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(kuò)散稀釋等控制方法，已不能適應(yīng)脫硫減排的新形勢(shì)。本文介紹了福建三鋼集團(tuán)在CFB-FGD半干法脫硫工藝的設(shè)計(jì)上采用了雙煙道、雙抽風(fēng)機(jī)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(jì)實(shí)用，為解決鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣脫硫問(wèn)題提供了范例。

1 燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)

鋼鐵生產(chǎn)中的燒結(jié)煙氣是燒結(jié)混合料點(diǎn)火，隨臺(tái)車運(yùn)行在高溫?zé)Y(jié)成型中產(chǎn)生的含塵廢氣，其主要特點(diǎn)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(dòng)而變化，在1000～6000mg/Nm³之間，機(jī)頭各個(gè)風(fēng)箱的SO₂濃度差異很大。

2007年3月，對(duì)福建三鋼1#180m2燒結(jié)機(jī)頭各個(gè)風(fēng)箱進(jìn)行了4次監(jiān)測(cè)，取平均值如表1。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析得出：燒結(jié)機(jī)大煙道中，煙氣SO₂平均濃度為3076mg/m³；燒結(jié)機(jī)15個(gè)風(fēng)箱的SO₂濃度呈現(xiàn)頭尾兩端低、中間高的特點(diǎn)，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(guò)脫硫

全煙氣脫硫工藝不改變燒結(jié)機(jī)原有的工藝流程，在燒結(jié)機(jī)主抽風(fēng)機(jī)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(diǎn)，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(dú)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(wàn)元，運(yùn)行費(fèi)用（包括前端主抽引風(fēng)機(jī)及電除塵系統(tǒng)）則高出679萬(wàn)元。在施工難度及場(chǎng)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(jī)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(yùn)營(yíng)。燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫工藝見下圖：

脫硫工藝流程：燒結(jié)機(jī)煙氣分煙道分別進(jìn)入兩臺(tái)電除塵器及2#、3#引風(fēng)機(jī)，SO₂濃度較高的煙氣經(jīng)2#引風(fēng)機(jī)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(lái)的固體顆粒，通過(guò)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(guò)煙囪排放。而SO₂濃度極低的煙氣，則經(jīng)3#引風(fēng)機(jī)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(yùn)行時(shí)，煙氣經(jīng)機(jī)頭電除塵器處理后，通過(guò)主抽風(fēng)機(jī)排至煙囪。脫硫系統(tǒng)與燒結(jié)機(jī)的主機(jī)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)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(guò)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(qiáng)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(kuò)管段設(shè)有噴水裝置，使煙溫降至71℃～80℃（高于煙氣露點(diǎn)15℃～20℃），并延長(zhǎng)脫硫劑與煙氣接觸時(shí)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(yùn)行記錄（見表3）

3.4 工藝運(yùn)行注意事項(xiàng)

（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(duì)較低的操作溫度對(duì)脫硫過(guò)程有利。從反應(yīng)動(dòng)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(diǎn)，越有利于提高脫硫效率。實(shí)際運(yùn)行中，出口溫度控制在75℃～80℃（一般穩(wěn)定在±1℃）。如果溫度過(guò)低，會(huì)給系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來(lái)影響。

（2）Ca/S比

Ca/S比是影響系統(tǒng)脫硫效率和經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(lái)調(diào)節(jié)生石灰的加入量。運(yùn)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(shí)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(duì)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(huì)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(yùn)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(guó)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(shí)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(cāng)泵氣力輸送方式運(yùn)至脫硫灰?guī)臁?/p>

4 脫硫綜合效果分析

（1）系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)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(duì)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(duì)燒結(jié)工況變化的適應(yīng)能力強(qiáng)，能達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行要求，工程投資、運(yùn)行費(fèi)用方面均優(yōu)于全煙氣脫硫工藝，在全國(guó)尚屬首創(chuàng)。

（3）鋼鐵行業(yè)往往沒(méi)有預(yù)留燒結(jié)脫硫場(chǎng)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(guó)內(nèi)脫硫國(guó)產(chǎn)化發(fā)展實(shí)際技術(shù)水平，脫硫灰渣不會(huì)形成二次污染，具有資源化、經(jīng)濟(jì)化的特征。排煙溫度始終控制在高于露點(diǎn)溫度20℃以上，因此煙氣不需要再加熱，系統(tǒng)無(wú)廢水產(chǎn)生，也無(wú)需防腐處理。

（5）2007年10月，福建三鋼180m2燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫系統(tǒng)順利通過(guò)240小時(shí)的試運(yùn)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(jì)適用，對(duì)燒結(jié)行業(yè)當(dāng)前急待解決的煙氣脫硫問(wèn)題具有很好的示范作用。

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