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钢铁行业采用活性焦干法脱硫脱硝一体化技术需注意的六个问题

北极星大气网  来源:IFCE  作者:陈燕辉  2018/6/12 10:42:36  我要投稿  

北极星大气网讯:根据生态环境部发布的《钢铁企业超低排放改造工作方案(征求意见稿)》,鼓励钢铁企业采用活性碳(焦)等多污染物协同处置技术。活性焦干法脱硫脱硝一体化技术(以下简称“活性焦干法技术”)是一项成熟的工业烟气污染治理技术,在日本、韩国和中国都有大型化应用,具有耗水少、副产物综合利用、排烟透明度好等优点。

但活性焦干法技术目前并没有在我国大规模推广应用,很多用户对该技术依然比较陌生。同时,我国钢铁企业球团烧结工况条件不稳定,尤其是前级除尘效果普遍不佳,同时技术力量普遍欠缺,在采用对工况条件稳定性和技术力量要求较高的活性焦干法技术过程中,势必会遇到各种问题。本文作者对活性焦干法技术具体应用过程中存在的六类问题进行了梳理,并提出针对性解决方案,以期对钢铁企业用户在项目工艺选择和建设过程中有所帮助。

一、可靠性问题

活性焦干法技术已经被国内外的案例实践证明是一项成熟、稳定、可靠、高效的工业烟气污染治理技术。但是作为一项工程技术,其可靠性只针对在一定条件具备下而言,并非毫无条件的。

这意味着,其治理效果可靠性很大程度上取决于具体项目中活性焦干法装置设计处理容量的大小,对应的烟气量、流速、污染物浓度等等因素。而如果实际烟气量、流速和污染物浓度超过了系统设计的参数,那么系统的可靠性就会大大折扣。比如说,烟气及污染物在系统内所需要的停留时间,如果系统设计偏小,系统内烟气流速过快,则污染来不及被活性焦吸附和反应,最终导致污染物排放超标。因此说,在中国这样一个以低价竞争和偷工减料为惯性的特殊国情环境下,遴选建设总包单位和审查设计方案的过程中需要非常注意系统选型问题。此其一。

其二,影响活性焦干法技术效果可靠性的因素是污染物初始浓度,即进入到活性焦干法处理装置的主要三项污染物的浓度。从目前已经投运的活性焦干法装置来看,尤其是日本矶子电厂、韩国浦项制铁以及中国太原钢铁等活性焦脱硫装置,入口SOx小于2000mg/Nm3,入口粉尘浓度偏差较大,日本和韩国要求最高,一般在10mg/Nm3以下。本文作者曾参与的某电厂项目技术论证过程中,某国外技术支持方对入口含硫量超过2000mg/Nm3或者原煤含硫量超过0.8%的项目不敢提供技术保证。这说明活性焦干法工艺能否适应入口SOX浓度超过2000mg/Nm3的项目有待进一步探索。

同时,从目前国内的一些活性焦干法系统来看,入口粉尘浓度对于系统脱硫脱硝效率以及吸收剂成本的影响比较大,入口粉尘浓度越高,吸收剂损耗越大。

从以上分析来看,活性焦脱硫工艺大型化应用应选择在低硫项目中采用,而且应该尽量提高前级除尘器(主要是静电除尘器)的除尘效率,有必要对前级静电除尘器进行升级改造。

另外,活性焦本身的活性和强度是影响该公司能否完成污染物治理目标的关键影响因素。活性焦在运行过程中存在破碎和损耗的问题,本身也会产生部分扬尘。如果活性焦强度不够,易于破碎,不仅仅会造成系统运行成本不可控,而且容易造成粉尘终端排放超标。在当前超低排放标准要求下,如果没有后续的除尘设备把关,粉尘排放超标问题就会暴露,最终可能要求追加二次投资。

