根據(jù)生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案(征求意見稿)》,鼓勵鋼鐵企業(yè)采用活性碳(焦)等多污染物協(xié)同處置技術(shù)。活性焦干法脫硫脫硝一體化技術(shù)(以下簡稱“活性焦干法技術(shù)”)是一項成熟的工業(yè)煙氣污染治理技術(shù),在日本、韓國和中國都有大型化應(yīng)用,具有耗水少、副產(chǎn)物綜合利用、排煙透明度好等優(yōu)點。
但活性焦干法技術(shù)目前并沒有在我國大規(guī)模推廣應(yīng)用,很多用戶對該技術(shù)依然比較陌生。同時,我國鋼鐵企業(yè)球團(tuán)燒結(jié)工況條件不穩(wěn)定,尤其是前級除塵效果普遍不佳,同時技術(shù)力量普遍欠缺,在采用對工況條件穩(wěn)定性和技術(shù)力量要求較高的活性焦干法技術(shù)過程中,勢必會遇到各種問題。本文作者對活性焦干法技術(shù)具體應(yīng)用過程中存在的六類問題進(jìn)行了梳理,并提出針對性解決方案,以期對鋼鐵企業(yè)用戶在項目工藝選擇和建設(shè)過程中有所幫助。
一、可靠性問題
活性焦干法技術(shù)已經(jīng)被國內(nèi)外的案例實踐證明是一項成熟、穩(wěn)定、可靠、高效的工業(yè)煙氣污染治理技術(shù)。但是作為一項工程技術(shù),其可靠性只針對在一定條件具備下而言,并非毫無條件的。
這意味著,其治理效果可靠性很大程度上取決于具體項目中活性焦干法裝置設(shè)計處理容量的大小,對應(yīng)的煙氣量、流速、污染物濃度等等因素。而如果實際煙氣量、流速和污染物濃度超過了系統(tǒng)設(shè)計的參數(shù),那么系統(tǒng)的可靠性就會大大折扣。比如說,煙氣及污染物在系統(tǒng)內(nèi)所需要的停留時間,如果系統(tǒng)設(shè)計偏小,系統(tǒng)內(nèi)煙氣流速過快,則污染來不及被活性焦吸附和反應(yīng),最終導(dǎo)致污染物排放超標(biāo)。因此說,在中國這樣一個以低價競爭和偷工減料為慣性的特殊國情環(huán)境下,遴選建設(shè)總包單位和審查設(shè)計方案的過程中需要非常注意系統(tǒng)選型問題。此其一。
其二,影響活性焦干法技術(shù)效果可靠性的因素是污染物初始濃度,即進(jìn)入到活性焦干法處理裝置的主要三項污染物的濃度。從目前已經(jīng)投運的活性焦干法裝置來看,尤其是日本磯子電廠、韓國浦項制鐵以及中國太原鋼鐵等活性焦脫硫裝置,入口SOx小于2000mg/Nm3,入口粉塵濃度偏差較大,日本和韓國要求最高,一般在10mg/Nm3以下。本文作者曾參與的某電廠項目技術(shù)論證過程中,某國外技術(shù)支持方對入口含硫量超過2000mg/Nm3或者原煤含硫量超過0.8%的項目不敢提供技術(shù)保證。這說明活性焦干法工藝能否適應(yīng)入口SOX濃度超過2000mg/Nm3的項目有待進(jìn)一步探索。
同時,從目前國內(nèi)的一些活性焦干法系統(tǒng)來看,入口粉塵濃度對于系統(tǒng)脫硫脫硝效率以及吸收劑成本的影響比較大,入口粉塵濃度越高,吸收劑損耗越大。
從以上分析來看,活性焦脫硫工藝大型化應(yīng)用應(yīng)選擇在低硫項目中采用,而且應(yīng)該盡量提高前級除塵器(主要是靜電除塵器)的除塵效率,有必要對前級靜電除塵器進(jìn)行升級改造。
