宝钢湛江钢铁有限公司 广东 湛江 524000
摘 要:在钢铁工业排放的污染物中,烧结烟气中的二氧化硫是难以处理的污染物,危害性大。文章简要介绍了钢铁企业烟气脱硫的标准，并结合典型的案例及烧结烟气脱硫方式的工艺特点、技术经济指标以及在运行中存在的问题，针对存在的问题和实际运行中的经验提出了相应的技术创新措施，以提高烧结烟气脱硫的效率，促进钢铁企业健康发展。
关键词:烧结烟气；排放标准；脱硫技术
引言
随着钢铁业排放的发展,烧结烟气中二氧化硫污染环境的程度不断提高,一方面危害生态环境法，另一方面威胁人类身体健康。烟气脱硫是削减SO2排放量不可替代的技术。但烧结矿的原料及原矿的复杂性及来源不同造成的成分不同，又有各公司烧结工艺及设备的差异，及烧结矿配比的变化，加上最终产品对烧结所提出的要求，使所有的烧结烟气排放都无法有固定的参数，以致烧结烟气脱硫技术一直是个困难的课题。因此有必要深入了解典型工艺或脱硫工程的真实使用情况，为钢铁企业烟气脱硫治理提供参考思路。
1 钢铁企业烟气脱硫标准
随着新环保法的发布，环保标准也在不断提高，目前针对钢铁行业二氧化硫排放控制，需要遵循的标准有:
(1)《钢铁烧结球团工业大气污染物排放标准》(GB28662－2012)
烧结、球团排放限值:粉尘50mg/m3，SO2浓度200mg/m3，NOｘ浓度300mg/m3。而重点控制区，排放限值进一步降低为:粉尘40mg/m3，SO2浓度180mg/m3。
(2)《轧钢工业大气污染物排放标准》(GB28665－2012)
各类热处理炉排放限值:粉尘20mg/m3，SO2浓度150mg/m3，NOｘ浓度300mg/m3。而重点控制区，排放限值进一步降低为:粉尘15mg/m3。
除此之外，各省市、地区也出台了更加严格的地方标准和治理目标，可以预见，钢铁企业对烟气脱硫设施的要求将不断提高，烟气脱硫技术面临新的创新发展挑战。
2 案例分析
2.1 旋转喷雾半干法(SDA)脱硫案例
2.1.1 工程概况
某钢铁厂180m2烧结机烟气脱硫工程采用旋转喷雾半干法(SDA)工艺。该工程是中国第一条引进丹麦Niro旋转喷雾工艺和设备建设而成的、第一座采用SDA工艺的烧结烟气脱硫工程，开创了SDA半干法应用于国内钢铁行业烟气脱硫的先河。
2.1.2 工艺流程及技术参数
SDA采用生石灰(CaO)作为吸收剂，生石灰经过消化后制成Ca(OH)2浆液。由石灰浆液泵定量送入置于脱硫塔顶部的浆液顶罐，顶罐内浆液自流入脱硫塔顶部雾化器，浆液经雾化器雾化成50μm的雾滴，与脱硫塔内烟气接触迅速完成吸收SO2等酸性气体的作用。由于石灰浆液为极细小的雾滴，增大了脱硫剂与SO2接触的比表面积，反应极其迅速且有极高的脱除SO2效率。由于喷入塔内的石灰浆液是极细的雾滴，完成反应后的脱硫产物也为极细的颗粒，因此，完成反应的同时也即迅速干燥。
脱硫并干燥的粉状颗粒随气流进入布袋除尘器进一步净化处理，净烟气由增压风机抽引由原烟囱排入大气。除尘器除下的粉尘一部分再循环进入石灰浆液回用，一部分和脱硫塔下沉积的粗颗粒脱硫灰定期外排。工艺流程如图1所示，工程运行参数如表1所示。
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图1 SDA脱硫工艺流程图
表1 SDA脱硫运行参数表
序号 名称 数值 备注 1 单套脱硫装置对应烧结机面积/m2 1×180 2 处理前烟气流量(工况，湿基)/(m3·h－1) 900000 温度150℃ 3 处理前烟气流量(标况，湿基)/(m3·h－1) 587234 4 处理前烟气SO2浓度(标况)/(mg·N－1·m－3) 1000 平均 5 处理前烟气粉尘浓度(标况)/(mg·N－1·m－3) 150 6 处理后烟气SO2浓度(标况)/(mg·N－1·m－3) ＜100 脱硫率＞90% 7 处理后烟气粉尘浓度(标况)/(mg·N－1·m－3) ＜40 8 运行电耗/kWh 1500 9 运行水耗/(t·h－1) 21 10 运行压缩空气消耗/(m3·h－1) 1100 含脱硫灰气送 11 运行蒸汽消耗/(t·h－1) 0.27 保温加热用 12 运行CAO消耗/(t·h－1) 0.75 钙硫比1.322.1.3 系统主要设备规格
(1)脱硫塔系统
