燒結煙氣半干法選擇性脫硫新技術應用
摘要:燒結工藝排放的SO2量約占鋼鐵生產的60%以上，傳統的低硫原料配入、高煙囪擴散稀釋等控制方法，已不能適應脫硫減排的新形勢。本文介紹了福建三鋼集團在CFB-FGD半干法脫硫工藝的設計上采用了雙煙道、雙抽風機工藝配置的煙氣選擇性脫硫技術方案，比老工藝更經濟實用，為解決鋼鐵行業燒結煙氣脫硫問題提供了范例。
1 燒結煙氣的特點
鋼鐵生產中的燒結煙氣是燒結混合料點火，隨臺車運行在高溫燒結成型中產生的含塵廢氣，其主要特點為：漏風率高（40%～50%），生產1t燒結礦產生4000～6000m3煙氣；煙氣溫度隨工藝操作狀況而變化，在120℃～180℃之間；煙氣攜帶粉塵多，粉塵主要由金屬、金屬氧化物或不完全燃燒物質等組成，一般濃度達10g/Nm3；含濕量大，水分含量在10%左右；含有HCl、SOX、NOX、HF等腐蝕性氣體以及重金屬、二惡英類等污染物；SO2濃度隨原、燃料波動而變化，在1000～6000mg/Nm3之間，機頭各個風箱的SO2濃度差異很大。
2007年3月，對福建三鋼1#180m2燒結機頭各個風箱進行了4次監測，取平均值如表1。
 |
現場測試分析得出：燒結機大煙道中，煙氣SO2平均濃度為3076mg/m3；燒結機15個風箱的SO2濃度呈現頭尾兩端低、中間高的特點，即1#～4#、14#及15#頭尾兩端的風箱SO2平均濃度僅為346.1mg/m3，風量占總風量的46%，SO2排放量占總排放量的5.17%；5#～13#中間風箱的SO2濃度高，平均濃度為5398.2mg/m3，風量占總風量的54%，SO2排放量占總排放量的94.83%。
2 全煙氣脫硫與選擇性脫硫工藝方案的比較
2.1 所有的燒結煙氣全部經過脫硫
全煙氣脫硫工藝不改變燒結機原有的工藝流程，在燒結機主抽風機加入煙氣脫硫裝置。脫硫前SO2平均濃度為3076mg/m3，脫硫效率設定為85%，脫硫后SO2排放濃度為461mg/m3。
2.2 選擇煙氣含硫濃度高的風箱進行脫硫
根據各風箱SO2排放濃度的特點，考慮僅將排放濃度較高的5#～13#風箱中煙氣引出脫硫，脫硫效率設定為90%，脫硫后SO2排放濃度為450mg/m3。而排放濃度較低的1#～4#、14#及15#風箱煙氣不經脫硫，只經單獨電除塵凈化后排入大氣，SO2濃度為346mg/m3。
2.3 兩種工藝方案比較（見表2）
 |
兩種方案比較，全煙氣脫硫比選擇性脫硫投資高出185萬元，運行費用（包括前端主抽引風機及電除塵系統）則高出679萬元。在施工難度及場地要求方面，采用選擇性脫硫工藝雖有一定的困難，但可以克服。綜合各方面因素，決定采用選擇性脫硫創新工藝。
3 循環流化床脫硫工藝及操作控制
3.1 工程概況
福建三鋼2#180m2燒結機采用龍凈環保公司CFB-FGD半干法技術。2007年3月26日開工建設，10月18日投入運營。燒結機煙氣脫硫工藝見下圖：
 |
脫硫工藝流程：燒結機煙氣分煙道分別進入兩臺電除塵器及2#、3#引風機，SO2濃度較高的煙氣經2#引風機自脫硫島的底部進入吸收塔，煙氣經吸收塔底文丘里結構加速后與消化石灰發生脫硫反應。煙氣從吸收塔頂部側向下行進入布袋除塵器，進行氣固分離。經除塵器捕集下來的固體顆粒，通過脫硫灰再循環系統，返回吸收塔繼續參加循環反應，脫硫除塵后的煙氣通過煙囪排放。而SO2濃度極低的煙氣，則經3#引風機送入電除塵凈化后達標排放。系統采用爐后旁路布置，當脫硫系統不運行時，煙氣經機頭電除塵器處理后，通過主抽風機排至煙囪。脫硫系統與燒結機的主機系統相對獨立，便于管理與維護。
3.2 工藝原理
以循環流化床為基理，通過物料在吸收塔內的內循環和高倍率外循環，使得床內的Ca/S比高達50以上，從而強化了脫硫劑與煙氣中SO2、SO3、HF和HCl等氣體的傳熱傳質性能。在文丘里出口擴管段設有噴水裝置，使煙溫降至71℃～80℃（高于煙氣露點15℃～20℃），并延長脫硫劑與煙氣接觸時間，使系統脫硫率達到90%以上。主要化學反應如下：
CaO+H2O=Ca(OH)2
Ca(OH)2+SO2=CaSO3·1/2H2O+1/2H2O
Ca(OH)2+SO3=CaSO4·1/2H2O+1/2H2O
