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,內蒙古 包頭 014046)

在“雙碳”戰(zhàn)略背景下,內蒙古某炭素廠順應綠色低碳可持續(xù)發(fā)展大勢,積極推動減碳降耗,對焙燒煙氣凈化實施改造。雙干法凈化系統(tǒng)投運后能夠對焙燒煙氣污染物進行深度治理,該過程無危廢產(chǎn)生,物料可循環(huán)利用,煙氣出口指標實現(xiàn)國家超低排放要求。結合生產(chǎn)實踐,基于雙干法凈化系統(tǒng)運行初期存在的問題進行分析,對系統(tǒng)在使用過程中采取優(yōu)化,提出了運行維護措施,進一步做到降本、增效、安全目的。

1 雙干法凈化技術現(xiàn)狀與存在問題

自國務院發(fā)布藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃以來,內蒙古某炭素廠便提出對焙燒爐煙氣凈化實施超低排技術改造,使煙氣中顆粒物、二氧化硫、氮氧化物小時平均排放濃度低于10、35及45 mg/m3,如果不進行超低排放改造,將面臨關停的環(huán)保處罰。目前,國內外炭素行業(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、設備腐蝕、焦油危廢難以處理等問題,濕法脫硫能夠達到較高的脫硫效率,但經(jīng)濟性較差。從危廢處理、凈化實效、運行維護、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,見圖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)倉粉料板結

圖4 脫硫塔及噴水器周圍板結

項目從2019年12月開工,歷時7個月,投資近4 000萬元,采用雙干法(圖1)完成焙燒煙氣凈化系統(tǒng)改造,投運后各項煙氣排放指標均優(yōu)于國家標準,處于國際領先水平,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)境空氣質量做出積極貢獻。

1.1 碳粉吸附瀝青煙存在問題

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、苯并芘等有機污染物。吸附后的廢冶金焦粉排向制球間,通過專門制球設備進行制球,制成的焦粉球狀顆粒作為補充填充料返回焙燒正常生產(chǎn)循環(huán)[1]。

焙燒爐產(chǎn)生的煙氣通過煙道首先進入黒法反應器,煙氣中的瀝青吸附到反應器中的碳粉上,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,久而久之導致凈化系統(tǒng)負壓滿足不了爐面負壓要求,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)運行。

冬季生產(chǎn)黒法循環(huán)倉料罐外部氣溫最低零下30℃,循環(huán)倉內攜帶焦油的粉料下料慢,粉料長時間滯留形成料塊,下料口逐步縮小甚至被料塊堵塞,出現(xiàn)卸料器空轉不下料情況,使輸送至反應器內的螺旋、風動溜槽無粉料,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)總負壓逐步降低被迫停爐。

1.2 半干法脫硫存在問題

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器,通過噴水將床溫控制在最佳反應溫度,通過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)簡單造價較低,而且運行可靠,所產(chǎn)生的最終固態(tài)產(chǎn)物易于處理等特點。

SO2排放濃度是由控制系統(tǒng)自動聯(lián)鎖,根據(jù)煙氣溫度、脫硫塔壓差、噴水量、氫氧化鈣濃度進行自動調節(jié),當煙氣溫度過高時噴水量過大,造成脫硫塔內壁粘結,粘結最厚處可達0.5 m左右,嚴重影響脫硫塔內的氣流分布及煙氣流速,造成脫硫效率降低;脫硫塔內噴槍長時間使用后,噴槍周圍板結嚴重,甚至會造成噴眼堵塞,造成氫氧化鈣用量大;板結物料脫落會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)定運行。

2 雙干法凈化改進措施

針對雙干法凈化系統(tǒng)運行中存在的不足,企業(yè)技術人員從精準控制給粉量、降低煙氣焦油含量、定期清理脫硫塔、日常維護等方面開展攻關,用系統(tǒng)的思維與方法優(yōu)化凈化系統(tǒng),開展全面診斷,實現(xiàn)雙干法凈化系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2.1 精準控制給粉量

停產(chǎn)時對黑法凈化系統(tǒng)循環(huán)料倉、給料螺旋進行改造,在黑法循環(huán)倉底部增加滾破裝置解決粉料蓬料、結塊現(xiàn)象;將黑法反應器輸送的給料螺旋改造為稱重螺旋變頻控制,下料過程無需人工參與,能夠為生產(chǎn)現(xiàn)場管理、粉料操作提供準確的計量,螺旋管全密封結構。將稱重螺旋與軟件技術結合,打造自動化智能配料系統(tǒng),實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享、設備監(jiān)測、生產(chǎn)異常報警等,實現(xiàn)黑法凈化系統(tǒng)吸附焦粉定量給料精準控制。

