新鋼燒結(jié)脫硫廢水系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化

喻珊，李曉馨，詹徐山，陳友根

（新余新鋼集團(tuán)有限公司，江西 新余 338000）

摘 要：新鋼燒結(jié)濕法脫硫廢水處理一直是難題。為了緩解新鋼燒結(jié)脫硫廢水的現(xiàn)狀，新鋼采取提高石膏品質(zhì)、降低廢水有害成分、改進(jìn)廢水管道、優(yōu)化操作等有效措施，提高了脫硫運(yùn)行效果，同時(shí)達(dá)到降本增效的目的。

關(guān)鍵詞：濕法脫硫；脫硫廢水；石膏

0 引 言

石灰石（石灰）要濕法煙氣脫硫因處理煙氣量大、脫硫劑成本低廉、脫硫效率高，以及副產(chǎn)物（石膏）可回收利用等優(yōu)點(diǎn)被全世界所推廣，但也存在投資大、設(shè)備腐蝕、管道堵塞、運(yùn)行不穩(wěn)定堯容易受入口煙氣量波動(dòng)和脫硫廢水難處理等問題^[1]。燒結(jié)脫硫廢水成分復(fù)雜，且為弱酸性（pH 5.0~7.0），主要有重金屬、懸浮物、過飽和的亞硫酸鹽、硫酸鹽、氨氮、油分以及 Cl^-[2]。懸浮物主要是來自漿液中的硫酸鈣、亞硫酸鹽以及微細(xì)粉塵；NH⁴⁺來源于脫硫系統(tǒng)的工藝水和燒結(jié)煤中有機(jī)組分^[3]；Ca²⁺和Mg²⁺主要來源于脫硫劑；Cl^-主要來源于煤、脫硫劑和工藝水；F^-主要來源于煤；重金屬主要來源于煤；COD 主要由亞硫酸鹽組成，來自脫硫系統(tǒng)反應(yīng)的中間產(chǎn)物^[4]。文中結(jié)合現(xiàn)場以及遇到的問題對(duì)燒結(jié)脫硫廢水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以緩解廢水系統(tǒng)存在的問題。 

1 新鋼燒結(jié)脫硫廢水來源

燒結(jié)機(jī)將混合后的原料進(jìn)行燒結(jié)，產(chǎn)生大量的煙氣，煙氣含有大量的 SO₂、NO_x、粉塵、二噁英、重金屬等成分^[5]，燒結(jié)煙氣在電除塵作用下去除粉塵及少量重金屬，經(jīng)過主抽風(fēng)機(jī)抽氣后，在增壓風(fēng)機(jī)的作用下進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，去除煙氣中 SO₂。濕法脫硫系統(tǒng)采用石灰石或生石灰加水制成一定濃度的脫硫劑，經(jīng)供漿泵進(jìn)入脫硫塔漿液區(qū)，循環(huán)泵連續(xù)不斷的將漿液輸入噴淋區(qū)，與煙氣中的 SO₂ 反應(yīng)生成亞硫酸鈣（CaSO₃），亞硫酸鈣在氧化風(fēng)機(jī)的作用 下氧化成硫酸鈣（CaSO₄），硫酸鈣飽和后結(jié)晶析出成為石膏（CaSO_4•2H₂O）。達(dá)到一定濃度的石膏漿液在石膏旋流器分離后，石膏旋流器的底流進(jìn)入真空皮帶機(jī)下脫干后形成副產(chǎn)物石膏，上溢流則進(jìn)入廢水旋流器進(jìn)行離心分離，廢水旋流器的上溢流即為脫硫廢水。脫硫廢水進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)后回用到燒結(jié)機(jī)，用于燒結(jié)機(jī)配料用水，如圖 1 所示。達(dá)到一定飽和的石膏漿液如不及時(shí)排出吸收塔將會(huì)影響脫硫效率，同時(shí)煙氣中攜帶的有害成分也會(huì)對(duì)整個(gè)脫硫系統(tǒng)造成負(fù)面影響，因此，為了防止系統(tǒng)內(nèi)的有害成分（氯離子、粉塵等）對(duì)脫硫系統(tǒng)造成影響，必須對(duì)其進(jìn)行脫膏和排放廢水，使其進(jìn)行置換。 

