閆 明,杜曉宇,張瑞全,何 帥,趙 健

(中鋁(上海)碳素有限公司包頭分公司,內(nèi)蒙古 包頭 014046)

在“雙碳”戰(zhàn)略背景下,內(nèi)蒙古某炭素廠順應(yīng)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展大勢(shì),積極推動(dòng)減碳降耗,對(duì)焙燒煙氣凈化實(shí)施改造。雙干法凈化系統(tǒng)投運(yùn)后能夠?qū)Ρ簾裏煔馕廴疚镞M(jìn)行深度治理,該過(guò)程無(wú)危廢產(chǎn)生,物料可循環(huán)利用,煙氣出口指標(biāo)實(shí)現(xiàn)國(guó)家超低排放要求。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐,基于雙干法凈化系統(tǒng)運(yùn)行初期存在的問(wèn)題進(jìn)行分析,對(duì)系統(tǒng)在使用過(guò)程中采取優(yōu)化,提出了運(yùn)行維護(hù)措施,進(jìn)一步做到降本、增效、安全目的。

1 雙干法凈化技術(shù)現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

自國(guó)務(wù)院發(fā)布藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃以來(lái),內(nèi)蒙古某炭素廠便提出對(duì)焙燒爐煙氣凈化實(shí)施超低排技術(shù)改造,使煙氣中顆粒物、二氧化硫、氮氧化物小時(shí)平均排放濃度低于10、35及45 mg/m3,如果不進(jìn)行超低排放改造,將面臨關(guān)停的環(huán)保處罰。目前,國(guó)內(nèi)外炭素行業(yè)主要使用的焙燒煙氣凈化方法包括冷卻塔電捕焦油器凈化、冷卻塔氧化鋁吸附干法凈化、冷卻塔電捕氧化鋁干法吸附凈化。電捕焦油器存在捕集效率不穩(wěn)定、著火安全隱患、設(shè)備腐蝕、焦油危廢難以處理等問(wèn)題,濕法脫硫能夠達(dá)到較高的脫硫效率,但經(jīng)濟(jì)性較差。從危廢處理、凈化實(shí)效、運(yùn)行維護(hù)、投資能耗等方面綜合考慮,最終采用雙干法凈化系統(tǒng)即碳粉吸附瀝青煙耦合半干法脫硫技術(shù),見(jiàn)圖1。

圖1 雙干法工藝流程圖

圖2 黑法除塵器更換下的布袋

圖3 黑法循環(huán)倉(cāng)粉料板結(jié)

圖4 脫硫塔及噴水器周圍板結(jié)

項(xiàng)目從2019年12月開(kāi)工,歷時(shí)7個(gè)月,投資近4 000萬(wàn)元,采用雙干法(圖1)完成焙燒煙氣凈化系統(tǒng)改造,投運(yùn)后各項(xiàng)煙氣排放指標(biāo)均優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),處于國(guó)際領(lǐng)先水平,其中氟化物、苯并芘排放濃度趨近于零,每年減排二氧化硫約374噸、顆粒物約56噸,極大降低污染物排放,為持續(xù)改善環(huán)境空氣質(zhì)量做出積極貢獻(xiàn)。

1.1 碳粉吸附瀝青煙存在問(wèn)題

碳粉吸附凈化系統(tǒng)采用冶金焦粉吸附焙燒煙氣中的瀝青煙,主要來(lái)自焙燒工藝的收塵粉,吸附效率高,能夠有效去除煙氣中的瀝青煙、苯并芘等有機(jī)污染物。吸附后的廢冶金焦粉排向制球間,通過(guò)專門(mén)制球設(shè)備進(jìn)行制球,制成的焦粉球狀顆粒作為補(bǔ)充填充料返回焙燒正常生產(chǎn)循環(huán)[1]。

