烧结机烟气选择性脱硫技术的研发与应用
摘要:介绍了钢铁工业烧结烟气选择性脱硫技术及循环流化床半干法脱硫工艺的原理、系统运行效果及在应用中存在的问题，并对其发展提出了建议。
关键词:烧结机烟气,选择性脱硫,循环流化床半干法,运行效果
1 前言
我国“十一五”规划纲要明确提出：要建设资源节约型、环境友好型社会，把单位GDP能耗降低20%，主要污染物排放总量减少10%，这是具有法律效力的约束性指标。当前，SO2的减排呼声最高，压力最大。钢铁企业是SO2排放的第二大户，存在巨大的减排空间，在电厂脱硫已取得较大成效的情况下，减排的压力正日益突出。据有关报导：2007年我国钢铁工业SO2排放量为 75.64万吨，比2006年仅下降0.51%，连续两年未能完成“十一五”规划提出的减排目标。钢铁工业SO2排放主要来自烧结工序，其排放总量占全钢铁行业SO2排放总量的50%左右，在不包括自备电厂排放的情况下，则占钢铁行业SO2排放总量的90%左右。因此，钢铁工业烧结工序的脱硫是国家控制SO2排放的新的重点领域，烧结烟气脱硫势在必行。
本文以福建三钢（集团）公司（以下简称福建三钢）为例，介绍了该企业在新建的180m2烧结机上实施的烧结烟气选择性、循环流化床半干法脱硫工艺，该设施于2007年3月开始动工，同年10月18日顺利投用，目前，系统运行稳定，效果良好。
2 烧结烟气选择性脱硫技术
2.1 技术方案的提出
烧结烟气中SO2的S主要来自铁矿粉和煤粉中的硫化物和硫酸盐，通过烧结，原料中90%以上的硫可以脱除，形成气体排出。在烧结机各风箱内，烟气中SO2浓度各不相同，差异很大（见图1）。
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从图1中可见，低浓度的烟气量约占全部烟气量的 1/2。如果将全部烟气进行脱硫，不仅投资大，脱硫效率低，而且脱硫运行成本也高。因此，不管采取何种脱硫工艺，只要把中间高SO2浓度段的烟气汇集到一条独立的脱硫烟道内有选择地进行脱硫，就可以实现低投资、低成本地高效脱硫。
为确定所需脱硫的烟气所在风箱位置及数目，对烧结机的15个风箱中的烟气进行SO2的现场检测，平均数值见表1。
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从上表可知， 烧结机烟道中S O 2 平均浓度为 3076mg/m3，1#～4#、14#～15#六个风箱烟气中 SO2平均浓度为368.7mg/m3，SO2排放量只占总排放量的5.17%，烟气量却占46%；5#～13#风箱中的SO2平图1 烟气中SO2浓度在烧结机长度方向上的变化曲线均浓度高达5724.1mg/m3，SO2排放量占总排放量的 94.83%，烟气量却只占54%。所以有选择地把5#～ 13#风箱中烟气汇集到一条烟道上进行脱硫是必要且完全可行的。
2.2 技术的实施
为实现选择性脱硫的目的，技术人员设计出了分段式不等径烟道布置方案（见图2），即把常规设计的一条烟道分成直径不同的3段，头、尾不需脱硫的烟道汇集成1条，中间脱硫段独立1条烟道。2条烟道各自对应配置了大小不同的2台（套）电除尘器和主抽风机（2套除尘器的总除尘面积、主抽风机电机总功率和常规1条烟道的烧结机是一样的）。为适应脱硫需要，在脱硫烟道尾部增设温度自动补偿装置，稳定脱硫烟气的温度。这种布置保证了烧结机两边风箱接入烟道的路径完全相同，不会引起风量不平衡的现象，既可满足脱硫需要，又不影响烧结，而且布置简单。
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3 循环流化床半干法脱硫技术的应用
3.1 脱硫方法的选定
烟气脱硫技术自20世纪60年代在国外就有了，我国燃煤电厂也早就引进了脱硫技术，并在“十五”期间得到了快速发展，现已普遍应用。烧结烟气脱硫技术经过几十年的发展，已形成了多种脱硫方法。目前国内已实施的、正在建设中和论证中的脱硫方法也有多种，如循环流化床法、密相干塔法、氨—硫铵法、MEROS法、 LEC法、离子液循环法、有机胺法等，简单可以划分为湿法、半干法和干法。因此，烧结烟气能否成功脱硫的关键是要选择一种合适的脱硫技术。对脱硫方法的选择主要应依据以下一些原则：
（1）脱硫方法成熟，有工业化运行业绩，能适应烧结烟气特点；
（2）流程简单，占地面积小，可布置在现有场地；
（3）投资省，运行成本低；
（4）操作简单，不产生二次污染；
（5）脱硫产物基本可以综合利用或有利用前景。
经过对各种脱硫技术进行比较后，福建三钢采用了福建龙净脱硫脱硝公司从德国鲁奇公司引进的循环流化床半干法脱硫技术，该技术在国内外电厂运行业绩良好，可高效脱除SO2、SO3、HCl、HF等有害物质，同时还预留有吸附剂添加系统的位置，将来可脱除烟气中重金属、二恶英等有害物质，该系统还具有占地面积较小、投资省、运行成本低、自动化程度高、不产生废水等二次污染的优点。