2 新鋼燒結(jié)脫硫廢水的現(xiàn)狀及處理

2.1 新鋼燒結(jié)煙氣脫硫體系運(yùn)行現(xiàn)狀

新鋼燒結(jié)廠共有 5 臺(tái)燒結(jié)機(jī)，均配有獨(dú)立的脫硫系統(tǒng)。4#、5#、6#、8# 燒結(jié)煙氣匹配的脫硫系統(tǒng)采用石灰石（石灰-石膏）濕法脫硫法，其中 4#、5#、6# 脫硫系統(tǒng)采用生石灰作為脫硫劑，8# 脫硫系統(tǒng)采用石灰石作脫硫劑。 7# 燒結(jié)煙氣采用半干法循環(huán)流化床法。為防止燒結(jié)機(jī)因脫硫系統(tǒng)進(jìn)行大修或者改造時(shí)停產(chǎn)，建立一套石灰石（石灰-石膏）濕法脫硫系統(tǒng)作為 5#、6#、7# 脫硫系統(tǒng)的備用系統(tǒng)，采用石灰石作為脫硫劑。目前，7# 脫硫系統(tǒng)正處于大修狀態(tài)，7# 燒結(jié)煙氣采用備用濕法脫硫系統(tǒng)。新鋼燒結(jié)廠共有 3 套脫硫廢水處理系統(tǒng)，共產(chǎn)廢水量 534 t/d。其中 4#、8# 脫硫共用一套廢水系統(tǒng)，共產(chǎn)廢水 240 t/d，廢水存儲(chǔ)箱 1# 廢水池，供給 8# 燒結(jié)機(jī)配料使用；5#、6# 脫硫共用一套廢水系統(tǒng)，共產(chǎn)廢水 168 t/d，廢水存儲(chǔ)箱 150 m³ 廢水池，供給 6#、7# 燒結(jié)機(jī)配料使用；7# 脫硫一套廢水系統(tǒng)，共產(chǎn)廢水 126 t/d，廢水存儲(chǔ)箱 2# 廢水池，供給 4#、5# 燒 結(jié)機(jī)配料使用。為緩解燒結(jié)機(jī)配料用水的壓力，3 個(gè)廢水儲(chǔ)存箱之間互通，保證脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2.2 新鋼燒結(jié)脫硫廢水處理

廢水中 COD、氨氮以及 Cl^-濃度波動(dòng)范圍如表 1 所示。脫硫廢水經(jīng)廢水旋流器頂部進(jìn)入廢水三聯(lián)箱，即在中和箱中加堿（石灰乳），調(diào)整廢水 pH 值 在 9 左右，使水中的重金屬形成氫氧化物沉淀，F(xiàn)^- 與 Ca²⁺反應(yīng)生成 CaF₂ 沉淀^[6]；在絮凝箱中加絮凝劑 （PAC 聚合氯化鋁），使水中大部分懸浮物沉淀；在沉淀箱中加助凝劑（PAM 聚丙烯酰胺），增大絮凝體的體積，增加沉淀速度，降低細(xì)小絮體的殘留。經(jīng)三聯(lián)箱處理后進(jìn)入澄清池，進(jìn)行泥水分離，底部污泥由提升泵到達(dá)板框壓濾機(jī)壓泥后運(yùn)走，上清液則進(jìn)入廢水儲(chǔ)存箱，供燒結(jié)機(jī)配料使用，如圖 2 所示。

3 新鋼燒結(jié)脫硫廢水系統(tǒng)存在的問題

3.1 廢水成分含量富集

因廢水采用回用的方式，廢水中 COD、氨氮以及氯離子濃度不斷富集，包裹在脫硫劑表面，導(dǎo)致漿液中毒，抑制脫硫劑與 SO₂ 反應(yīng)，致使脫硫效果變差。氯離子和氨氮對(duì)設(shè)備腐蝕較大，設(shè)備檢修頻繁，影響設(shè)備運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和縮短使用壽命。氯離子含量增多，Ca²⁺易與 Cl^-結(jié)合，包裹在漿液表面，影響脫硫劑的利用率，增大脫硫劑的使用；漿液中氯離子含量增多影響石膏結(jié)晶，致使石膏脫水困難，影響石膏質(zhì)量。 

