新钢烧结脱硫废水系统的运行优化

喻珊，李晓馨，詹徐山，陈友根

（新余新钢集团有限公司，江西 新余 338000）

摘 要：新钢烧结湿法脱硫废水处理一直是难题。为了缓解新钢烧结脱硫废水的现状，新钢采取提高石膏品质、降低废水有害成分、改进废水管道、优化操作等有效措施，提高了脱硫运行效果，同时达到降本增效的目的。

关键词：湿法脱硫；脱硫废水；石膏

0 引 言

石灰石（石灰）要湿法烟气脱硫因处理烟气量大、脱硫剂成本低廉、脱硫效率高，以及副产物（石膏）可回收利用等优点被全世界所推广，但也存在投资大、设备腐蚀、管道堵塞、运行不稳定尧容易受入口烟气量波动和脱硫废水难处理等问题^[1]。烧结脱硫废水成分复杂，且为弱酸性（pH 5.0~7.0），主要有重金属、悬浮物、过饱和的亚硫酸盐、硫酸盐、氨氮、油分以及 Cl^-[2]。悬浮物主要是来自浆液中的硫酸钙、亚硫酸盐以及微细粉尘；NH⁴⁺来源于脱硫系统的工艺水和烧结煤中有机组分^[3]；Ca²⁺和Mg²⁺主要来源于脱硫剂；Cl^-主要来源于煤、脱硫剂和工艺水；F^-主要来源于煤；重金属主要来源于煤；COD 主要由亚硫酸盐组成，来自脱硫系统反应的中间产物^[4]。文中结合现场以及遇到的问题对烧结脱硫废水系统进行优化，以缓解废水系统存在的问题。 

1 新钢烧结脱硫废水来源

烧结机将混合后的原料进行烧结，产生大量的烟气，烟气含有大量的 SO₂、NO_x、粉尘、二噁英、重金属等成分^[5]，烧结烟气在电除尘作用下去除粉尘及少量重金属，经过主抽风机抽气后，在增压风机的作用下进入脱硫系统，去除烟气中 SO₂。湿法脱硫系统采用石灰石或生石灰加水制成一定浓度的脱硫剂，经供浆泵进入脱硫塔浆液区，循环泵连续不断的将浆液输入喷淋区，与烟气中的 SO₂ 反应生成亚硫酸钙（CaSO₃），亚硫酸钙在氧化风机的作用 下氧化成硫酸钙（CaSO₄），硫酸钙饱和后结晶析出成为石膏（CaSO_4•2H₂O）。达到一定浓度的石膏浆液在石膏旋流器分离后，石膏旋流器的底流进入真空皮带机下脱干后形成副产物石膏，上溢流则进入废水旋流器进行离心分离，废水旋流器的上溢流即为脱硫废水。脱硫废水进入废水处理系统后回用到烧结机，用于烧结机配料用水，如图 1 所示。达到一定饱和的石膏浆液如不及时排出吸收塔将会影响脱硫效率，同时烟气中携带的有害成分也会对整个脱硫系统造成负面影响，因此，为了防止系统内的有害成分（氯离子、粉尘等）对脱硫系统造成影响，必须对其进行脱膏和排放废水，使其进行置换。 

