燒結(jié)機煙氣選擇性脫硫技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用
摘要:介紹了鋼鐵工業(yè)燒結(jié)煙氣選擇性脫硫技術(shù)及循環(huán)流化床半干法脫硫工藝的原理、系統(tǒng)運行效果及在應(yīng)用中存在的問題，并對其發(fā)展提出了建議。
關(guān)鍵詞:燒結(jié)機煙氣,選擇性脫硫,循環(huán)流化床半干法,運行效果
1 前言
我國“十一五”規(guī)劃綱要明確提出：要建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，把單位GDP能耗降低20%，主要污染物排放總量減少10%，這是具有法律效力的約束性指標(biāo)。當(dāng)前，SO2的減排呼聲最高，壓力最大。鋼鐵企業(yè)是SO2排放的第二大戶，存在巨大的減排空間，在電廠脫硫已取得較大成效的情況下，減排的壓力正日益突出。據(jù)有關(guān)報導(dǎo)：2007年我國鋼鐵工業(yè)SO2排放量為 75.64萬噸，比2006年僅下降0.51%，連續(xù)兩年未能完成“十一五”規(guī)劃提出的減排目標(biāo)。鋼鐵工業(yè)SO2排放主要來自燒結(jié)工序，其排放總量占全鋼鐵行業(yè)SO2排放總量的50%左右，在不包括自備電廠排放的情況下，則占鋼鐵行業(yè)SO2排放總量的90%左右。因此，鋼鐵工業(yè)燒結(jié)工序的脫硫是國家控制SO2排放的新的重點領(lǐng)域，燒結(jié)煙氣脫硫勢在必行。
本文以福建三鋼（集團）公司（以下簡稱福建三鋼）為例，介紹了該企業(yè)在新建的180m2燒結(jié)機上實施的燒結(jié)煙氣選擇性、循環(huán)流化床半干法脫硫工藝，該設(shè)施于2007年3月開始動工，同年10月18日順利投用，目前，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，效果良好。
2 燒結(jié)煙氣選擇性脫硫技術(shù)
2.1 技術(shù)方案的提出
燒結(jié)煙氣中SO2的S主要來自鐵礦粉和煤粉中的硫化物和硫酸鹽，通過燒結(jié)，原料中90%以上的硫可以脫除，形成氣體排出。在燒結(jié)機各風(fēng)箱內(nèi)，煙氣中SO2濃度各不相同，差異很大（見圖1）。
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從圖1中可見，低濃度的煙氣量約占全部煙氣量的 1/2。如果將全部煙氣進行脫硫，不僅投資大，脫硫效率低，而且脫硫運行成本也高。因此，不管采取何種脫硫工藝，只要把中間高SO2濃度段的煙氣匯集到一條獨立的脫硫煙道內(nèi)有選擇地進行脫硫，就可以實現(xiàn)低投資、低成本地高效脫硫。
為確定所需脫硫的煙氣所在風(fēng)箱位置及數(shù)目，對燒結(jié)機的15個風(fēng)箱中的煙氣進行SO2的現(xiàn)場檢測，平均數(shù)值見表1。
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從上表可知， 燒結(jié)機煙道中S O 2 平均濃度為 3076mg/m3，1#～4#、14#～15#六個風(fēng)箱煙氣中 SO2平均濃度為368.7mg/m3，SO2排放量只占總排放量的5.17%，煙氣量卻占46%；5#～13#風(fēng)箱中的SO2平圖1 煙氣中SO2濃度在燒結(jié)機長度方向上的變化曲線均濃度高達5724.1mg/m3，SO2排放量占總排放量的 94.83%，煙氣量卻只占54%。所以有選擇地把5#～ 13#風(fēng)箱中煙氣匯集到一條煙道上進行脫硫是必要且完全可行的。
2.2 技術(shù)的實施
為實現(xiàn)選擇性脫硫的目的，技術(shù)人員設(shè)計出了分段式不等徑煙道布置方案（見圖2），即把常規(guī)設(shè)計的一條煙道分成直徑不同的3段，頭、尾不需脫硫的煙道匯集成1條，中間脫硫段獨立1條煙道。2條煙道各自對應(yīng)配置了大小不同的2臺（套）電除塵器和主抽風(fēng)機（2套除塵器的總除塵面積、主抽風(fēng)機電機總功率和常規(guī)1條煙道的燒結(jié)機是一樣的）。為適應(yīng)脫硫需要，在脫硫煙道尾部增設(shè)溫度自動補償裝置，穩(wěn)定脫硫煙氣的溫度。這種布置保證了燒結(jié)機兩邊風(fēng)箱接入煙道的路徑完全相同，不會引起風(fēng)量不平衡的現(xiàn)象，既可滿足脫硫需要，又不影響燒結(jié)，而且布置簡單。
