包钢炼铁厂ENS烧结烟气除氟脱硫工艺
摘要：包钢烧结机头烟气除氟脱硫从上世纪60年代建成初期就采用的喷淋塔湿法工艺，运行了近40年。从2001年起，包钢人开始寻求用新技术对原有湿法喷淋塔工艺进行改造。经过几年的研究、探索、工程实践，完成了采用ENS半干法脱硫工艺代替旧工艺的技术、设计、工程实施、工程检验等工作。陆续在新建的三烧(1X 265m2烧结机)、改造一烧(2×180m2烧结机)工程中应用，取得了年节水600万t／h，减排S0z约4．5万吨／年，减排氟约2000吨／年，改善了湿法酸雨对地面生产生活的影响，减少了大量操作管理人员、减轻了设备维护工作等显著效果。实践证明，这一环保技术的进步，不仅让包钢烟气脱硫除氟的技术水平在国内同行中处于领先、达到了国际先进水平，而且在节能、减排上，为企业做出了巨大贡献，经济效益和环保效益十分明显。
关键词：烧结,环境保护,脱硫,脱氟
1历史情况介绍
包头钢铁集团(公司)虽然地处我国西北内蒙古地区，但是其烧结生产中的机头烟气净化工作一直在国内行业中地位特殊。早在上世纪60一90年代，国内各大钢厂的烧结烟气都仍采用除尘加高空直排时，包钢对所有烧结机头烟气已进行了除尘加喷淋塔湿法工艺，对烟气进行了除氟脱硫净化。这主要是因为包钢的自有铁矿一一白云鄂博矿中含有较高的氟，为了对周边的环境负责，所以使用了这套烟气净化工艺。
湿法除氟脱硫工艺经过近40年的运行，无疑对包头地区的环境保护做出了巨大贡献，但为此包钢也付出了巨大的代价。首先是对水资源的巨大消耗和对水体的二次污染。原一烧、二烧的喷淋塔，每年耗水近 600万吨／年，排放的含有氟、高酸性、高钙离子的污水近500万吨／年。不仅使吨钢耗水量居高不下，全公司用水量吃紧，而且大量污水、泥浆外排，形成一个巨大的尾矿坝，影响了周边的农田、作物、居民生活。
其次是喷淋塔形成的酸雨严重影响了工厂该区域内的生产、交通和职工生活。由于采用的湿法工艺不完备，烟囱排出的烟气含水常年处于过饱和状态，所以，酸雨飘落地面，形成一年四季地面湿滑，对该区域内的生产设备、过往车辆严重腐蚀，严重影响行人通行等问题。
第三是除氟脱硫设备、管道、烟囱腐蚀结垢严重，维护工作量大，维修费用高，难以保证常年正常运行。平均每年因更换管道、设备、内衬材料的费用在200—500万元／年。
第四是除氟脱硫效率低，难以达到环保要求。经过近40年的运行经验，该套工艺的除氟效率在40一 60％之间、脱硫效率在20～40％之间。
因此，包钢从上世纪90年末认识到这种低效率、高运行费用、高维护费用的湿法烟气除氟脱硫工艺，已很难适应现代企业的要求。
2 选择新工艺，要着眼现在，兼顾未来
面对以上诸多的问题，包钢在上世纪末和2000年初，对国内的烟气净化工艺进行了多次考察，但那时国内钢厂的烧结烟气净化工程实例几乎没有，而针对湿法工艺的技术改造也很难满足包钢的现实要求。
首先是改造现有湿法工艺，对于已建的工程，场地很难满足要求。完整的湿法工艺，需要较大的场地，增加较多的设备和设施，这对于改造工程很难找到合适的场地。
其次是采用完备先进的湿法工艺，其运行费用较高，对于含硫含氟不太高的烧结烟气而言，很难承受。基于以上条件和运行费用等原因，包钢与北京科大联创冶金技术有限公司的合作，开始对国外的成功技术进行研究、实验和考察。
经过2001年到2004年的多次技术论证、工业性实验、出国考察，包钢终于决定采用从德国引进的ENS 半干法技术对现有湿法喷淋塔进行技术改造。这项技术之所以在众多国外先进技术中，最终被采用，主要基于它不仅可以解决包钢原有湿法的诸多问题，而且还具有现在、未来同时兼顾等优点。
1、工艺是成熟、先进的。包钢在2004年现场工业性实验成功的基础上，对欧洲的德国、卢森堡等多家企业进行了考察，看到了在德国等欧洲国家相同的工艺在钢铁、垃圾电厂、建材等企业大量应用，运行效果情况良好，而且常用于旧工艺的改造，所以其成熟性和先进性是肯定的。
2、该工艺的很大优势还在于具有前瞻性。该技术不仅具有节能的优势，用水量只是湿法的i／IO，用电约是湿法的i／2；不仅没有管道、设备腐蚀、结垢、酸雨等问题，除氟脱硫效率大大提高，而且可以根据实际情况的要求，选择电除尘器、布袋除尘器、填加活性炭等工艺，对要求的不同除氟脱硫效率采用适用的工艺，还可以随着要求的提高，只需改造除尘器形式等，完成更高的除氟脱硫去除率和去除二恶英要求，这就保证了在将来环保要求不断提高的情况下，该工艺不需要大的改造，就能实现这些未来的要求。
3、通过与北京科大联创冶金技术有限公司共同的研究和技术攻关，解决了国外成套技术费用高、成套设备费用高，技术标准高等问题，使其在保留国外核心技术和核心设备的同时，适用于目前国内企业的能力和要求。这些工作主要有：
1)技术费用谈判上，变一次性技术转让为按工程数量收取技术费。
2)不采用成套设备的引进，而是只保留核心设备的引进，并选用直接与单体设备供应商签约的形式，其他设备全部国内配套，使工程投资只有欧洲的1／10，比国内电厂相同规模的脱硫工程投资还少。
3)按照国内目前的环保要求和包钢的实际需要，修改工艺配置，做到现在未来同时兼顾。