焙燒爐產(chǎn)生的煙氣通過(guò)煙道首先進(jìn)入黒法反應(yīng)器,煙氣中的瀝青吸附到反應(yīng)器中的碳粉上,由于焙燒煙氣中焦油含量不穩(wěn)定,黑法凈化系統(tǒng)供料不能精準(zhǔn)控制,煙氣中未被吸附的焦油直接黏到除塵箱體布袋,造成布袋通透性差,久而久之導(dǎo)致凈化系統(tǒng)負(fù)壓滿足不了爐面負(fù)壓要求,被迫采取停凈化更換布袋,直接影響雙干法凈化系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。

冬季生產(chǎn)黒法循環(huán)倉(cāng)料罐外部氣溫最低零下30℃,循環(huán)倉(cāng)內(nèi)攜帶焦油的粉料下料慢,粉料長(zhǎng)時(shí)間滯留形成料塊,下料口逐步縮小甚至被料塊堵塞,出現(xiàn)卸料器空轉(zhuǎn)不下料情況,使輸送至反應(yīng)器內(nèi)的螺旋、風(fēng)動(dòng)溜槽無(wú)粉料,煙氣中的焦油不能被吸附,直接附著在布袋上,造成凈化系統(tǒng)總負(fù)壓逐步降低被迫停爐。

1.2 半干法脫硫存在問(wèn)題

半干法脫硫工藝是利用消石灰作為吸收劑,以循環(huán)流化床作為脫硫吸收反應(yīng)器,通過(guò)噴水將床溫控制在最佳反應(yīng)溫度,通過(guò)固體物料的多次循環(huán)提高脫硫效率和鈣利用率[2]。具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單造價(jià)較低,而且運(yùn)行可靠,所產(chǎn)生的最終固態(tài)產(chǎn)物易于處理等特點(diǎn)。

SO2排放濃度是由控制系統(tǒng)自動(dòng)聯(lián)鎖,根據(jù)煙氣溫度、脫硫塔壓差、噴水量、氫氧化鈣濃度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),當(dāng)煙氣溫度過(guò)高時(shí)噴水量過(guò)大,造成脫硫塔內(nèi)壁粘結(jié),粘結(jié)最厚處可達(dá)0.5 m左右,嚴(yán)重影響脫硫塔內(nèi)的氣流分布及煙氣流速,造成脫硫效率降低;脫硫塔內(nèi)噴槍長(zhǎng)時(shí)間使用后,噴槍周圍板結(jié)嚴(yán)重,甚至?xí)斐蓢娧鄱氯?造成氫氧化鈣用量大;板結(jié)物料脫落會(huì)造成脫硫塔底部堵塞,影響煙氣流通,造成脫硫塔壓差不穩(wěn)定,不利于脫硫的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 雙干法凈化改進(jìn)措施

針對(duì)雙干法凈化系統(tǒng)運(yùn)行中存在的不足,企業(yè)技術(shù)人員從精準(zhǔn)控制給粉量、降低煙氣焦油含量、定期清理脫硫塔、日常維護(hù)等方面開(kāi)展攻關(guān),用系統(tǒng)的思維與方法優(yōu)化凈化系統(tǒng),開(kāi)展全面診斷,實(shí)現(xiàn)雙干法凈化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1 精準(zhǔn)控制給粉量

停產(chǎn)時(shí)對(duì)黑法凈化系統(tǒng)循環(huán)料倉(cāng)、給料螺旋進(jìn)行改造,在黑法循環(huán)倉(cāng)底部增加滾破裝置解決粉料蓬料、結(jié)塊現(xiàn)象;將黑法反應(yīng)器輸送的給料螺旋改造為稱重螺旋變頻控制,下料過(guò)程無(wú)需人工參與,能夠?yàn)樯a(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理、粉料操作提供準(zhǔn)確的計(jì)量,螺旋管全密封結(jié)構(gòu)。將稱重螺旋與軟件技術(shù)結(jié)合,打造自動(dòng)化智能配料系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享、設(shè)備監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)異常報(bào)警等,實(shí)現(xiàn)黑法凈化系統(tǒng)吸附焦粉定量給料精準(zhǔn)控制。