3.2 脫硫劑不合格

脫硫劑雜質(zhì)較多，且顆粒較大，包裹在脫硫劑表面袁影響脫硫劑與 SO₂ 反應(yīng)效果，降低了脫硫劑的利用率，且會(huì)影響石膏品質(zhì)；鎂含量較多，容易產(chǎn)生泡沫，造成虛假液位^[7]，影響判斷，且溢流液容易進(jìn)入吸收塔入口煙道，影響增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行和腐蝕煙道。 

3.3 石膏結(jié)晶效果差

石膏晶體很小，導(dǎo)致脫水時(shí)有部分石膏進(jìn)入廢水系統(tǒng)，致使廢水懸浮物增加，導(dǎo)致結(jié)垢，容易堵塞廢水管道，造成燒結(jié)機(jī)配料用量減少，增加脫水負(fù)擔(dān)。 

3.4 廢水存儲(chǔ)空間不足

目前，入口硫含量較高，為控制出口硫指標(biāo)，供漿量大，脫水頻繁，脫硫廢水增大，已超出燒結(jié)機(jī)配料使用量和廢水儲(chǔ)存箱容量，影響脫水，從而影響正常生產(chǎn)。 

4 新鋼燒結(jié)脫硫廢水系統(tǒng)的優(yōu)化

4.1 降低廢水成分含量

提高燒結(jié)機(jī)機(jī)頭除塵效率，確保除塵柜一次、 二次電流和電壓正常，導(dǎo)通率高，降低粉塵和煤中的有機(jī)組分進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的含量，減少廢水懸浮物以及氨氮濃度；增大氧化效果，盡可能的將亞硫酸鹽氧化成硫酸鹽，降低廢水中的 COD；控制工藝水的品質(zhì)，盡可能保證工藝水中氨氮、COD 和懸浮物等成分合格。針對(duì)廢水中存在泡沫問題，可適當(dāng)投加除泡劑，控制脫硫劑品質(zhì)；改造燒結(jié)機(jī)燃燒系統(tǒng)，減少點(diǎn)火用油，提高燃燒效率^[8]；合理控制氧化風(fēng) 量，避免多余的空氣以氣泡的形式溢至漿液表面^[9]；適當(dāng)控制循環(huán)泵臺(tái)數(shù)，減弱擾動(dòng)帶來的漿液起泡。在保證石膏質(zhì)量的前提下，通過調(diào)節(jié)石膏旋流器的壓力，保證漿液中的泡沫、粉塵、重金屬以及氯離子跟隨石膏脫走，且濾餅不沖洗，降低廢水中氯離子、粉塵和重金屬含量，提高漿液品質(zhì)^[10]。調(diào)節(jié)石膏旋流器壓力院增加旋流子；石膏旋流器返回閥關(guān)小；增大沉沙嘴孔徑。 

4.2 提高脫硫劑利用率

選進(jìn)合格優(yōu)質(zhì)的脫硫劑，提高漿液品質(zhì)，促進(jìn)脫硫劑利用率和獲得優(yōu)質(zhì)石膏。脫硫劑成分指標(biāo)院CaCO₃≧90%，MgCO₃≦5%，粒度：90%以上通過250 目（0.065 mm）篩分^[11]。 脫硫劑粒徑越細(xì)，越有利于溶解，越容易提高吸收效率，提高漿液過飽和度。適當(dāng)增加增效劑的使用，減少供漿量，促進(jìn)石膏的生成，緩解漿液 pH 的波動(dòng)，減少脫硫塔內(nèi)結(jié)垢現(xiàn)象。循環(huán)泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)少，減少脫硫劑與 SO₂ 接觸面積，降低漿液和石膏品質(zhì)；循環(huán)泵臺(tái)數(shù)多，打碎石膏晶體，使石膏晶體變小，因此，要適當(dāng)增加循環(huán)泵，減少供漿量，同時(shí)促進(jìn)石膏晶體長大。在出口硫可操控范圍內(nèi)，降低漿液 pH 值，促進(jìn)脫硫劑溶解，并于 SO₂ 反應(yīng)充分袁生成亞硫酸鈣，同時(shí)可促進(jìn)石膏粒徑變大，增大石膏晶體。 

