摘要:燒結(jié)工藝排放的SO₂量約占鋼鐵生產(chǎn)的60%以上，傳統(tǒng)的低硫原料配入、高煙囪擴散稀釋等控制方法，已不能適應(yīng)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(shè)計上采用了雙煙道、雙抽風(fēng)機工藝配置的煙氣選擇性脫硫技術(shù)方案，比老工藝更經(jīng)濟實用，為解決鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣脫硫問題提供了范例。

1 燒結(jié)煙氣的特點

鋼鐵生產(chǎn)中的燒結(jié)煙氣是燒結(jié)混合料點火，隨臺車運行在高溫?zé)Y(jié)成型中產(chǎn)生的含塵廢氣，其主要特點為：漏風(fēng)率高（40%～50%），生產(chǎn)1t燒結(jié)礦產(chǎn)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(zhì)等組成，一般濃度達(dá)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(fēng)箱的SO₂濃度差異很大。

2007年3月，對福建三鋼1#180m2燒結(jié)機頭各個風(fēng)箱進(jìn)行了4次監(jiān)測，取平均值如表1。

現(xiàn)場測試分析得出：燒結(jié)機大煙道中，煙氣SO₂平均濃度為3076mg/m³；燒結(jié)機15個風(fēng)箱的SO₂濃度呈現(xiàn)頭尾兩端低、中間高的特點，即1#～4#、14#及15#頭尾兩端的風(fēng)箱SO₂平均濃度僅為346.1mg/m³，風(fēng)量占總風(fēng)量的46%，SO₂排放量占總排放量的5.17%；5#～13#中間風(fēng)箱的SO₂濃度高，平均濃度為5398.2mg/m³，風(fēng)量占總風(fēng)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(jié)煙氣全部經(jīng)過脫硫

全煙氣脫硫工藝不改變燒結(jié)機原有的工藝流程，在燒結(jié)機主抽風(fēng)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(shè)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(fēng)箱進(jìn)行脫硫

根據(jù)各風(fēng)箱SO₂排放濃度的特點，考慮僅將排放濃度較高的5#～13#風(fēng)箱中煙氣引出脫硫，脫硫效率設(shè)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(fēng)箱煙氣不經(jīng)脫硫，只經(jīng)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(fēng)機及電除塵系統(tǒng)）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(chuàng)新工藝。

3 循環(huán)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(jié)機采用龍凈環(huán)保公司CFB-FGD半干法技術(shù)。2007年3月26日開工建設(shè)，10月18日投入運營。燒結(jié)機煙氣脫硫工藝見下圖：

脫硫工藝流程：燒結(jié)機煙氣分煙道分別進(jìn)入兩臺電除塵器及2#、3#引風(fēng)機，SO₂濃度較高的煙氣經(jīng)2#引風(fēng)機自脫硫島的底部進(jìn)入吸收塔，煙氣經(jīng)吸收塔底文丘里結(jié)構(gòu)加速后與消化石灰發(fā)生脫硫反應(yīng)。煙氣從吸收塔頂部側(cè)向下行進(jìn)入布袋除塵器，進(jìn)行氣固分離。經(jīng)除塵器捕集下來的固體顆粒，通過脫硫灰再循環(huán)系統(tǒng)，返回吸收塔繼續(xù)參加循環(huán)反應(yīng)，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(jīng)3#引風(fēng)機送入電除塵凈化后達(dá)標(biāo)排放。系統(tǒng)采用爐后旁路布置，當(dāng)脫硫系統(tǒng)不運行時，煙氣經(jīng)機頭電除塵器處理后，通過主抽風(fēng)機排至煙囪。脫硫系統(tǒng)與燒結(jié)機的主機系統(tǒng)相對獨立，便于管理與維護(hù)。

3.2 工藝原理

以循環(huán)流化床為基理，通過物料在吸收塔內(nèi)的內(nèi)循環(huán)和高倍率外循環(huán)，使得床內(nèi)的Ca/S比高達(dá)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(zhì)性能。在文丘里出口擴管段設(shè)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(tǒng)脫硫率達(dá)到90%以上。主要化學(xué)反應(yīng)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(tǒng)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(yīng)熱力學(xué)角度分析，脫硫反應(yīng)是放熱反應(yīng)，相對較低的操作溫度對脫硫過程有利。從反應(yīng)動力學(xué)角度分析，SO₂與Ca(OH)₂的反應(yīng)是離子反應(yīng)，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(wěn)定在±1℃）。如果溫度過低，會給系統(tǒng)安全運行帶來影響。

（2）Ca/S比

Ca/S比是影響系統(tǒng)脫硫效率和經(jīng)濟運行的重要因素。系統(tǒng)中SO₂排放濃度可以在DCS中用手工輸入，其目的是用來調(diào)節(jié)生石灰的加入量。運行中，Ca/S比控制在1.2～1.3，可達(dá)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(nèi)流化床的脫硫灰循環(huán)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(fā)。維持最佳吸收塔性能的壓降約為1.0～1.3kPa。

（4）脫硫劑質(zhì)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(zhì)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(nèi)，其平均粒徑為10um左右，比表面積可達(dá)20m2/g以上。

（5）布袋除塵器的選擇

由于脫硫灰料的不斷循環(huán)，使得布袋除塵器入口粉塵濃度高達(dá)600～1000g/Nm³，除塵效率要達(dá)到99.99%以上，運行關(guān)鍵是防止糊袋以及選擇合理的氣布比。系統(tǒng)選用德國LLAG的低壓旋轉(zhuǎn)脈沖噴吹式布袋除塵器，相當(dāng)于固定床反應(yīng)器（可以延時進(jìn)行脫硫反應(yīng)），其中脫硫率可達(dá)到總脫硫率的15%～30%。

（6）脫硫灰渣處理

半干法脫硫產(chǎn)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(nèi)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?guī)臁?/p>

4 脫硫綜合效果分析

（1）系統(tǒng)經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)見表4。

（2）福建三鋼采用選擇性脫硫創(chuàng)新工藝，對燒結(jié)風(fēng)箱中高濃度SO₂的煙氣進(jìn)行集中處理，克服了傳統(tǒng)上大排量、低濃度SO₂燒結(jié)煙氣的治理難題，對燒結(jié)工況變化的適應(yīng)能力強，能達(dá)到穩(wěn)定運行要求，工程投資、運行費用方面均優(yōu)于全煙氣脫硫工藝，在全國尚屬首創(chuàng)。

（3）鋼鐵行業(yè)往往沒有預(yù)留燒結(jié)脫硫場地。利用循環(huán)流化床技術(shù)在布置上的靈活性，系統(tǒng)采用爐后旁路布置，吸收塔架空在廠區(qū)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(nèi)交通、消防、設(shè)備檢修及維護(hù)的需要。

（4）循環(huán)流化床工藝符合目前國內(nèi)脫硫國產(chǎn)化發(fā)展實際技術(shù)水平，脫硫灰渣不會形成二次污染，具有資源化、經(jīng)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(tǒng)無廢水產(chǎn)生，也無需防腐處理。

（5）2007年10月，福建三鋼180m2燒結(jié)機煙氣脫硫系統(tǒng)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(wěn)定在90%以上，粉塵排放濃度低于50mg/m³。證明該工藝技術(shù)成熟、經(jīng)濟適用，對燒結(jié)行業(yè)當(dāng)前急待解決的煙氣脫硫問題具有很好的示范作用。

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