優(yōu)化黑法系統(tǒng)南北粉料輸送螺旋,螺旋因輸送含有焦油的粉料,使得軸的扭矩增大,容易引發(fā)軸的連接處斷裂,產(chǎn)生堵料、跑料、漏料現(xiàn)象。為確保螺旋連續(xù)運(yùn)行平穩(wěn),將吊軸承部位改用法蘭焊接固定提升使用效率,螺旋葉片加厚增強(qiáng)耐磨性,下料口改進(jìn)加寬減少物料堆積,優(yōu)化后的螺旋實(shí)現(xiàn)粉料供應(yīng)穩(wěn)定。

2.2 降低煙氣焦油含量

因爐齡老化火道燃燒不充分,焦油含量多,造成凈化系統(tǒng)壓力增大。技術(shù)人員通過(guò)不斷跟蹤、優(yōu)化,確定一條適合自身焙燒爐的升溫曲線,調(diào)整揮發(fā)分排除位置,控制火道升溫速率,減少天然氣消耗,縮小火道間溫差。針對(duì)破損程度不同的火道采取不同處理方法,從日常維護(hù)、外力校正、密封優(yōu)化、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等方面實(shí)施了一系列有效的焙燒爐管理措施,爐溫合格率提升到99.2%,火道溫度偏差在±5℃以內(nèi),既滿足焙燒工藝達(dá)標(biāo),又保障了凈化系統(tǒng)對(duì)煙氣溫度的要求。

燃控系統(tǒng)因網(wǎng)線數(shù)量多、線路老化、傳輸效果差,影響焙燒爐室溫度場(chǎng)不均衡。公司將燃控系統(tǒng)控制列入技術(shù)改造項(xiàng)目,對(duì)燃燒器噴嘴、控制柜及線路進(jìn)行升級(jí),改造后的燃控系統(tǒng)設(shè)備故障率低,燃燒效率高,滿足了各溫度階段升溫速度,煙氣中的焦油含量進(jìn)一步降低。

2.3 定期清理脫硫塔

從定期檢查工藝水系統(tǒng)入手,避免噴水量過(guò)小,導(dǎo)致霧化水量減少影響脫硫效率,防止噴水量過(guò)大,循環(huán)物料濕度大造成脫硫塔內(nèi)部板結(jié)、出現(xiàn)掉塊情況影響床壓波動(dòng),重則存在塌床的風(fēng)險(xiǎn),造成輸灰系統(tǒng)異常。技術(shù)人員對(duì)此制定了脫硫凈化系統(tǒng)巡檢內(nèi)容及處理措施。閥架間每小時(shí)巡檢確保工藝水系統(tǒng)運(yùn)行正常,若系統(tǒng)不噴水報(bào)警,需檢查管網(wǎng)壓縮空氣壓力滿足高于0.3 MPa,打開(kāi)水箱頂部人孔門(mén)檢查水箱水位,冬季運(yùn)行時(shí)檢查室外水管電熱帶正常發(fā)熱; 每班巡視檢查脫硫塔壓差在設(shè)定值范圍內(nèi),若高于設(shè)定值需打開(kāi)脫硫塔底部插板閥人工清理結(jié)塊或排料,檢查除塵器下部循環(huán)溜槽輸送情況是否有堵料現(xiàn)象;每月定期檢查脫硫塔噴槍,如有板結(jié)現(xiàn)象及時(shí)拆解脫硫塔噴槍進(jìn)行清理。