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3 循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)的應(yīng)用
3.1 脫硫方法的選定
煙氣脫硫技術(shù)自20世紀(jì)60年代在國外就有了，我國燃煤電廠也早就引進了脫硫技術(shù)，并在“十五”期間得到了快速發(fā)展，現(xiàn)已普遍應(yīng)用。燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已形成了多種脫硫方法。目前國內(nèi)已實施的、正在建設(shè)中和論證中的脫硫方法也有多種，如循環(huán)流化床法、密相干塔法、氨—硫銨法、MEROS法、 LEC法、離子液循環(huán)法、有機胺法等，簡單可以劃分為濕法、半干法和干法。因此，燒結(jié)煙氣能否成功脫硫的關(guān)鍵是要選擇一種合適的脫硫技術(shù)。對脫硫方法的選擇主要應(yīng)依據(jù)以下一些原則：
（1）脫硫方法成熟，有工業(yè)化運行業(yè)績，能適應(yīng)燒結(jié)煙氣特點；
（2）流程簡單，占地面積小，可布置在現(xiàn)有場地；
（3）投資省，運行成本低；
（4）操作簡單，不產(chǎn)生二次污染；
（5）脫硫產(chǎn)物基本可以綜合利用或有利用前景。
經(jīng)過對各種脫硫技術(shù)進行比較后，福建三鋼采用了福建龍凈脫硫脫硝公司從德國魯奇公司引進的循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)，該技術(shù)在國內(nèi)外電廠運行業(yè)績良好，可高效脫除SO2、SO3、HCl、HF等有害物質(zhì)，同時還預(yù)留有吸附劑添加系統(tǒng)的位置，將來可脫除煙氣中重金屬、二惡英等有害物質(zhì)，該系統(tǒng)還具有占地面積較小、投資省、運行成本低、自動化程度高、不產(chǎn)生廢水等二次污染的優(yōu)點。
3.2 循環(huán)流化床半干法脫硫工藝原理
從燒結(jié)機脫硫煙道出來的煙氣，經(jīng)機頭ESP除塵器、主抽風(fēng)機后，通過氣封式風(fēng)檔控制，從吸收塔進入。在吸收塔進口段，高溫?zé)煔馀c加入的吸附劑、循環(huán)灰充分預(yù)混合，進行初步的脫硫反應(yīng)。然后通過吸收塔下部的文丘里管的加速，進入循環(huán)流化床體。物料在循環(huán)流化床里，氣固兩相由于氣流的作用，產(chǎn)生激烈的湍動與混合，反應(yīng)界面不斷磨擦、碰撞，產(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng)。由于顆粒與煙氣之間具有很大的相對滑落速度，因此可以達到很高的脫硫效率。
在文丘里管出口的擴管段設(shè)有噴水裝置，通過專用的霧化噴頭向吸收塔內(nèi)噴霧化水，使煙氣溫度降到露點溫度以上20℃左右。攜帶大量吸收劑、吸附劑和反應(yīng)產(chǎn)物的煙氣，從吸收塔頂部側(cè)向下行進入脫硫布袋除塵器，進行氣固分離。經(jīng)除塵器捕集下來的固體顆粒，通過除塵器下的脫硫灰再循環(huán)系統(tǒng)，返回脫硫塔繼續(xù)參加反應(yīng)，如此循環(huán)。多余的脫硫灰渣，通過氣力輸送至脫硫灰渣庫內(nèi)。系統(tǒng)中的生石灰、消石灰以及脫硫循環(huán)灰也均采用氣力輸送。
同時，為適應(yīng)燒結(jié)機經(jīng)常性長短不一的停機需要和穩(wěn)定脫硫塔內(nèi)床層壓降，系統(tǒng)中設(shè)置了內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)和補氣系統(tǒng)。
福建三鋼燒結(jié)煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫工藝流程見圖3。
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4 系統(tǒng)運行效果
（1）運行穩(wěn)定，脫硫效果良好