另外,活性焦本身的活性和強(qiáng)度是影響該公司能否完成污染物治理目標(biāo)的關(guān)鍵影響因素?;钚越乖谶\行過程中存在破碎和損耗的問題,本身也會產(chǎn)生部分揚(yáng)塵。如果活性焦強(qiáng)度不夠,易于破碎,不僅僅會造成系統(tǒng)運行成本不可控,而且容易造成粉塵終端排放超標(biāo)。在當(dāng)前超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求下,如果沒有后續(xù)的除塵設(shè)備把關(guān),粉塵排放超標(biāo)問題就會暴露,最終可能要求追加二次投資。
所以,應(yīng)該要關(guān)注活性焦本身運行過程中造成的顆粒物排放超標(biāo)的問題,必要時應(yīng)考慮增加終端的顆粒物排放控制措施,比如增設(shè)布袋除塵器。
二、安全性問題
活性焦干法技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了漫長而坎坷的過程,其中最主要的問題就在如何解決安全運行的問題?;钚越垢煞夹g(shù)在發(fā)展過程中,遭遇到的安全性問題主要體現(xiàn)在三個方面
其一、活性焦燃爆風(fēng)險?;钚越贡旧砭哂芯薮蟮谋缺砻娣e,吸附力強(qiáng),同時在含氧量足夠的情況下,容易發(fā)生自燃。尤其是在系統(tǒng)檢修期間和活性焦高溫解析過程中。在檢修過程中,活性焦裝料需要整體轉(zhuǎn)移,系統(tǒng)通風(fēng)過程中,容易造成活性焦粉末自燃,且此類自燃難以察覺,等發(fā)現(xiàn)問題時,往往難以控制。在高溫解析過程中,如果操作不善,造成解析塔氧含量超標(biāo),亦會造成活性焦自燃,甚至有爆炸的風(fēng)險。因此,解析過程中,要求采用氮氣保護(hù)。
其二、一氧化碳中毒風(fēng)險。此類風(fēng)險在國內(nèi)某有色冶煉企業(yè)發(fā)生過嚴(yán)重事故[1]。事故主要原因在于檢修人員沒有注意檢修期間塔內(nèi)一氧化碳超標(biāo)。檢修期間,部分未及時清理的活性焦在欠氧環(huán)境下自燃,產(chǎn)生大量的一氧化碳?xì)怏w。
其三是硫酸生產(chǎn)風(fēng)險。大部分活性焦干法裝置都會配套副產(chǎn)物(硫酸)生產(chǎn)系統(tǒng),以硫酸作為終端副產(chǎn)物,實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì),可以抵消一部分環(huán)保投入成本。但是硫酸生產(chǎn)過程本身是一個高危環(huán)節(jié),硫酸也是危險化學(xué)品。在很多城市區(qū)劃內(nèi),已經(jīng)在產(chǎn)業(yè)政策中明確了禁止建設(shè)硫酸廠。以河北省為例,根據(jù)《河北省新增限制類產(chǎn)業(yè)目錄》(2015年),除省級及以上工業(yè)園區(qū)外,禁止新建或擴(kuò)建基礎(chǔ)化學(xué)原料制造項目(含硫酸)。這意味著對于省級及以上工業(yè)園區(qū)以外區(qū)域的鋼鐵企業(yè),在采用活性焦干法技術(shù)時,配套建設(shè)硫酸廠可能會遭遇政策障礙。
因此,針對安全性問題,建議鋼鐵企業(yè)在選用活性焦干法技術(shù)及供應(yīng)商過程中,應(yīng)首先考慮當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)政策是否允許建設(shè)硫酸廠,其次應(yīng)考慮自身技術(shù)力量是否足以勝任該技術(shù)的安全生產(chǎn)管理。對于自身技術(shù)力量相對欠缺的企業(yè),建議將活性焦干法裝置建設(shè)與運營整體外包,可以采用BOT或BOO模式。
三、適應(yīng)性問題