2.4 建立標(biāo)準(zhǔn)化巡檢

標(biāo)準(zhǔn)化點(diǎn)巡檢是以操作重點(diǎn)和關(guān)鍵設(shè)備為中心,根據(jù)設(shè)備的布局、工藝流程、關(guān)鍵部位檢查所需時(shí)間制定巡檢路線。從室外煙道-阻火器-煙道噴淋系統(tǒng)-黑法給料排料系統(tǒng)-黒法除塵器-制氮間-制球系統(tǒng)-閥架間-脫硫塔-氫氧化鈣給排料系統(tǒng)-主引風(fēng)機(jī)。巡檢人員根據(jù)設(shè)定好的巡檢路線依次檢查,對(duì)于關(guān)鍵工藝點(diǎn)、重要設(shè)備在點(diǎn)檢的基礎(chǔ)上,還要進(jìn)行精密測(cè)量,根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀況及時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整。技術(shù)人員自行摸索總結(jié)出一套關(guān)于雙干法凈化系統(tǒng)的安全操作手冊(cè)并形成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),制作標(biāo)準(zhǔn)化點(diǎn)巡檢圖5進(jìn)行培訓(xùn),確保設(shè)備有效連續(xù)運(yùn)行。

圖5 雙干法凈化系統(tǒng)巡檢圖

圖6 不停機(jī)更換布袋原理圖

2.5 不停機(jī)更換黒法布袋

當(dāng)黒法除塵器布袋壓差升高至2 000 Pa,技術(shù)人員為不影響爐面負(fù)壓,提出不停凈化系統(tǒng)、不停焙燒爐更換布袋方案并實(shí)施。當(dāng)需要更換除塵器布袋時(shí),關(guān)閉對(duì)應(yīng)除塵箱體出口閥以及相應(yīng)進(jìn)口閥,使煙氣不能進(jìn)入該除塵箱體內(nèi),適當(dāng)降低凈化風(fēng)機(jī)風(fēng)量,通過(guò)其它除塵箱體凈化煙氣。利用杠桿原理制作拔布袋工具,使用便捷,能夠快速更換除塵布袋,更換完畢后恢復(fù)該除塵箱體出口閥及相應(yīng)的進(jìn)口閥,煙氣再次通過(guò)該除塵箱體正常凈化,從而實(shí)現(xiàn)了焙燒爐和凈化系統(tǒng)在連續(xù)運(yùn)行的情況下更換除塵器布袋,杜絕爐面煙氣排放,減少非停造成的產(chǎn)量損失。

3 改進(jìn)指標(biāo)實(shí)況

雙干法凈化系統(tǒng)在內(nèi)蒙古某炭素企業(yè)投入生產(chǎn)運(yùn)行以來(lái),取得了較好的應(yīng)用效果,系統(tǒng)經(jīng)過(guò)不斷維護(hù)優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了從應(yīng)用階段到技術(shù)成熟階段各工藝參數(shù)的融合。操作人員能夠快速、準(zhǔn)確找到影響系統(tǒng)運(yùn)行問(wèn)題所在,采取有效措施,不斷提升凈化連續(xù)運(yùn)行率和設(shè)備管理水平。特別是2022年焙燒尾氣焦油含量從8.8降至6.3 mg/m3,排放指標(biāo)

進(jìn)一步改善,凈化連續(xù)運(yùn)行率提升3.2%,氫氧化鈣消耗量同比下降17%,焙燒產(chǎn)能利用率較2021年提升5%列于表1,實(shí)現(xiàn)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展。

表1 雙干法凈化系統(tǒng)維護(hù)實(shí)效比較表

4 結(jié) 語(yǔ)

提升雙干法凈化連續(xù)運(yùn)行率對(duì)焙燒工藝的穩(wěn)定極其重要。企業(yè)通過(guò)優(yōu)化黒法設(shè)備實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)給料、采取節(jié)能措施降低煙氣焦油含量、定期檢查脫硫塔設(shè)備運(yùn)行情況、建立凈化點(diǎn)巡檢管理制度、不停機(jī)更換布袋措施,提高了凈化系統(tǒng)日常管理和維護(hù)水平,保證了煙氣排放指標(biāo)達(dá)標(biāo),從而實(shí)現(xiàn)雙干法系統(tǒng)高效運(yùn)行。