CaSO3·1/2H2O+1/2O2=CaSO4·1/2H2O
Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O
2Ca(OH)2+2HCl=CaCl2·Ca(OH)2·2H2O（＞120℃）
Ca(OH)2+2HF=CaF2+2H2O
3.3 脫硫系統試運行記錄（見表3）
 |
3.4 工藝運行注意事項
（1）吸收塔出口溫度
從反應熱力學角度分析，脫硫反應是放熱反應，相對較低的操作溫度對脫硫過程有利。從反應動力學角度分析，SO2與Ca(OH)2的反應是離子反應，操作溫度越接近于水（酸）露點，越有利于提高脫硫效率。實際運行中，出口溫度控制在75℃～80℃（一般穩定在±1℃）。如果溫度過低，會給系統安全運行帶來影響。
（2）Ca/S比
Ca/S比是影響系統脫硫效率和經濟運行的重要因素。系統中SO2排放濃度可以在DCS中用手工輸入，其目的是用來調節生石灰的加入量。運行中，Ca/S比控制在1.2～1.3，可達到最佳的脫硫效果。
（3）吸收塔壓降
吸收塔的床層壓降可以有效反映塔內流化床的脫硫灰循環量，直接影響流化床的建立、煙氣的冷卻水能否及時完成蒸發。維持最佳吸收塔性能的壓降約為1.0～1.3kPa。
（4）脫硫劑質量
生石灰的活性直接影響吸收劑的耗量，活性越好，Ca/S比也越低，生石灰的耗量也相對較少。生石灰品質一般要求T60≤4分鐘，純度≥80%，粒徑100％≤2mm，否則生石灰的耗量將會急劇增加。消化后的消石灰粉，含水可控制在1%的范圍內，其平均粒徑為10um左右，比表面積可達20m2/g以上。
（5）布袋除塵器的選擇
由于脫硫灰料的不斷循環，使得布袋除塵器入口粉塵濃度高達600～1000g/Nm3，除塵效率要達到99.99%以上，運行關鍵是防止糊袋以及選擇合理的氣布比。系統選用德國LLAG的低壓旋轉脈沖噴吹式布袋除塵器，相當于固定床反應器（可以延時進行脫硫反應），其中脫硫率可達到總脫硫率的15%～30%。
（6）脫硫灰渣處理
半干法脫硫產生的脫硫灰渣成分以CaSO3·1/2H2O和CaSO4·1/2H2O為主，用作建材摻合料。脫硫島內布袋除塵器灰斗下的脫硫灰采用濃相正壓倉泵氣力輸送方式運至脫硫灰庫。
4 脫硫綜合效果分析
（1）系統經濟技術指標見表4。
 |
（2）福建三鋼采用選擇性脫硫創新工藝，對燒結風箱中高濃度SO2的煙氣進行集中處理，克服了傳統上大排量、低濃度SO2燒結煙氣的治理難題，對燒結工況變化的適應能力強，能達到穩定運行要求，工程投資、運行費用方面均優于全煙氣脫硫工藝，在全國尚屬首創。
（3）鋼鐵行業往往沒有預留燒結脫硫場地。利用循環流化床技術在布置上的靈活性，系統采用爐后旁路布置，吸收塔架空在廠區主干道上，跨度為8m，凈空5.5m以上，脫硫除塵島占地面積為17.2×28.2（m），能滿足廠內交通、消防、設備檢修及維護的需要。
（4）循環流化床工藝符合目前國內脫硫國產化發展實際技術水平，脫硫灰渣不會形成二次污染，具有資源化、經濟化的特征。排煙溫度始終控制在高于露點溫度20℃以上，因此煙氣不需要再加熱，系統無廢水產生，也無需防腐處理。
（5）2007年10月，福建三鋼180m2燒結機煙氣脫硫系統順利通過240小時的試運行，SO2平均排放濃度小于400mg/m3，脫硫效率穩定在90%以上，粉塵排放濃度低于50mg/m3。證明該工藝技術成熟、經濟適用，對燒結行業當前急待解決的煙氣脫硫問題具有很好的示范作用。
參考文獻：
[1] 岑望來，等.燒結煙氣脫硫技術現狀[J].工業安全與環保，2007，7（33）： 27-29.
[2] 賀亮，等.半干法煙氣脫硫技術研究現狀及進展[J].天津化工，2007，3（21）： 18-20.
[3] 林馳前，等.煙氣循環流化床干法脫硫系統的設計與調試[J].中國環保產業， 2007，6：49-52.
[4] 赫繼鋒，等.燒結煙氣脫硫技術基本工藝參數的試驗研究[J].燒結球團， 2006，3（31）：1-3.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