2 新钢烧结脱硫废水的现状及处理

2.1 新钢烧结烟气脱硫体系运行现状

新钢烧结厂共有 5 台烧结机，均配有独立的脱硫系统。4#、5#、6#、8# 烧结烟气匹配的脱硫系统采用石灰石（石灰-石膏）湿法脱硫法，其中 4#、5#、6# 脱硫系统采用生石灰作为脱硫剂，8# 脱硫系统采用石灰石作脱硫剂。 7# 烧结烟气采用半干法循环流化床法。为防止烧结机因脱硫系统进行大修或者改造时停产，建立一套石灰石（石灰-石膏）湿法脱硫系统作为 5#、6#、7# 脱硫系统的备用系统，采用石灰石作为脱硫剂。目前，7# 脱硫系统正处于大修状态，7# 烧结烟气采用备用湿法脱硫系统。新钢烧结厂共有 3 套脱硫废水处理系统，共产废水量 534 t/d。其中 4#、8# 脱硫共用一套废水系统，共产废水 240 t/d，废水存储箱 1# 废水池，供给 8# 烧结机配料使用；5#、6# 脱硫共用一套废水系统，共产废水 168 t/d，废水存储箱 150 m³ 废水池，供给 6#、7# 烧结机配料使用；7# 脱硫一套废水系统，共产废水 126 t/d，废水存储箱 2# 废水池，供给 4#、5# 烧 结机配料使用。为缓解烧结机配料用水的压力，3 个废水储存箱之间互通，保证脱硫系统正常运行。

2.2 新钢烧结脱硫废水处理

废水中 COD、氨氮以及 Cl^-浓度波动范围如表 1 所示。脱硫废水经废水旋流器顶部进入废水三联箱，即在中和箱中加碱（石灰乳），调整废水 pH 值 在 9 左右，使水中的重金属形成氢氧化物沉淀，F^- 与 Ca²⁺反应生成 CaF₂ 沉淀^[6]；在絮凝箱中加絮凝剂 （PAC 聚合氯化铝），使水中大部分悬浮物沉淀；在沉淀箱中加助凝剂（PAM 聚丙烯酰胺），增大絮凝体的体积，增加沉淀速度，降低细小絮体的残留。经三联箱处理后进入澄清池，进行泥水分离，底部污泥由提升泵到达板框压滤机压泥后运走，上清液则进入废水储存箱，供烧结机配料使用，如图 2 所示。

3 新钢烧结脱硫废水系统存在的问题

3.1 废水成分含量富集

因废水采用回用的方式，废水中 COD、氨氮以及氯离子浓度不断富集，包裹在脱硫剂表面，导致浆液中毒，抑制脱硫剂与 SO₂ 反应，致使脱硫效果变差。氯离子和氨氮对设备腐蚀较大，设备检修频繁，影响设备运行经济性和缩短使用寿命。氯离子含量增多，Ca²⁺易与 Cl^-结合，包裹在浆液表面，影响脱硫剂的利用率，增大脱硫剂的使用；浆液中氯离子含量增多影响石膏结晶，致使石膏脱水困难，影响石膏质量。 

3.2 脱硫剂不合格

脱硫剂杂质较多，且颗粒较大，包裹在脱硫剂表面袁影响脱硫剂与 SO₂ 反应效果，降低了脱硫剂的利用率，且会影响石膏品质；镁含量较多，容易产生泡沫，造成虚假液位^[7]，影响判断，且溢流液容易进入吸收塔入口烟道，影响增压风机运行和腐蚀烟道。 

3.3 石膏结晶效果差

石膏晶体很小，导致脱水时有部分石膏进入废水系统，致使废水悬浮物增加，导致结垢，容易堵塞废水管道，造成烧结机配料用量减少，增加脱水负担。 

3.4 废水存储空间不足

目前，入口硫含量较高，为控制出口硫指标，供浆量大，脱水频繁，脱硫废水增大，已超出烧结机配料使用量和废水储存箱容量，影响脱水，从而影响正常生产。 

4 新钢烧结脱硫废水系统的优化

4.1 降低废水成分含量

提高烧结机机头除尘效率，确保除尘柜一次、 二次电流和电压正常，导通率高，降低粉尘和煤中的有机组分进入脱硫系统的含量，减少废水悬浮物以及氨氮浓度；增大氧化效果，尽可能的将亚硫酸盐氧化成硫酸盐，降低废水中的 COD；控制工艺水的品质，尽可能保证工艺水中氨氮、COD 和悬浮物等成分合格。针对废水中存在泡沫问题，可适当投加除泡剂，控制脱硫剂品质；改造烧结机燃烧系统，减少点火用油，提高燃烧效率^[8]；合理控制氧化风 量，避免多余的空气以气泡的形式溢至浆液表面^[9]；适当控制循环泵台数，减弱扰动带来的浆液起泡。在保证石膏质量的前提下，通过调节石膏旋流器的压力，保证浆液中的泡沫、粉尘、重金属以及氯离子跟随石膏脱走，且滤饼不冲洗，降低废水中氯离子、粉尘和重金属含量，提高浆液品质^[10]。调节石膏旋流器压力院增加旋流子；石膏旋流器返回阀关小；增大沉沙嘴孔径。 

