。
漿液循環量的增加要求漿液液位提高，通過循環量核算漿液液位由9．0m提高至9．8m；對應的塔內氧化需氧量增加，改造氧化風機1主t2262Nm3／h，改為2500Nm3／h。
3．4濕式除塵器部分
3．4．1濕式除塵技術簡介
濕式靜電除塵器廣泛應用于歐美國家的燃煤電廠以及冶金行業和化工行業的煙氣治理工程，國內近幾年的新興技術。作為大氣復合污染物控制系統的最終控制方式，用于去除濕法脫硫后的煙塵、石膏漿液霧滴、細顆粒物(PM2．5)以及重金屬等多種污染物，可將煙塵排放限值控制在20mg／Nm3甚10mg／Nm3以下。
濕式電除塵器和干式電除塵器的收塵原理相同，都是靠高壓電暈放電使得粉塵荷電，荷電后的粉塵在電場力的作用下到達集塵板／管。金屬放電線在直流高電壓的作用下，將其周圍氣體電離，使粉塵或霧滴粒子表面荷電，荷電粒子在電場力的作用下向收塵極運動，并沉積在收塵極上，水流從集塵板頂端流下，在集塵板上形成一層均勻穩定的水膜，將板上的顆粒帶走。因此，濕式電除塵器與干式ESP的除塵原理相同，都要經歷荷電、收集和清灰三個階段。然而，與靜電除塵器清灰不同的是，濕式電除塵器采用液體沖刷集塵極表面來進行清灰。
3．4．2濕式除塵器設計參數
經過脫硫塔承載力計算，脫硫塔改造需要增加的濕式電除塵部分可以安裝在吸收塔上部，濕式除塵器設計出口粉塵濃度、<20mg／Nm3，煙氣速度3．46m／s，本體阻力≤280Pa，配備280kV／1300mAI頻單相恒流電源3臺，內部設6個電場。
收塵極采用碳纖維玻璃鋼CFRP，基質為乙烯基樹脂，添加阻燃劑增加其阻燃性能。放電極采用螺旋芒刺線，其材質為合金鋼絲外包覆鉛銻合金，具有在脫硫環境中優良的耐腐蝕性能，利用尖端放電來增強電離能力，同時利用形狀的變化形成更良好的非均勻電場和擴大電離區，有效地提高了濕式電除塵器的能力。
頂部沖洗系統安裝于濕式靜電除塵器頂部，采用水柱流噴頭。除塵器分為6個沖洗分區，單區每次沖洗lmin，用水量約3．5m3。除塵器開停機時6區同時沖洗一次，正常運行過程中每天沖洗1個分區循環沖洗。沖洗系統沖洗時需短時電場停運。
3．4．3濕式電除塵布置形式
采用塔上一體式布置方式，煙氣經過噴淋除霧后，經過在變徑段設置的煙氣均流裝置的均流作用，通過濕式電除塵器，粉塵、液滴在管束內被荷電收集，處理后，經除塵器上方直排煙囪排入大氣。現場場地狹窄，采用塔上方案能夠最大的利用上部空間，減少占地，同時，避免了煙道下翻，大大減小系統運行阻力和運行成本。
濕式除塵器本體直徑14．2m，高度11．4m。需將塔體+32m以上部分拆除，在上述標高以上制作安裝濕式除塵器變徑，變徑上部安裝濕式電除塵器，電除塵優點：
(1)煙氣經過脫硫吸收濕式靜電除塵裝置入口流場蜷效率，更有利于系統的穩定運行。
(2)一體化結構設計，流程短，阻力小，有利于降低阻力，節約能耗，可以說是一個節能減耗的舉措。另外，一體化設計結構簡潔，不需要額外增加煙道降低造價，減少投資。
(3)節約用地，不破壞原脫硫系統及廠區布置，便于設備維護，保障了鋼鐵廠運行安全。
3．4．4煙囪改造
由于現場場地緊張，各建(構)相互影響，煙氣無法返回原燒結機磚混煙囪排放，因此，本方案采樣濕式除塵器頂部安裝直排煙囪使煙氣直排。根據現場排放實際情況，確定本期改造后煙囪加高至頂標75m。利用現有煙囪加固加高改造。
3．4．5其他配套系統改造
脫硫配套系統中的石灰漿液制備系統、石膏脫硫系統原設計余量能夠滿足改造后脫硫運行需要，所以沒有進行改造；對配套的電氣系統、防雷接地系統、儀表、土建等進行了相應配套改造。
4．運行分析
2016年2-4月，進行了停機改造，改造投運后系統運行穩定，排放達標，噸燒結礦脫硫運行成本增加不多，實現了預期的目標。改造工期為62天，比新建同等規模脫硫設施縮短50％以上，減少了燒結機停機對鋼鐵廠物料平衡的影響，改造投資約為新建投資的40％，降低了生產成本壓力。在原脫硫基礎上年增加二氧化硫減排量480噸，增加顆粒物減排量204噸。見表2。
5．結束語
當前，環保形勢的嚴峻對污染物排放的要求更加嚴格，早期建設的環保設施很難達到新標準的要求。所以，環保設施需要根據新排放標準進行提效改造，以滿足達標要求。環保改造時往往要求主體生產設備同步長時間停機，打破了正常的生產平衡，對企業生產造成嚴重影響。環保標準的提高，要求企業環保治理設施要有足夠的余量，新建環保設施不能只考慮當時的環保標準，應該超前設計，應對未來可能加嚴的標準要求，或者預留改造空間，能夠在原有基礎上進行改造，以避免或減少二次建設的成本。