包含脱硫塔前烟道和挡板门，脱硫塔本体及雾化器等。脱硫塔尺寸Φ15×11.5m，顶部配丹麦NirO公司进口的F350旋转雾化器，烟气通过顶部烟气分布器和中心烟气分布器引入吸收塔内。脱硫塔及烟道设置保温层。
(2)除尘及风机系统
设置风量为900000m3/h的脉冲布袋除尘器，脱硫增压引风机。除尘器、风机及烟道设置保温层。
(3)脱硫剂、脱硫灰系统
设置生石灰料仓及消解罐、配浆泵，脱硫灰设置卸灰及气力输送装置，可将脱硫灰返回配浆罐参与配浆利用。
2.1.4 系统特色及经验
作为第一套引入国内的SDA旋转喷雾烧结脱硫装置，在工艺选型和运行上积累了大量经验，为国内其它企业建设SDA脱硫工程提供了指导。如除尘器滤袋材质采用国外进口PPS，滤布表面采用防水、防油处理。除尘器要能够在线更换滤袋，考虑除尘器局部防腐处理等。都为后续SDA脱硫工艺稳定运行提供了经验。
2.2 大型石灰石湿磨－石膏法脱硫案例
2.2.1 工程概况
某钢铁厂不锈钢3×126m2烧结机烟气脱硫工程采用石灰石湿磨－石膏脱硫工艺。该工程是中国当时烟气处理量最大的石膏湿法烧结烟气脱硫工程，也是中国第一条处理红土镍矿烧结机的烟气脱硫工程，单套脱硫系统处理烧结机数量最多的脱硫工程。
2.2.2 工艺流程及技术参数
3路烧结烟气汇总后通过增压风机增压，进入吸收塔，在塔内被喷淋层喷出的石灰石浆液以逆流方式洗涤，同时氧化风机导入空气，将脱硫产物氧化为石膏。净化后的烟气经过除雾器除雾后排向大气。
石灰石碎料上料到料仓，称量后进入湿式球磨机，磨制成石灰石浆液，经过旋流器分选后进入浆液池储存，并通过供浆泵进入吸收塔。
吸收塔内的石膏浆液被排浆泵排出，经过旋流器一级脱水后，进入真空皮带脱水机二级脱水，产物为含固90%的石膏，进入石膏库外运。
工程基本工艺流程示意图如图2所示，工程运行参数如表2所示。
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图2 烧结脱硫工艺流程图
表2 烧结脱硫运行参数表
序号 名称 数值 备注 1 单套脱硫装置对应烧结机面积/m2 3×126 2 处理前烟气流量(工况，湿基)/(m3·h－1) 2430000 温度150℃ 3 处理前烟气流量(标况，湿基)/(m3·h－1) 1568600 4 处理前烟气SO2浓度(标况)/(mg·N－1·m－3) 1500 平均 5 处理前烟气粉尘浓度(标况)/(mg·N－1·m－3) 150 6 处理后烟气SO2浓度(标况)/(mg·N－1·m－3) ＜70 脱硫率＞95% 7 处理后烟气粉尘浓度(标况)/(mg·N－1·m－3) ＜40 8 运行电耗/kWh 2800 含球磨系统 9 运行水耗/(t·h－1) 80 10 运行CaCO3消耗(石灰石碎料)/(t·h－1) 4 钙硫比1.032.2.3 系统配置说明
烟气系统供设置3个旁路挡板门和3个入口挡板门，增压风机采用脱硫专用静叶可调轴流风机，风量244万m3/h，压力:2160Pa，功率:2100kW。3台烧结机共用1座吸收塔。吸收塔设计为喷淋空塔，塔内径Φ14.2m，塔身高39m，塔顶部排气筒内径Φ6.8m，高70m。塔内设3层喷淋层，采用耐磨FRP管道，主管径Φ900mm，每层喷淋层布置124个碳化硅空心旋流喷嘴，上部设置2层除雾器，分21个冲洗区对除雾器进行冲洗。
吸收塔设置3台6300m3/h的脱硫浆液泵，功率710/800/900kW。塔内浆液1400m3，设置4台侧搅拌器，设有4套氧化风管对浆液进行氧化。吸收塔和烟囱内采用玻璃鳞片涂层，局部分别设置耐高温鳞片、耐酸砖、加厚耐冲刷层；浆液管路采用内衬橡胶钢管。
石灰石采用湿磨工艺，石灰石碎料上料到料仓，在线连续称量后配水进入湿式球磨机，磨机315kW，能力为6～8t石灰石/h；磨制的石灰石浆液进入磨机循环箱，经泵送入石灰石水力旋流器，石灰石浆液细度达到≤0.063mm(90%通过250目)，浓度控制在20%～30%(wt)。石灰石供浆采用2台变频调速供浆泵自动控制。
吸收塔排出浆液通过变频调速石膏浆液排出泵送入石膏浆液旋流器，旋流器溢流至吸收塔或进入废水处理系统。旋流器底流设置分料器，可调节分配进入2台6m2真空带式脱水机，产出含水率10%的石膏外运。真空带式脱水机配有2台55kW真空泵，1套滤布冲洗水箱，3台冲洗水泵。