3.2 循环流化床半干法脱硫工艺原理
从烧结机脱硫烟道出来的烟气，经机头ESP除尘器、主抽风机后，通过气封式风档控制，从吸收塔进入。在吸收塔进口段，高温烟气与加入的吸附剂、循环灰充分预混合，进行初步的脱硫反应。然后通过吸收塔下部的文丘里管的加速，进入循环流化床体。物料在循环流化床里，气固两相由于气流的作用，产生激烈的湍动与混合，反应界面不断磨擦、碰撞，产生一系列化学反应。由于颗粒与烟气之间具有很大的相对滑落速度，因此可以达到很高的脱硫效率。
在文丘里管出口的扩管段设有喷水装置，通过专用的雾化喷头向吸收塔内喷雾化水，使烟气温度降到露点温度以上20℃左右。携带大量吸收剂、吸附剂和反应产物的烟气，从吸收塔顶部侧向下行进入脱硫布袋除尘器，进行气固分离。经除尘器捕集下来的固体颗粒，通过除尘器下的脱硫灰再循环系统，返回脱硫塔继续参加反应，如此循环。多余的脱硫灰渣，通过气力输送至脱硫灰渣库内。系统中的生石灰、消石灰以及脱硫循环灰也均采用气力输送。
同时，为适应烧结机经常性长短不一的停机需要和稳定脱硫塔内床层压降，系统中设置了内循环系统和补气系统。
福建三钢烧结烟气循环流化床半干法脱硫工艺流程见图3。
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4 系统运行效果
（1）运行稳定，脱硫效果良好
福建三钢180m2烧结机脱硫设施自2007年运行至今，系统总体运行稳定，基本上实现了工艺实施前提出的脱硫效率、系统同机运转率在90%以上及脱硫后粉尘浓度低于50mg/m3的目标，并已实现了与省、市环境监测站在线监测的并网。三明市环境监测站对该系统的抽查检测结果见表2。
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（2）运行成本较低
循环流化床半干法脱硫以细磨生石灰粉为脱硫剂，资源充足，脱硫设施简单，运行成本较低。特别是采用选择性脱硫方法，使得运行成本又可以降低35%左右。系统运行费用见表3。
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（3）烧结产量可提高15%以上
由于采用了分段式不等径烟道布置方法，使得烧结过程中的风量配置更加合理，漏风率下降，从而促进了生产效率的进一步提高，与同规格的烧结机相比，烧结产量可提高15%以上。
（4）风箱余热得到利用
为适应脱硫降温需要，在烧结机尾部高温段风箱内采用热管技术安装了2台产汽锅炉，脱硫段烟气可降低 20℃左右，每天可产生1.3MPa、250℃过热蒸汽100多t，5 存在的不足该系统运行以来一直比较稳定，目前最大的不足是脱硫灰渣的使用范围有限，仅用于作水泥沙浆、做改良沥青和内墙墙面涂料等，而且使用数量有限。企业无法直接从脱硫产物的综合利用中得到效益，以降低脱硫运行成本。脱硫灰渣成分见表4。
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6 发展建议
（1）政策扶持
目前我国烧结烟气脱硫尚处于起步阶段，对烧结烟气不管采用何种方法脱硫，均存在投资较大（约占烧结机总投资的20%～50%）、脱硫成本高（6元/t矿以上）的问题，企业负担较重。有关部门应参照电厂脱硫的补贴方式，利用财政、税收、价格和行政等手段对脱硫企业给予优惠政策，以提高企业的脱硫积极性。
（2）加快开发脱硫产物综合利用研究
国家应鼓励并扶持相关科研机构及有能力的企业加快对脱硫产物的开发利用研究，使脱硫产物有稳定的销售、利用领域，降低企业脱硫的运行成本。
（3）采用烧结烟气选择性脱硫
采用烧结烟气选择性脱硫仅需要处理60%左右的烟气就可以达到脱硫目的，可有效降低脱硫运行成本和投资成本。
（4）脱硫设备的选型要留有足够空间
对烧结原料结构不稳定的厂家，脱硫主要设备的设计要足够大，要留有充分的空间。同时，有条件的企业应尽量多用进口矿或低硫国产矿，减少SO2的产生量，以提高脱硫效率和降低脱硫成本。
7 结语
烧结烟气脱硫技术在我国尚处于起步阶段，大多还停留在研究与实验阶段，采用选择性、循环流化床半干法脱硫工艺进行烟气脱硫，具有投资省、占地面积小、运行稳定、脱硫效率高、脱硫成本较低等优点，可促进国内钢铁工业的烧结烟气脱硫。
参考文献：
[1] 郜学.我国烧结球团行业脱硫现状及减排对策[J].烧结球团，2008.3.
[2] 单尚华，李春风.加快实施烧结烟气脱硫，促进区域环境改善[C].中国钢铁年会论文集.北京：冶金工业出版社，2007.
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