前文所述,實際上,活性焦干法技術(shù)在運行過程中可調(diào)節(jié)手段比較有限,因此其可靠性與其設(shè)計的處理能力直接相關(guān),工況波動一旦超出其設(shè)計處理能力范圍,實際上該技術(shù)可調(diào)節(jié)手段有限,而且調(diào)節(jié)時間長、相對滯后。也就是說,活性焦干法裝置一旦建設(shè)投運,在運行過程中對工況的適應(yīng)性是相對較差的。其中主要體現(xiàn)在對煙氣量、入口含硫量、入口氮氧化物濃度和粉塵濃度的適應(yīng)性上。一旦這些核心參數(shù)超出系統(tǒng)處理能力范圍,那么很容易造成污染物排放超標(biāo)。
因此,在活性焦干法裝置建設(shè)過程中,也特別注意系統(tǒng)的處理能力放大,留足充分的設(shè)計裕量。
由于活性焦干法技術(shù)總體投資較高,且目前國內(nèi)已經(jīng)有眾多環(huán)保工程公司介入該技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的市場爭奪。這就不可避免地帶來價格戰(zhàn)。在以往的市場經(jīng)驗教訓(xùn)中,低價競爭帶來的偷工減料、設(shè)計縮水問題如何規(guī)避,是每一個鋼鐵企業(yè)用戶面前迫切需要解決的難題。
四、保障性問題
活性焦干法裝置系統(tǒng)復(fù)雜,運行過程中的保障性問題非常突出。主要體現(xiàn)在以下是個方面:
①技術(shù)力量保障;
②備品備件供應(yīng)保障;
③物耗保障(活性焦供應(yīng)保障);
④能耗保障(解析熱源和用電)
⑤副產(chǎn)物處理保障;
一般來說,技術(shù)力量保障要看企業(yè)用戶自身技術(shù)實力,如果自身技術(shù)實力欠缺,可以依靠總承包商的技術(shù)力量。相對來說,物耗保障和副產(chǎn)物處理保障的難度比較大。一方面活性焦生產(chǎn)本身屬于高污染行業(yè),在一些地區(qū)受到限制。目前我國最大的活性焦產(chǎn)能主要分布在山西和寧夏地區(qū),產(chǎn)能受到煤質(zhì)條件、區(qū)域產(chǎn)業(yè)政策和環(huán)保政策等限制,暫時無法滿足大規(guī)模建設(shè)活性焦干法裝置的潛在需求,勢必存在供求關(guān)系緊張問題。因此鋼鐵企業(yè)在選擇采用活性焦干法技術(shù)的時候,最好先落實活性焦的供應(yīng)保障問題。
另一方面,副產(chǎn)品硫酸的去向要確定,硫酸的生產(chǎn)和運輸都受到嚴(yán)格的管控。因此,在選擇活性焦干法技術(shù)之前,應(yīng)考慮副產(chǎn)品硫酸盡量能夠就地消化處置。
另外,活性焦干法技術(shù)吸收劑解析屬于高耗能的環(huán)節(jié),解析環(huán)境溫度超過400℃。這個能耗需要特別考慮。對于鋼鐵企業(yè)來說,一般可以采用燃?xì)鉅t或者高溫蒸汽熱源。但是采用電加熱方式,由于電能轉(zhuǎn)化效率較低,非常不經(jīng)濟(jì)。所以,從低成本運行保障的角度看,能耗保證對于活性焦干法技術(shù)來說至關(guān)重要。
五、檢修性問題
活性焦干法裝置是目前來說,最龐大、最復(fù)雜、危險性最高的工業(yè)煙氣污染物治理系統(tǒng)。從子系統(tǒng)分類來看,活性焦干法裝置至少包括以下幾個子系統(tǒng):
①脫硫吸附系統(tǒng);
②活性焦倉儲系統(tǒng);
③活性焦解析系統(tǒng)(含熱源);
④脫硝系統(tǒng)(氨水存儲與噴射系統(tǒng));
⑤氮氣保護(hù)系統(tǒng)(含空分);
⑥物料輸送系統(tǒng);
⑦硫酸生產(chǎn)與存儲系統(tǒng);
⑧電氣系統(tǒng);
⑨控制系統(tǒng);
系統(tǒng)復(fù)雜,故障點多,尤其是機(jī)械故障點、堵塞點、腐蝕點眾多。考慮到危險性問題,活性焦干法裝置的檢修保障是一個難題,其難度要高于普通的環(huán)保設(shè)備,必須要有常備的專業(yè)檢修隊伍做保障。
