燒結機煙氣選擇性脫硫技術的研發與應用
1 前言
我國“十一五”規劃綱要明確提出：要建設資源節約型、環境友好型社會，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。當前，SO2的減排呼聲最高，壓力最大。鋼鐵企業是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。據有關報導：2007年我國鋼鐵工業SO2排放量為 75.64萬噸，比2006年僅下降0.51%，連續兩年未能完成“十一五”規劃提出的減排目標。鋼鐵工業SO2排放主要來自燒結工序，其排放總量占全鋼鐵行業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SO2排放總量的90%左右。因此，鋼鐵工業燒結工序的脫硫是國家控制SO2排放的新的重點領域，燒結煙氣脫硫勢在必行。
本文以福建三鋼（集團）公司（以下簡稱福建三鋼）為例，介紹了該企業在新建的180m2 燒結機上實施的燒結煙氣選擇性、循環流化床半干法脫硫工藝，該設施于2007年3月開始動工，同年10月18日順利投用，目前，系統運行穩定，效果良好。
2 燒結煙氣選擇性脫硫技術
2.1 技術方案的提出
燒結煙氣中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，原料中90%以上的硫可以脫除，形成氣體排出。在燒結機各風箱內，煙氣中SO2濃度各不相同，差異很大（見圖1）。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有選擇地進行脫硫，就可以實現低投資、低成本地高效脫硫。
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為確定所需脫硫的煙氣所在風箱位置及數目，對燒結機的15個風箱中的煙氣進行SO2的現場檢測，平均數值見表1。
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從上表可知，燒結機煙道中SO2平均濃度為 3076mg/m3 ，1#～4#、14#～15#六個風箱煙氣中 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#風箱中的SO2平均濃度高達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 技術的實施
為實現選擇性脫硫的目的，技術人員設計出了分段式不等徑煙道布置方案（見圖2），即把常規設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條煙道各自對應配置了大小不同的2臺（套）電除塵器和主抽風機（2套除塵器的總除塵面積、主抽風機電機總功率和常規1條煙道的燒結機是一樣的）。為適應脫硫需要，在脫硫煙道尾部增設溫度自動補償裝置，穩定脫硫煙氣的溫度。這種布置保證了燒結機兩邊風箱接入煙道的路徑完全相同，不會引起風量不平衡的現象，既可滿足脫硫需要，又不影響燒結，而且布置簡單。
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3 循環流化床半干法脫硫技術的應用
3.1 脫硫方法的選定
煙氣脫硫技術自20世紀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，并在“十五”期間得到了快速發展，現已普遍應用。燒結煙氣脫硫技術經過幾十年的發展，已形成了多種脫硫方法。目前國內已實施的、正在建設中和論證中的脫硫方法也有多種，如循環流化床法、密相干塔法、氨—硫銨法、MEROS法、 LEC法、離子液循環法、有機胺法等，簡單可以劃分為濕法、半干法和干法。因此，燒結煙氣能否成功脫硫的關鍵是要選擇一種合適的脫硫技術。對脫硫方法的選擇主要應依據以下一些原則：
（1）脫硫方法成熟，有工業化運行業績，能適應燒結煙氣特點；
（2）流程簡單，占地面積小，可布置在現有場地；（3）投資省，運行成本低；
（4）操作簡單，不產生二次污染；
（5）脫硫產物基本可以綜合利用或有利用前景。
經過對各種脫硫技術進行比較后，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流化床半干法脫硫技術，該技術在國內外電廠運行業績良好，可高效脫除SO2、SO3、HCl、HF等有害物質，同時還預留有吸附劑添加系統的位置，將來可脫除煙氣中重金屬、二惡英等有害物質，該系統還具有占地面積較小、投資省、運行成本低、自動化程度高、不產生廢水等二次污染的優點。