4.2 提高脱硫剂利用率

选进合格优质的脱硫剂，提高浆液品质，促进脱硫剂利用率和获得优质石膏。脱硫剂成分指标院CaCO₃≧90%，MgCO₃≦5%，粒度：90%以上通过250 目（0.065 mm）筛分^[11]。 脱硫剂粒径越细，越有利于溶解，越容易提高吸收效率，提高浆液过饱和度。适当增加增效剂的使用，减少供浆量，促进石膏的生成，缓解浆液 pH 的波动，减少脱硫塔内结垢现象。循环泵运行台数少，减少脱硫剂与 SO₂ 接触面积，降低浆液和石膏品质；循环泵台数多，打碎石膏晶体，使石膏晶体变小，因此，要适当增加循环泵，减少供浆量，同时促进石膏晶体长大。在出口硫可操控范围内，降低浆液 pH 值，促进脱硫剂溶解，并于 SO₂ 反应充分袁生成亚硫酸钙，同时可促进石膏粒径变大，增大石膏晶体。 

4.3 增大石膏晶体

适当增开氧化风机，加快亚硫酸钙氧化成硫酸钙，促进石膏结晶并变大，也可在氧化风机上接压缩空气袁增大氧化能力^[12]。控制吸收塔浆液温度在 45~55 ℃，促进石膏晶体生成。适当提高吸收塔液位，提高氧化反应空间，增强石膏品质。脱硫投运前，可适当添加石膏晶种，以保持石膏在低过饱和度的环境下结晶变大。pH 越低，石膏生成的颗粒越大，但过低的 pH 不利于 SO₂ 吸收，且易腐蚀脱硫塔，因此，结合脱硫剂、SO₂ 及石膏晶体等 3 个因素，适当控制吸收塔 pH，使浆液 pH 保持在 4.8~5.5（石粉做脱硫剂），5.0~6.0（生石灰做脱硫剂）；适当提高浆液密度，增加结晶表面，促进石膏晶体长大。

4.4 减少废水量

废水主要来源于石膏脱水和冲洗水，为缓解烧结机配料使用废水和废水存储压力，减少不必要的废水量，如冲洗地面水，雨水等，对现场废水走向进行改造，将澄清池 2# 的上清液流向广场地坑，再流向废水存储箱管道改为澄清池 2# 的上清液直接流向废水存储箱，使废水存储箱只存储石膏脱水，如图 3 所示。

4.5 优化操作

通过培训学习，提高员工的操作水平；废水加药量根据废水情况合理投加，保证废水絮凝和助凝效果良好，确保出水水质。加强设备管理，检查氧化风机出口母管压力及电流、循环泵电流和出口压力等，定期清理氧化风机风罩，提高氧化风机风量。定期对澄清池和废水储存箱进行清理，每日对废水管道进行冲洗，以防堵塞管道。 

4.6 改进后的效果

新钢烧结脱硫废水经过上述改进后有着明显的效果，最为直接的效果就是废水管路堵塞情况明显降低，以往 7~10 天需要清理一次废水管道，现改进 4 个月有余，还未发现废水管道堵塞问题。石膏品质明显有所上升，石膏含量增加，石膏含水率下 降，石膏品质均达标；废水成分有所下降，氨氮和氯离子成分相对减少，如表 2 和表 3 所示。

5 结 论

通过对烧结脱硫废水问题进行分析，在现有的基础上采取了优化系统操作、改造废水管道、提高石膏质量等措施，缓解了废水存储空间不足和废水水质等问题，优化了脱硫废水系统运行，达到降本增效等效果。

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