3 包钢在新建的三烧(1×265m2烧结机)、改造一烧(2 X 180m2烧结机)工程中应用情况
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该三烧烟气净化工程从2004年5月开始设计，2004年11月开始施工，于2005年5月投产。至今已运二年多。
包钢三烧运行的ENS半干法除氟脱硫设施，共有两条套，每套处理气量为：87万m3／h，检测结果为：除氟率>95％，脱硫率>70％。
运行二年多的时间表明，ENS半干法工艺具有以下特点：
1)除氟脱硫效率较高。超过了设计规定的除氟脱硫效率。 2)用水为湿法的1/15。 3)元废水。 4)系统阻力小，ENS半干法反应塔阻力在200Pa左右。 5)反应产物为干粉，可综合利用于水泥、道路等行业。 6)元管道、设备腐蚀、结垢。 7)排出烟气为干态，不飘酸雨。
2、包钢一烧(2X180m2烧结机)264万m3／h风量的烟气净化工程
主要工艺流程：
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该工程为一烧工艺改造的配套工程。在主抽风机后原有喷淋塔，采用的是湿法喷淋塔工艺，每年用新水约300万吨／年，平均维护费用在350万元／年，除氟效率约40％，脱硫效率约20％。
2007年配合生产工艺的改造，采用了以ENS半于法改造喷淋塔湿法的工艺，将原有的五座喷淋塔中四座改为ENS半干法的反应塔，并在ENS半干法反应塔后新增四座四电场高效电除尘器，这样使除氟率可以达到95％，脱硫率达可以到80％以上，含尘排放浓度<80mg／Nm3。每年可减少用水300万吨／年，减少废水排放200万吨／年，减少SO：排放约2万吨／年，减少氟排放约1000吨／年，节约运行费用约300万元／年。可以达到目前国家对包钢要求的环保指标和总量控制指标。
一烧除氟脱硫改造工程，不仅考虑了采用ENS半干法工艺，而且大胆尝试了利用主抽风机余压，采用正压除氟脱硫除尘工艺，节约了新增风机的费用，同时还预留了将来采用布袋除尘器，到达更高环保要求和对二恶英除尘的手段。
为了解决正压系统在粉料输送方面的问题，采用了气力输送方式，共有40套气力输送装置，分别完成物料循环、反应塔、电除尘器底灰输送等工作。
一烧除氟脱硫改造工程是在现有的湿法工艺的原址进行，虽然施工难度很大，但经过精心组织，合理安排，目前工程施工已顺利完成，正进入热负荷调试阶段。
4 ENS半干法在烧结机头烟气脱硫除氟及去除二恶英、可吸入颗粒的技术原理及特点
烧结机头烟气相对于其它工业的烟气，有其自身的一些特点，根据我们的实践经验，可归纳为：
1)烧结机头烟气量大，SO：的浓度较低。这要求选用的脱硫工艺针对中、低浓度SO：具有优势的脱硫工艺。
2)烟气量、温度、SO：浓度波动范围较大。这是烧结烟气不同于其它烟气的很重要的特殊性。所以要求采用的脱硫工艺要具有适应这些波动的能力。
3)污染物成分较复杂，我国环保要求会越来越高，越来越全面，因此烟气净化工艺要求能满足这些要求。
ENS半干法主要工艺原理为：在现场储备满足要求的碱性钙粉，根据出口SO：的设定值，在线按需要量，经计量后，投加至大烟道，并与烟气混合进入反应塔。反应塔设雾化器，利用压缩空气将清水雾化，并根据反应塔前后温度自动控制雾化水量，保证反应和出塔烟气干燥。除尘器集灰部分循环使用。
ENS半干法针对烧结机头烟气的特点，在工艺上采用了：
1)针对中低浓度的SO。等酸性成分的去除，做到在线调节中和剂和循环量的投加，确保到达较高去除率的同时，降低运行费用。
2)雾化与粉料增湿分开，具备二个强化反应的技术手段，不仅工艺简洁，反应器简单，操作运行可靠，而且适应烧结烟气湿度的大幅度波动。
3)雾化与反应同步进行，有效控制温度、湿度，利用雾化形成的温度流速场中的温度梯度，实现有序高效的混合与反应。
4)反应器为上进气、下出气，顺流形式，不仅适应风量较大幅度的变化，而且反应塔压降仅有200— 300Pa。
5)利用扫带(entrained flow)原理，在管道上完成物料循环使用，不仅实现残余中和剂的二次反应，而且避免了反应器堵塞、阻力大等缺点。
6)后续除尘如果采用布袋除尘器，可以实现去除二恶英、可吸人颗粒等污染物，可以达到欧盟标准。
5 结论
包钢炼铁厂通过对原有烧结机头烟气净化工艺的改进，选用了先进、可行、适用的ENS半干法除氟脱硫技术，对三烧和一烧机头烟气完成了示范工程的建设和改造。实践证明，该技术先进，为公司节能减排，改善环境做出了巨大贡献。
就目前在两个烧结车间使用新技术的情况看，可为公司节约用水近600万吨／年，减少氟排放近2000 吨／年，减少SO：排放近4．5万吨／年，减少废水排放近500万吨／年，不仅在经济、环保上取得了显著效益，而且促进了包钢环保技术的进步，树立了包钢良好的企业形象。
包钢通过这项工作的实践，证明只要采用了国际先进的技术，搞好环保对于企业来说，不仅不是负担，而且可以达到节能减排，经济、社会效益双丰收的效果。
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