半干法燒結煙氣脫硫工藝技術分析
鐵礦粉燒結生產過程中，原燃料中的硫在偏氧化性氣氛環境中以氣態氧化物形式釋放到燒結煙氣中排入大氣，是鋼鐵行業SOx的主要排放源，約占鋼鐵生產過程中總排放量的75%。據不完全統計，我國鋼鐵行業投產運行的燒結機每年排放的SOx總量約60萬t，而且隨著燒結機產能的不斷擴大，從煙囪排放到大氣中的SOx將會更多。同時在燒結生產過程中，還會生成NOx和二惡英等有害物。燒結煙氣中SOx的排放導致并加劇了酸雨的形成，對空氣質量和環境保護造成了極大的破壞。我國“十一五”規劃發展綱要中明確提出：要建設資源節約型和環境友好型企業，要加強大氣污染防治，努力推進鋼鐵行業SOx綜合治理，實施排放總量控制。因此對燒結生產過程SOx等有害物實施有效減排是燒結行業生存的基礎，也是燒結工作者的職責和使命。受原料資源和工藝技術等因素的限制，目前，鐵礦石燒結生產過程中SOx的減排最為現實和相對經濟的方式還是進行燒結煙氣（廢氣）脫硫。在燒結煙氣脫硫工藝的研究、開發進程中，先后完成了濕法、半干法和干法等多種脫硫工藝的研發、設計工作，在我國政府“科學發展觀”思想的指導下，國內燒結脫硫工作更呈現了“百花齊放、百家爭鳴”的局面，許多研究設計單位和以寶鋼、太鋼、武鋼、馬鋼、三鋼等為代表的鋼鐵企業一道，從工藝可行性、設備穩定性、運行經濟性、治理前瞻性和二次產物處理等多方面進行了大量的論證、對比和研發工作，本著清潔生產和對社會負責的原則，進行了適合我國國情的脫硫工藝的引進、研發和設計工作。
1 燒結煙氣脫硫工藝
燒結煙氣脫硫工藝種類很多，目前，歐洲的鋼鐵企業和環保公司以半干法脫硫為主，代表性的工藝有西門子奧鋼聯的MEROS法（高性能燒結廢氣凈化）、奧地利能源與環境工程公司的Turbosorp法（循環流化床技術）、法國阿爾斯通公司的NID法（脫硫除塵一體化技術）。我國福建龍凈脫硫脫硝公司自主開發的半干法循環流化床脫硫工藝，已成功應用于福建三明燒結廠180m2燒結機上。
由于燒結煙氣具有煙氣量大、煙氣濕度高、SOx濃度低、煙氣成分波動大、煙氣含塵濃度高且粉塵顆粒細、煙氣含腐蝕性氣體（HF，HCl，NOx，SOx）、煙氣含二惡英類物質及重金屬等特點，各種脫硫工藝還在繼續改進和完善之中。
1.1西門子奧鋼聯的MEROS法（高性能燒結廢氣凈化）
西門子奧鋼聯研發、設計的燒結煙氣凈化脫硫系統，是基于帶有選擇性廢氣循環利用的MEROS（高性能燒結廢氣凈化）脫硫系統，選擇性廢氣循環系統可以使脫硫煙氣減少近40％，從而大大降低脫硫系統的工作負荷，減少占地面積，大幅降低綜合投資和運行成本。廢氣循環利用是基于一部分燒結熱廢氣（包括燒結抽風系統和熱礦冷卻系統的兩類廢氣）被再次引入燒結過程的原理。熱廢氣再次通過燒結料層時，其中的二惡英和氮氧化物能夠通過熱分解被部分破壞，硫氧化物和粉塵能夠被部分吸附并滯留于燒結料層中，廢氣中的一氧化碳在燒結過程中再次參加還原，有降低能耗的可能。
MEROS脫硫是一種用脈動噴氣式過濾器從化合物中通過半干法脫硫的先進技術，可以采用小蘇打（NaHCO3）、CaO或Ca（OH）2作為脫硫劑。小蘇打有較高的脫硫效率（>90%）,消耗量也相對較低，但其成本高于CaO或Ca（OH）2，如果使用CaO作脫硫劑，需要在系統增加石灰消化器，通過向消化器內噴入一定量的水使CaO消化為Ca（OH）2，系統對消化器性能要求比較高，要求消化后的Ca（OH）2符合MEROS工藝的要求。中國馬鞍山鋼鐵公司正在進行MEROS脫硫工藝的設計建設。
西門子奧鋼聯公司MEROS＋SCR脫硫脫硝工藝流程見圖1。
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1.2奧地利能源與環境工程公司的Turbosorp法（循環流化床技術）