對于技術(shù)力量欠缺的企業(yè)用戶來說,最好是將運行和檢修等問題一并承包給專業(yè)的運行團(tuán)隊。
六、測試性問題
測試性體現(xiàn)的是一個系統(tǒng)是否能夠通過監(jiān)測或檢測方法反饋其存在或遇到的問題,及時調(diào)整或改進(jìn)其狀態(tài)和性能的能力。相對于濕法脫硫和循化流化床半干法脫硫技術(shù)而言,活性焦干法技術(shù)物料流動速度慢,物料更新速度慢、傳質(zhì)傳熱效果相對較差,這導(dǎo)致了活性焦干法技術(shù)本身很難通過系統(tǒng)內(nèi)部的調(diào)整來及時響應(yīng)工況的變化。而是僅僅通過放大系統(tǒng)設(shè)計處理能力,來最大可能地滿足處理最高負(fù)荷的能力,比如充分預(yù)見系統(tǒng)可能要應(yīng)對的最大煙氣量和污染物濃度,并以此作為設(shè)計選型依據(jù)。
活性焦技術(shù)的測試性相對滯后的問題,不僅僅體現(xiàn)在處理能力調(diào)節(jié)上,還體現(xiàn)在安全性問題。比如,因各種原因,一旦局部物料溫度過高,造成活性焦局部燃燒,無法通過系統(tǒng)測溫來發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)存在物料燃燒問題,更無法準(zhǔn)確找到具體的超溫點。如果不能夠及時發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確判斷,勢必釀成安全性事故。因此,一些工程公司開始關(guān)注終端排放氣體的一氧化碳濃度數(shù)據(jù)波動,以此來判斷系統(tǒng)內(nèi)部是否存在自燃的問題,但依然相對滯后,且無法準(zhǔn)確判斷。
為此,活性焦干法裝置應(yīng)盡量采用小模塊化設(shè)計,即對于大煙氣量處理項目來說,盡量采用小模塊化組合設(shè)計,將活性焦吸附處理模塊化,并對每一個小模塊進(jìn)行進(jìn)出口工況數(shù)據(jù)監(jiān)測,一旦發(fā)現(xiàn)某一模塊出現(xiàn)故障或安全隱患,可以單獨旁路和處理。這樣的做法,雖然會造成一定程度上的建造成本上升,但是總體安全性和監(jiān)測性得到了保障。
總體來說,活性焦干法技術(shù)是一項成熟的工業(yè)煙氣污染治理工藝,雖然造價和運行成本要高,但是其綜合環(huán)保效果要優(yōu)于傳統(tǒng)的濕法脫硫工藝,尤其是同步脫硝、脫硫、除塵和脫白,且廢水零排放。同時,該技術(shù)對于企業(yè)用戶自身技術(shù)力量和員工素質(zhì)要求較高,對配套資源的保障性也很高,因此,建議企業(yè)用戶在選擇煙氣治理工藝時,應(yīng)從自身條件和周邊資源配套條件出發(fā),綜合考慮各種技術(shù)在具體項目上的適用性。
注釋:[1]據(jù)中國證券網(wǎng)消息,紫金礦業(yè)2012年1月29日晚間公告稱,2012年1月26日下午,公司全資子公司紫金銅業(yè)有限公司(20萬噸/年銅冶煉項目)制酸車間尾氣脫硫工序活性焦罐發(fā)生堵塞,一名當(dāng)班作業(yè)工人進(jìn)入罐內(nèi)進(jìn)行疏通作業(yè)時發(fā)生昏倒,其后車間另外三名當(dāng)班工人對其進(jìn)行施救時,也相繼昏倒。紫金銅業(yè)第一時間組織施救并送醫(yī)院搶救后確認(rèn)3人死亡,1人經(jīng)搶救后脫離生命危險。
來源:IFCE 作者:陳燕輝
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