所以,应该要关注活性焦本身运行过程中造成的颗粒物排放超标的问题,必要时应考虑增加终端的颗粒物排放控制措施,比如增设布袋除尘器。

二、安全性问题

活性焦干法技术发展经历了漫长而坎坷的过程,其中最主要的问题就在如何解决安全运行的问题。活性焦干法技术在发展过程中,遭遇到的安全性问题主要体现在三个方面

其一、活性焦燃爆风险。活性焦本身具有巨大的比表面积,吸附力强,同时在含氧量足够的情况下,容易发生自燃。尤其是在系统检修期间和活性焦高温解析过程中。在检修过程中,活性焦装料需要整体转移,系统通风过程中,容易造成活性焦粉末自燃,且此类自燃难以察觉,等发现问题时,往往难以控制。在高温解析过程中,如果操作不善,造成解析塔氧含量超标,亦会造成活性焦自燃,甚至有爆炸的风险。因此,解析过程中,要求采用氮气保护。

其二、一氧化碳中毒风险。此类风险在国内某有色冶炼企业发生过严重事故[1]。事故主要原因在于检修人员没有注意检修期间塔内一氧化碳超标。检修期间,部分未及时清理的活性焦在欠氧环境下自燃,产生大量的一氧化碳气体。

其三是硫酸生产风险。大部分活性焦干法装置都会配套副产物(硫酸)生产系统,以硫酸作为终端副产物,实现循环经济,可以抵消一部分环保投入成本。但是硫酸生产过程本身是一个高危环节,硫酸也是危险化学品。在很多城市区划内,已经在产业政策中明确了禁止建设硫酸厂。以河北省为例,根据《河北省新增限制类产业目录》(2015年),除省级及以上工业园区外,禁止新建或扩建基础化学原料制造项目(含硫酸)。这意味着对于省级及以上工业园区以外区域的钢铁企业,在采用活性焦干法技术时,配套建设硫酸厂可能会遭遇政策障碍。

因此,针对安全性问题,建议钢铁企业在选用活性焦干法技术及供应商过程中,应首先考虑当地产业政策是否允许建设硫酸厂,其次应考虑自身技术力量是否足以胜任该技术的安全生产管理。对于自身技术力量相对欠缺的企业,建议将活性焦干法装置建设与运营整体外包,可以采用BOT或BOO模式。

三、适应性问题

前文所述,实际上,活性焦干法技术在运行过程中可调节手段比较有限,因此其可靠性与其设计的处理能力直接相关,工况波动一旦超出其设计处理能力范围,实际上该技术可调节手段有限,而且调节时间长、相对滞后。也就是说,活性焦干法装置一旦建设投运,在运行过程中对工况的适应性是相对较差的。其中主要体现在对烟气量、入口含硫量、入口氮氧化物浓度和粉尘浓度的适应性上。一旦这些核心参数超出系统处理能力范围,那么很容易造成污染物排放超标。

因此,在活性焦干法装置建设过程中,也特别注意系统的处理能力放大,留足充分的设计裕量。

由于活性焦干法技术总体投资较高,且目前国内已经有众多环保工程公司介入该技术应用领域的市场争夺。这就不可避免地带来价格战。在以往的市场经验教训中,低价竞争带来的偷工减料、设计缩水问题如何规避,是每一个钢铁企业用户面前迫切需要解决的难题。

四、保障性问题

活性焦干法装置系统复杂,运行过程中的保障性问题非常突出。主要体现在以下是个方面:

①技术力量保障;

②备品备件供应保障;

③物耗保障(活性焦供应保障);

④能耗保障(解析热源和用电)

⑤副产物处理保障;

一般来说,技术力量保障要看企业用户自身技术实力,如果自身技术实力欠缺,可以依靠总承包商的技术力量。相对来说,物耗保障和副产物处理保障的难度比较大。一方面活性焦生产本身属于高污染行业,在一些地区受到限制。目前我国最大的活性焦产能主要分布在山西和宁夏地区,产能受到煤质条件、区域产业政策和环保政策等限制,暂时无法满足大规模建设活性焦干法装置的潜在需求,势必存在供求关系紧张问题。因此钢铁企业在选择采用活性焦干法技术的时候,最好先落实活性焦的供应保障问题。