系统另配置工艺水系统、事故浆液系统、回用水系统等，系统中所有泵、阀门、仪表均设置了工艺水冲洗装置。
2.2.4 系统特色及经验
作为第一套与红土镍矿烧结机配套的大型烟气脱硫设施，以及“三机一塔”脱硫设施，该工程采用大量独有技术，积累独特运行经验。如红土镍矿烧结机烟气温度常高于200℃，烟气量远大于风机设计参数，3台烧结主抽风机调节频繁且相互干扰，系统要适应多变苛刻的工况；石灰石湿磨—石膏工艺稳定性较好，综合成本低，不易结垢。由于工程采用进口防腐材料，运行至今腐蚀和维修量均较小，运行效果良好。
2.3 活性炭烧结脱硫脱硝案例
某不锈钢股份有限公司炼铁厂450 m2 烧结机于2006 年建成投用，烟气量为1.40×106 m3 /h，年排放SO2约9.8kt。经过3 年多对国内外同行业烟气脱硫技术的跟踪、调研、对比，最终研发出一套活性炭脱硫技术，用于从烧结烟气中提取SO2生产合格的硫酸。
采用活性炭吸附工艺实施烧结烟气脱硫脱硝治理工程后，烟气脱硫脱硝系统装置在任何工况情况下排出净烟气：含SO2 浓度不大于41 mg/Nm3；脱硝效率达33%以上；粉尘排放浓度不大于20 mg/Nm3；氨气逃逸率小于30 mg/Nm3；二噁英排放指标不大于0.2 ng/Nm3；通过制酸系统制备98%的浓硫酸估计在2.23 万t/ 年左右。可以实现增产减污的目标，有利于市区环境的全面改善，同时可以降低排污费的支付，在取得巨大环境效益的同时，产生一定的经济效益。
2.3.1 在整个工艺中应用活性炭的部分
脱硫系统中的吸附系统、解吸系统、活性炭的输送系统、活性
炭的补给，以及脱硝系统。吸附系统主要设备由吸收塔、NH3 添加系统等组成（详见图3）。在吸收塔内设置了进出口多孔板，使烟气流速均匀，提高净化效率。吸收塔内设置三层活性炭移动层，便于高效的脱硫。
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图3 活性炭烧结脱硫脱硝
解吸系统中吸附了硫化物的活性炭，经过输送机送至解吸塔，在这里活性炭从上往下运行，首先经过加热段，被加热到超过400 ℃以上，将活性炭所吸附的物质解吸出来。富二氧化硫气体（SRG）排至后处理设施，制备硫酸。解吸后的活性炭，在冷却段中冷却到150 ℃以下，然后经过输送机再次送至吸附塔，循环使用。活性炭再循环是通过两条链式输送机，确保活性炭在吸附塔和解吸塔间循环使用。
炼铁厂烧结机烟气采用活性炭吸附脱硫脱硝工艺，活性炭所吸附的气体经解吸塔解吸后排出的烟气中SO2 含量高，SO2体积比大于20%（干）。因此，可建设烧结烟气制酸装置，回收烟气中的SO2，生产浓度为98%的成品硫酸，彻底治理SO2 对环境的污染，变废为宝。
2.3.2 活性炭所经历的复合反应
在脱硫反应中，是物理吸附和化学吸附的结合的复合反应；
（1）物理吸附
SO2→SO2（SO2 吸附在活性炭微细孔中）
（2）化学吸附
SO2+O2→SO3
SO3+NH2O→H2SO4＋（n－1）H2O
（3）向硫酸盐转化（靠NH3/SO2）
H2SO4＋NH3→NH4HSO4
NH4HSO4＋NH3→（NH4）2SO4
（4）脱硝反应：
SCR 反应
NO＋NH3＋1/2O2→N2＋3/2H2O
non-SCR（与脱离时生成的还原性物质直接反应）
NO＋C…Red→N2（C-Red：为活性炭表面的还原性物质）
3 结束语
总之，烧结烟气脱硫是整个钢铁工业SO2减排的重点工作。基于工程实践取得了一定的创新和应用成果，文章对其经验进行了一定的总结，可供参考。但在应用中我们发现，影响烟气脱硫技术效率的关键参数有很多，而且他们之间又相互影响。因此，在实际工程应用中，还要根据实际情况选择合适的设计和运行参数，遵循循环经济的理念和实际情况来选择合适的脱硫工艺，实现脱硫的高效率的同时，兼顾到经济上的可行性。
参考文献
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论文作者:陈晓峰 郭道清 吴经腾
论文发表刊物:《基层建设》2016年14期
论文发表时间:2018/11/7
标签：烟气论文; 浆液论文; 活性炭论文; 石灰石论文; 浓度论文; 吸收塔论文; 系统论文; 《基层建设》2016年14期论文;