3.2 循環流化床半干法脫硫工藝原理
從燒結機脫硫煙道出來的煙氣，經機頭ESP除塵器、主抽風機后，通過氣封式風檔控制，從吸收塔進入。在吸收塔進口段，高溫煙氣與加入的吸附劑、循環灰充分預混合，進行初步的脫硫反應。然后通過吸收塔下部的文丘里管的加速，進入循環流化床體。物料在循環流化床里，氣固兩相由于氣流的作用，產生激烈的湍動與混合，反應界面不斷磨擦、碰撞，產生一系列化學反應。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有噴水裝置，通過專用的霧化噴頭向吸收塔內噴霧化水，使煙氣溫度降到露點溫度以上20℃左右。攜帶大量吸收劑、吸附劑和反應產物的煙氣，從吸收塔頂部側向下行進入脫硫布袋除塵器，進行氣固分離。經除塵器捕集下來的固體顆粒，通過除塵器下的脫硫灰再循環系統，返回脫硫塔繼續參加反應，如此循環。多余的脫硫灰渣，通過氣力輸送至脫硫灰渣庫內。系統中的生石灰、消石灰以及脫硫循環灰也均采用氣力輸送。
同時，為適應燒結機經常性長短不一的停機需要和穩定脫硫塔內床層壓降，系統中設置了內循環系統和補氣系統。
福建三鋼燒結煙氣循環流化床半干法脫硫工藝流程見圖3。
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4 系統運行效果
（1）運行穩定，脫硫效果良好
福建三鋼180m2 燒結機脫硫設施自2007年運行至今，系統總體運行穩定，基本上實現了工藝實施前提出的脫硫效率、系統同機運轉率在90%以上及脫硫后粉塵濃度低于50mg/m3 的目標，并已實現了與省、市環境監測站在線監測的并網。三明市環境監測站對該系統的抽查檢測結果見表2。
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（2）運行成本較低
循環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。系統運行費用見表3。
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（3）燒結產量可提高15%以上
由于采用了分段式不等徑煙道布置方法，使得燒結過程中的風量配置更加合理，漏風率下降，從而促進了生產效率的進一步提高，與同規格的燒結機相比，燒結產量可提高15%以上。
（4）風箱余熱得到利用
為適應脫硫降溫需要，在燒結機尾部高溫段風箱內采用熱管技術安裝了2臺產汽鍋爐，脫硫段煙氣可降低 20℃左右，每天可產生1.3MPa、250℃過熱蒸汽100多t，并網用于發電，產生了良好的經濟效益。
5 存在的不足
該系統運行以來一直比較穩定，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、做改良瀝青和內墻墻面涂料等，而且使用數量有限。企業無法直接從脫硫產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 發展建議
（1）政策扶持
目前我國燒結煙氣脫硫尚處于起步階段，對燒結煙氣不管采用何種方法脫硫，均存在投資較大（約占燒結機總投資的20%～50%）、脫硫成本高（6元/t礦以上）的問題，企業負擔較重。有關部門應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給予優惠政策，以提高企業的脫硫積極性。
（2）加快開發脫硫產物綜合利用研究
國家應鼓勵并扶持相關科研機構及有能力的企業加快對脫硫產物的開發利用研究，使脫硫產物有穩定的銷售、利用領域，降低企業脫硫的運行成本。
（3）采用燒結煙氣選擇性脫硫
采用燒結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）脫硫設備的選型要留有足夠空間對燒結原料結構不穩定的廠家，脫硫主要設備的設計要足夠大，要留有充分的空間。同時，有條件的企業應盡量多用進口礦或低硫國產礦，減少SO2的產生量，以提高脫硫效率和降低脫硫成本。
7 結語
燒結煙氣脫硫技術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、運行穩定、脫硫效率高、脫硫成本較低等優點，可促進國內鋼鐵工業的燒結煙氣脫硫。
參考文獻：
[1] 郜學.我國燒結球團行業脫硫現狀及減排對策[J].燒結球團，2008.3.
[2] 單尚華，李春風.加快實施燒結煙氣脫硫，促進區域環境改善[C].中國鋼鐵 年會論文集.北京：冶金工業出版社，2007.
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