4.3 增大石膏晶體

適當(dāng)增開氧化風(fēng)機(jī)，加快亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，促進(jìn)石膏結(jié)晶并變大，也可在氧化風(fēng)機(jī)上接壓縮空氣袁增大氧化能力^[12]?？刂莆账{液溫度在 45~55 ℃，促進(jìn)石膏晶體生成。適當(dāng)提高吸收塔液位，提高氧化反應(yīng)空間，增強(qiáng)石膏品質(zhì)。脫硫投運(yùn)前，可適當(dāng)添加石膏晶種，以保持石膏在低過飽和度的環(huán)境下結(jié)晶變大。pH 越低，石膏生成的顆粒越大，但過低的 pH 不利于 SO₂ 吸收，且易腐蝕脫硫塔，因此，結(jié)合脫硫劑、SO₂ 及石膏晶體等 3 個(gè)因素，適當(dāng)控制吸收塔 pH，使?jié){液 pH 保持在 4.8~5.5（石粉做脫硫劑），5.0~6.0（生石灰做脫硫劑）；適當(dāng)提高漿液密度，增加結(jié)晶表面，促進(jìn)石膏晶體長大。

4.4 減少廢水量

廢水主要來源于石膏脫水和沖洗水，為緩解燒結(jié)機(jī)配料使用廢水和廢水存儲(chǔ)壓力，減少不必要的廢水量，如沖洗地面水，雨水等，對(duì)現(xiàn)場廢水走向進(jìn)行改造，將澄清池 2# 的上清液流向廣場地坑，再流向廢水存儲(chǔ)箱管道改為澄清池 2# 的上清液直接流向廢水存儲(chǔ)箱，使廢水存儲(chǔ)箱只存儲(chǔ)石膏脫水，如圖 3 所示。

4.5 優(yōu)化操作

通過培訓(xùn)學(xué)習(xí)，提高員工的操作水平；廢水加藥量根據(jù)廢水情況合理投加，保證廢水絮凝和助凝效果良好，確保出水水質(zhì)。加強(qiáng)設(shè)備管理，檢查氧化風(fēng)機(jī)出口母管壓力及電流、循環(huán)泵電流和出口壓力等，定期清理氧化風(fēng)機(jī)風(fēng)罩，提高氧化風(fēng)機(jī)風(fēng)量。定期對(duì)澄清池和廢水儲(chǔ)存箱進(jìn)行清理，每日對(duì)廢水管道進(jìn)行沖洗，以防堵塞管道。 

4.6 改進(jìn)后的效果

新鋼燒結(jié)脫硫廢水經(jīng)過上述改進(jìn)后有著明顯的效果，最為直接的效果就是廢水管路堵塞情況明顯降低，以往 7~10 天需要清理一次廢水管道，現(xiàn)改進(jìn) 4 個(gè)月有余，還未發(fā)現(xiàn)廢水管道堵塞問題。石膏品質(zhì)明顯有所上升，石膏含量增加，石膏含水率下 降，石膏品質(zhì)均達(dá)標(biāo)；廢水成分有所下降，氨氮和氯離子成分相對(duì)減少，如表 2 和表 3 所示。

5 結(jié) 論

通過對(duì)燒結(jié)脫硫廢水問題進(jìn)行分析，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上采取了優(yōu)化系統(tǒng)操作、改造廢水管道、提高石膏質(zhì)量等措施，緩解了廢水存儲(chǔ)空間不足和廢水水質(zhì)等問題，優(yōu)化了脫硫廢水系統(tǒng)運(yùn)行，達(dá)到降本增效等效果。

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