奧地利能源與環境工程公司（AEE公司）采用Turbosorp法（循環流化床技術）加布袋除塵器脫硫技術，脫除SO2、煙塵和重金屬等污染物，可預留脫硝接口。該工藝主要由煙氣系統、湍流器脫硫塔、脫硫灰再循環系統、吸收劑制備及輸送系統、脫硫后布袋除塵器系統、工藝水系統、終產物收集系統、壓縮空氣輔助系統、電氣儀表控制系統等組成。Turbosorp脫硫脫硝系統工藝流程見圖2。
該脫硫工藝采用熟石灰作為脫硫劑，同時可添加少量活性炭以提高脫硫效率。熟石灰是采用專門的石灰消化器由生石灰消化而得。石灰消化系統采用臥式雙軸攪拌干式消化器。
燒結煙氣通過引風機由脫硫塔底部進入文丘里管，流速增大，并形成循環流化床體，在脫硫塔底部高溫煙氣與脫硫劑、循環脫硫灰充分預混合，進行初步脫硫反應，主要完成脫硫劑與SO2、SO3的反應以及重金屬吸附，煙氣在脫硫塔內與脫硫劑反應脫除SO2，從頂部排入布袋除塵器脫除灰塵，灰塵固體顆粒通過除塵器下的脫硫灰再循環系統，返回吸收塔繼續參加反應，往復循環。煙氣經脫硫塔底部進入，由于氣固兩相流的作用進行湍流接觸，上升過程中不斷形成絮狀物向下返回，在激烈湍動中又不斷解體重新被氣流提升，形成類似循環流化床鍋爐所特有的內循環顆粒流，使氣固間滑落速度高達單顆粒滑落速度的數十倍。脫硫塔頂部結構進一步強化絮狀物的返回，提高塔內顆粒的床層密度，使床內Ca/S（離子個數比）值高達50以上。循環流化床內氣固兩相流機制，極大地強化了氣固間的傳質與傳熱，為實現高脫硫率提供根本保證。多余的少量脫硫灰渣通過氣力輸送至脫硫灰庫內，再通過罐車或二級輸送設備外排。
該脫硫技術和除塵工藝具有以下技術特點：無污水外排；單塔處理能力大；無須防腐措施；脫硫裝置對負荷變化的適應性強。1999年，奧地利AEE公司為德國某廠設計建造了燒結廢氣回收處理凈化裝置，主要由噴淋吸收塔、活性褐煤噴射器和石灰乳噴射器以及布袋除塵過濾器組成，生石灰經加水形成石灰乳后通過高達13000r/min的旋轉噴射器在吸收塔下部逆向氣流噴射而出，石灰乳與煙氣中的硫化物混合發生化學反應，形成石膏，完成脫硫過程，脫硫后的煙氣通過管道進入布袋除塵器，管道上還安裝活性褐煤噴射器，將褐煤噴入管道與煙氣進行混合以脫除二惡英，煙氣進入布袋除塵器后，完成氣與塵的分離，塵循環使用一定次數后外排，用于填埋廢舊礦山。Turbosorp脫硫效果及運行消耗見表1，表2。
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1.3法國阿爾斯通公司的NID法（脫硫除塵一體化技術）
NID脫硫除塵一體化技術是Alstom公司在20世紀90年代初從噴霧干燥法開發而成。該系統是利用含有CaO或消石灰的吸收劑與二氧化硫反應生成CaSO3和CaSO4，除塵器收集下來有一定堿性的粉塵與CaO混合增濕后再進入除塵器入口煙道和煙箱，反復循環。NID脫硫除塵系統包括反應器、高濃度除塵器（ESP或FF）、混合器、循環灰輸送系統四個核心系統。中國武漢鋼鐵公司正在進行NID脫硫除塵工藝的設計建設。NID脫硫除塵系統工藝流程見圖3。
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從ESP或FF等方式的預除塵器出來的高溫燒結煙氣進入煙道反應器，加水增濕的循環灰和脫硫劑在混合器中混合后同時進入煙道反應器。煙道反應器內形成充滿高濃度濕灰和脫硫劑的環境，煙氣迅速降溫、增濕。煙氣溫度降到70℃左右，煙氣相對濕度達到約40%，此時煙氣中SO2與吸收劑Ca（OH）2反應生成亞硫酸鈣和硫酸鈣。反應后的煙氣攜帶大量的干燥固體顆粒進入脫硫后的高濃度布袋除塵器內收集凈化，凈煙氣經過引風機排入煙囪。除塵器捕集下來的干燥固體顆粒落入灰斗，大部分經循環灰輸送設備再次進入煙道反應器，以便充分利用吸收Ca（OH）2。少部分排出系統外，形成脫硫終產物。