福建三鋼180m2燒結(jié)機脫硫設(shè)施自2007年運行至今，系統(tǒng)總體運行穩(wěn)定，基本上實現(xiàn)了工藝實施前提出的脫硫效率、系統(tǒng)同機運轉(zhuǎn)率在90%以上及脫硫后粉塵濃度低于50mg/m3的目標(biāo)，并已實現(xiàn)了與省、市環(huán)境監(jiān)測站在線監(jiān)測的并網(wǎng)。三明市環(huán)境監(jiān)測站對該系統(tǒng)的抽查檢測結(jié)果見表2。
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（2）運行成本較低
循環(huán)流化床半干法脫硫以細磨生石灰粉為脫硫劑，資源充足，脫硫設(shè)施簡單，運行成本較低。特別是采用選擇性脫硫方法，使得運行成本又可以降低35%左右。系統(tǒng)運行費用見表3。
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（3）燒結(jié)產(chǎn)量可提高15%以上
由于采用了分段式不等徑煙道布置方法，使得燒結(jié)過程中的風(fēng)量配置更加合理，漏風(fēng)率下降，從而促進了生產(chǎn)效率的進一步提高，與同規(guī)格的燒結(jié)機相比，燒結(jié)產(chǎn)量可提高15%以上。
（4）風(fēng)箱余熱得到利用
為適應(yīng)脫硫降溫需要，在燒結(jié)機尾部高溫段風(fēng)箱內(nèi)采用熱管技術(shù)安裝了2臺產(chǎn)汽鍋爐，脫硫段煙氣可降低 20℃左右，每天可產(chǎn)生1.3MPa、250℃過熱蒸汽100多t，5 存在的不足該系統(tǒng)運行以來一直比較穩(wěn)定，目前最大的不足是脫硫灰渣的使用范圍有限，僅用于作水泥沙漿、做改良瀝青和內(nèi)墻墻面涂料等，而且使用數(shù)量有限。企業(yè)無法直接從脫硫產(chǎn)物的綜合利用中得到效益，以降低脫硫運行成本。脫硫灰渣成分見表4。
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6 發(fā)展建議
（1）政策扶持
目前我國燒結(jié)煙氣脫硫尚處于起步階段，對燒結(jié)煙氣不管采用何種方法脫硫，均存在投資較大（約占燒結(jié)機總投資的20%～50%）、脫硫成本高（6元/t礦以上）的問題，企業(yè)負(fù)擔(dān)較重。有關(guān)部門應(yīng)參照電廠脫硫的補貼方式，利用財政、稅收、價格和行政等手段對脫硫企業(yè)給予優(yōu)惠政策，以提高企業(yè)的脫硫積極性。
（2）加快開發(fā)脫硫產(chǎn)物綜合利用研究
國家應(yīng)鼓勵并扶持相關(guān)科研機構(gòu)及有能力的企業(yè)加快對脫硫產(chǎn)物的開發(fā)利用研究，使脫硫產(chǎn)物有穩(wěn)定的銷售、利用領(lǐng)域，降低企業(yè)脫硫的運行成本。
（3）采用燒結(jié)煙氣選擇性脫硫
采用燒結(jié)煙氣選擇性脫硫僅需要處理60%左右的煙氣就可以達到脫硫目的，可有效降低脫硫運行成本和投資成本。
（4）脫硫設(shè)備的選型要留有足夠空間
對燒結(jié)原料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的廠家，脫硫主要設(shè)備的設(shè)計要足夠大，要留有充分的空間。同時，有條件的企業(yè)應(yīng)盡量多用進口礦或低硫國產(chǎn)礦，減少SO2的產(chǎn)生量，以提高脫硫效率和降低脫硫成本。
7 結(jié)語
燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)在我國尚處于起步階段，大多還停留在研究與實驗階段，采用選擇性、循環(huán)流化床半干法脫硫工藝進行煙氣脫硫，具有投資省、占地面積小、運行穩(wěn)定、脫硫效率高、脫硫成本較低等優(yōu)點，可促進國內(nèi)鋼鐵工業(yè)的燒結(jié)煙氣脫硫。
參考文獻：
[1] 郜學(xué).我國燒結(jié)球團行業(yè)脫硫現(xiàn)狀及減排對策[J].燒結(jié)球團，2008.3.
[2] 單尚華，李春風(fēng).加快實施燒結(jié)煙氣脫硫，促進區(qū)域環(huán)境改善[C].中國鋼鐵年會論文集.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.
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