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,螺旋葉片加厚增強耐磨性,下料口改進加寬減少物料堆積,優(yōu)化后的螺旋實現(xiàn)粉料供應穩(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。技術人員通過不斷跟蹤、優(yōu)化,確定一條適合自身焙燒爐的升溫曲線,調整揮發(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。針對破損程度不同的火道采取不同處理方法,從日常維護、外力校正、密封優(yōu)化、創(chuàng)新設計等方面實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,既滿足焙燒工藝達標,又保障了凈化系統(tǒng)對煙氣溫度的要求。

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不均衡。公司將燃控系統(tǒng)控制列入技術改造項目,對燃燒器噴嘴、控制柜及線路進行升級,改造后的燃控系統(tǒng)設備故障率低,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,避免噴水量過小,導致霧化水量減少影響脫硫效率,防止噴水量過大,循環(huán)物料濕度大造成脫硫塔內部板結、出現(xiàn)掉塊情況影響床壓波動,重則存在塌床的風險,造成輸灰系統(tǒng)異常。技術人員對此制定了脫硫凈化系統(tǒng)巡檢內容及處理措施。閥架間每小時巡檢確保工藝水系統(tǒng)運行正常,若系統(tǒng)不噴水報警,需檢查管網(wǎng)壓縮空氣壓力滿足高于0.3 MPa,打開水箱頂部人孔門檢查水箱水位,冬季運行時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定值范圍內,若高于設定值需打開脫硫塔底部插板閥人工清理結塊或排料,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,如有板結現(xiàn)象及時拆解脫硫塔噴槍進行清理。

2.4 建立標準化巡檢

標準化點巡檢是以操作重點和關鍵設備為中心,根據(jù)設備的布局、工藝流程、關鍵部位檢查所需時間制定巡檢路線。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)-主引風機。巡檢人員根據(jù)設定好的巡檢路線依次檢查,對于關鍵工藝點、重要設備在點檢的基礎上,還要進行精密測量,根據(jù)設備運行狀況及時動態(tài)調整。技術人員自行摸索總結出一套關于雙干法凈化系統(tǒng)的安全操作手冊并形成企業(yè)標準,制作標準化點巡檢圖5進行培訓,確保設備有效連續(xù)運行。

圖5 雙干法凈化系統(tǒng)巡檢圖

圖6 不停機更換布袋原理圖

2.5 不停機更換黒法布袋

當黒法除塵器布袋壓差升高至2 000 Pa,技術人員為不影響爐面負壓,提出不停凈化系統(tǒng)、不停焙燒爐更換布袋方案并實施。當需要更換除塵器布袋時,關閉對應除塵箱體出口閥以及相應進口閥,使煙氣不能進入該除塵箱體內,適當降低凈化風機風量,通過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,更換完畢后恢復該除塵箱體出口閥及相應的進口閥,煙氣再次通過該除塵箱體正常凈化,從而實現(xiàn)了焙燒爐和凈化系統(tǒng)在連續(xù)運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 改進指標實況

雙干法凈化系統(tǒng)在內蒙古某炭素企業(yè)投入生產(chǎn)運行以來,取得了較好的應用效果,系統(tǒng)經(jīng)過不斷維護優(yōu)化,實現(xiàn)了從應用階段到技術成熟階段各工藝參數(shù)的融合。操作人員能夠快速、準確找到影響系統(tǒng)運行問題所在,采取有效措施,不斷提升凈化連續(xù)運行率和設備管理水平。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

進一步改善,凈化連續(xù)運行率提升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)維護實效比較表

4 結 語

提升雙干法凈化連續(xù)運行率對焙燒工藝的穩(wěn)定極其重要。企業(yè)通過優(yōu)化黒法設備實現(xiàn)精準給料、采取節(jié)能措施降低煙氣焦油含量、定期檢查脫硫塔設備運行情況、建立凈化點巡檢管理制度、不停機更換布袋措施,提高了凈化系統(tǒng)日常管理和維護水平,保證了煙氣排放指標達標,從而實現(xiàn)雙干法系統(tǒng)高效運行。