NID工藝特征是脫硫劑的低溫度和高比例循環。NID脫硫工藝與除塵器組合為一體，結構簡單，設備緊湊，占地面積小、物料循環倍率可達30~50次以上。正常情況下脫硫效率達85%以上，具有運行簡單可靠，負荷可調等特點。NID脫硫除塵一體化技術為半干法脫硫技術，易形成酸霧的SO3能被100%脫除，排煙溫度高于露點溫度25℃以上，不存在酸露腐蝕，現有煙囪不需要任何額外處理，比較適合改造項目。NID工藝的核心是其混合器/調濕器。通過向除塵器集塵中加水將灰塵中的平衡水分含量增加幾個百分點。在混合器中水被均勻地加在循環煙塵中，固體粉塵可自由流動而不黏結，確保了濕塵在煙氣流中均勻分布并吸收SO2。石灰、水、循環煙塵的混合在煙氣流外完成，保證了其在噴入煙氣流前混合均勻。
1.4中國福建龍凈脫硫脫硝公司的循環流化床脫硫工藝（見圖4）
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福建龍凈脫硫脫硝公司研發的循環流化床脫硫工藝已應用于福建三明鋼鐵公司2號180m2燒結機上，燒結煙氣經脫硫后，SO2質量濃度由3896～5061mg/m3降低到132～421mg/m3，脫硫效率很高，改善了周邊空氣質量，取得顯著的環保效益和社會效益。該脫硫技術具有以下特點：
（1）脫硫劑和降溫水兩者分別進入吸收塔，分別進行控制，克服了吸收塔內因水分不能很好蒸發造成的煙氣濕度大、吸收塔下游設備腐蝕、布袋除塵器糊袋易堵的工藝缺陷。
（2）設置清潔煙氣再循環回路，當負荷降低到滿負荷的70％以下時，開啟循環煙道閥，將引風機后的清潔煙氣引入吸收塔，能夠適應負荷變化情況下保持吸收塔內的煙氣量和物料床層不變，這是該脫硫裝置最顯著的特點。清潔煙氣再循環可以實現脫硫系統獨立于燒結機主系統單獨調試和運行，非常適合燒結緊急停機或脫硫系統出現故障等特殊情況下，燒結煙氣通過旁路排往煙囪的應急處理。
2 燒結生產操作的改良建議
現有的脫硫工藝在應用中的問題主要表現在脫硫系統難以適應燒結生產過程的波動和變化，造成輸灰系統堵塞、脫硫效率降低、凈化煙氣溫度不穩定、運行成本高等問題，一個很重要的改進方向是，如何著手改善燒結生產過程，使之與脫硫系統很好地融合和匹配，應該從以下幾個方面開展工作，以促進燒結煙氣脫硫系統的穩定、經濟運行。
（1）進行持續的燒結抽風系統漏風率的治理，進一步降低煙氣含氧量，保證脫硫效率的改善和系統運行的安全。
（2）進行提高燒結煙氣量和煙氣溫度穩定性的攻關，使燒結煙氣量和煙氣溫度的波動有效降低，煙氣量小時波動值控制在100km3之內，煙氣溫度的波動控制在10℃之內。
（3）進行優化燒結配料研究，進行原料長周期規劃，穩定燒結混合料中原始硫負荷，盡可能控制在脫硫系統的設計范圍內。
（4）進行生產操作的改良，穩定生產過程參數，減小脫硫系統外圍各個工況的波動。
（5）提高脫硫前燒結煙氣含塵量的凈化效率，降低脫硫系統的粉塵處理負荷。
（6）對燒結主抽風機實施變頻調速改造，實現低負壓低風量燒結，降低脫硫系統煙氣處理量，降低脫硫系統運行成本。
（7）開發煙氣脫硫與燒結生產智能聯動的專家控制系統。
3 結語
燒結煙氣脫硫工藝正在逐漸成熟，一方面需要政府給予產業政策支持，進行大膽的機制創新，加快研究和技術成果的轉化與應用；一方面還需要燒結工作者針對自身企業的特點，努力將燒結生產工藝和煙氣脫硫工藝有機結合，實現二者的最佳匹配；同時，還要進行廣泛的跨行業（跨專業）交流，推進二次產物的循環利用開發，實現“零排放”。這樣才能真正使燒結煙氣脫硫凈化取得成效，才能使鋼鐵行業走上循環經濟的道路，實現清潔生產和可持續發展。
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