另一方面,副产品硫酸的去向要确定,硫酸的生产和运输都受到严格的管控。因此,在选择活性焦干法技术之前,应考虑副产品硫酸尽量能够就地消化处置。

另外,活性焦干法技术吸收剂解析属于高耗能的环节,解析环境温度超过400℃。这个能耗需要特别考虑。对于钢铁企业来说,一般可以采用燃气炉或者高温蒸汽热源。但是采用电加热方式,由于电能转化效率较低,非常不经济。所以,从低成本运行保障的角度看,能耗保证对于活性焦干法技术来说至关重要。

五、检修性问题

活性焦干法装置是目前来说,最庞大、最复杂、危险性最高的工业烟气污染物治理系统。从子系统分类来看,活性焦干法装置至少包括以下几个子系统:

①脱硫吸附系统;

②活性焦仓储系统;

③活性焦解析系统(含热源);

④脱硝系统(氨水存储与喷射系统);

⑤氮气保护系统(含空分);

⑥物料输送系统;

⑦硫酸生产与存储系统;

⑧电气系统;

⑨控制系统;

系统复杂,故障点多,尤其是机械故障点、堵塞点、腐蚀点众多。考虑到危险性问题,活性焦干法装置的检修保障是一个难题,其难度要高于普通的环保设备,必须要有常备的专业检修队伍做保障。

对于技术力量欠缺的企业用户来说,最好是将运行和检修等问题一并承包给专业的运行团队。

六、测试性问题

测试性体现的是一个系统是否能够通过监测或检测方法反馈其存在或遇到的问题,及时调整或改进其状态和性能的能力。相对于湿法脱硫和循化流化床半干法脱硫技术而言,活性焦干法技术物料流动速度慢,物料更新速度慢、传质传热效果相对较差,这导致了活性焦干法技术本身很难通过系统内部的调整来及时响应工况的变化。而是仅仅通过放大系统设计处理能力,来最大可能地满足处理最高负荷的能力,比如充分预见系统可能要应对的最大烟气量和污染物浓度,并以此作为设计选型依据。

活性焦技术的测试性相对滞后的问题,不仅仅体现在处理能力调节上,还体现在安全性问题。比如,因各种原因,一旦局部物料温度过高,造成活性焦局部燃烧,无法通过系统测温来发现系统内存在物料燃烧问题,更无法准确找到具体的超温点。如果不能够及时发现和准确判断,势必酿成安全性事故。因此,一些工程公司开始关注终端排放气体的一氧化碳浓度数据波动,以此来判断系统内部是否存在自燃的问题,但依然相对滞后,且无法准确判断。

为此,活性焦干法装置应尽量采用小模块化设计,即对于大烟气量处理项目来说,尽量采用小模块化组合设计,将活性焦吸附处理模块化,并对每一个小模块进行进出口工况数据监测,一旦发现某一模块出现故障或安全隐患,可以单独旁路和处理。这样的做法,虽然会造成一定程度上的建造成本上升,但是总体安全性和监测性得到了保障。

总体来说,活性焦干法技术是一项成熟的工业烟气污染治理工艺,虽然造价和运行成本要高,但是其综合环保效果要优于传统的湿法脱硫工艺,尤其是同步脱硝、脱硫、除尘和脱白,且废水零排放。同时,该技术对于企业用户自身技术力量和员工素质要求较高,对配套资源的保障性也很高,因此,建议企业用户在选择烟气治理工艺时,应从自身条件和周边资源配套条件出发,综合考虑各种技术在具体项目上的适用性。

注释:[1]据中国证券网消息,紫金矿业2012年1月29日晚间公告称,2012年1月26日下午,公司全资子公司紫金铜业有限公司(20万吨/年铜冶炼项目)制酸车间尾气脱硫工序活性焦罐发生堵塞,一名当班作业工人进入罐内进行疏通作业时发生昏倒,其后车间另外三名当班工人对其进行施救时,也相继昏倒。紫金铜业第一时间组织施救并送医院抢救后确认3人死亡,1人经抢救后脱离生命危险。

(文章为投稿,不代表北极星观点)

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