燒結(jié)機(jī)煙氣選擇性脫硫技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用
1 前言
我國(guó)“十一五”規(guī)劃綱要明確提出：要建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，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(biāo)。當(dāng)前，SO2的減排呼聲最高，壓力最大。鋼鐵企業(yè)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(jù)有關(guān)報(bào)導(dǎo)：2007年我國(guó)鋼鐵工業(yè)SO2排放量為 75.64萬(wàn)噸，比2006年僅下降0.51%，連續(xù)兩年未能完成“十一五”規(guī)劃提出的減排目標(biāo)。鋼鐵工業(yè)SO2排放主要來(lái)自燒結(jié)工序，其排放總量占全鋼鐵行業(yè)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(yè)SO2排放總量的90%左右。因此，鋼鐵工業(yè)燒結(jié)工序的脫硫是國(guó)家控制SO2排放的新的重點(diǎn)領(lǐng)域，燒結(jié)煙氣脫硫勢(shì)在必行。
本文以福建三鋼（集團(tuán)）公司（以下簡(jiǎn)稱福建三鋼）為例，介紹了該企業(yè)在新建的180m2 燒結(jié)機(jī)上實(shí)施的燒結(jié)煙氣選擇性、循環(huán)流化床半干法脫硫工藝，該設(shè)施于2007年3月開(kāi)始動(dòng)工，同年10月18日順利投用，目前，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好。
2 燒結(jié)煙氣選擇性脫硫技術(shù)
2.1 技術(shù)方案的提出
燒結(jié)煙氣中SO2的S主要來(lái)自鐵礦粉和煤粉中的硫化物和硫酸鹽，通過(guò)燒結(jié)，原料中90%以上的硫可以脫除，形成氣體排出。在燒結(jié)機(jī)各風(fēng)箱內(nèi)，煙氣中SO2濃度各不相同，差異很大（見(jiàn)圖1）。從圖1中可見(jiàn)，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(jìn)行脫硫，不僅投資大，脫硫效率低，而且脫硫運(yùn)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(dú)立的脫硫煙道內(nèi)有選擇地進(jìn)行脫硫，就可以實(shí)現(xiàn)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(fēng)箱位置及數(shù)目，對(duì)燒結(jié)機(jī)的15個(gè)風(fēng)箱中的煙氣進(jìn)行SO2的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，平均數(shù)值見(jiàn)表1。
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從上表可知，燒結(jié)機(jī)煙道中SO2平均濃度為 3076mg/m3 ，1#～4#、14#～15#六個(gè)風(fēng)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(fēng)箱中的SO2平均濃度高達(dá)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(fēng)箱中煙氣匯集到一條煙道上進(jìn)行脫硫是必要且完全可行的。
2.2 技術(shù)的實(shí)施
為實(shí)現(xiàn)選擇性脫硫的目的，技術(shù)人員設(shè)計(jì)出了分段式不等徑煙道布置方案（見(jiàn)圖2），即把常規(guī)設(shè)計(jì)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(dú)立1條煙道。2條煙道各自對(duì)應(yīng)配置了大小不同的2臺(tái)（套）電除塵器和主抽風(fēng)機(jī)（2套除塵器的總除塵面積、主抽風(fēng)機(jī)電機(jī)總功率和常規(guī)1條煙道的燒結(jié)機(jī)是一樣的）。為適應(yīng)脫硫需要，在脫硫煙道尾部增設(shè)溫度自動(dòng)補(bǔ)償裝置，穩(wěn)定脫硫煙氣的溫度。這種布置保證了燒結(jié)機(jī)兩邊風(fēng)箱接入煙道的路徑完全相同，不會(huì)引起風(fēng)量不平衡的現(xiàn)象，既可滿足脫硫需要，又不影響燒結(jié)，而且布置簡(jiǎn)單。
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3 循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)的應(yīng)用
3.1 脫硫方法的選定
煙氣脫硫技術(shù)自20世紀(jì)60年代在國(guó)外就有了，我國(guó)燃煤電廠也早就引進(jìn)了脫硫技術(shù)，并在“十五”期間得到了快速發(fā)展，現(xiàn)已普遍應(yīng)用。燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已形成了多種脫硫方法。目前國(guó)內(nèi)已實(shí)施的、正在建設(shè)中和論證中的脫硫方法也有多種，如循環(huán)流化床法、密相干塔法、氨—硫銨法、MEROS法、 LEC法、離子液循環(huán)法、有機(jī)胺法等，簡(jiǎn)單可以劃分為濕法、半干法和干法。因此，燒結(jié)煙氣能否成功脫硫的關(guān)鍵是要選擇一種合適的脫硫技術(shù)。對(duì)脫硫方法的選擇主要應(yīng)依據(jù)以下一些原則：
（1）脫硫方法成熟，有工業(yè)化運(yùn)行業(yè)績(jī)，能適應(yīng)燒結(jié)煙氣特點(diǎn)；
（2）流程簡(jiǎn)單，占地面積小，可布置在現(xiàn)有場(chǎng)地；（3）投資省，運(yùn)行成本低；
（4）操作簡(jiǎn)單，不產(chǎn)生二次污染；
（5）脫硫產(chǎn)物基本可以綜合利用或有利用前景。
經(jīng)過(guò)對(duì)各種脫硫技術(shù)進(jìn)行比較后，福建三鋼采用了福建龍凈脫硫脫硝公司從德國(guó)魯奇公司引進(jìn)的循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外電廠運(yùn)行業(yè)績(jī)良好，可高效脫除SO2、SO3、HCl、HF等有害物質(zhì)，同時(shí)還預(yù)留有吸附劑添加系統(tǒng)的位置，將來(lái)可脫除煙氣中重金屬、二惡英等有害物質(zhì)，該系統(tǒng)還具有占地面積較小、投資省、運(yùn)行成本低、自動(dòng)化程度高、不產(chǎn)生廢水等二次污染的優(yōu)點(diǎn)。
3.2 循環(huán)流化床半干法脫硫工藝原理
從燒結(jié)機(jī)脫硫煙道出來(lái)的煙氣，經(jīng)機(jī)頭ESP除塵器、主抽風(fēng)機(jī)后，通過(guò)氣封式風(fēng)檔控制，從吸收塔進(jìn)入。在吸收塔進(jìn)口段，高溫?zé)煔馀c加入的吸附劑、循環(huán)灰充分預(yù)混合，進(jìn)行初步的脫硫反應(yīng)。然后通過(guò)吸收塔下部的文丘里管的加速，進(jìn)入循環(huán)流化床體。物料在循環(huán)流化床里，氣固兩相由于氣流的作用，產(chǎn)生激烈的湍動(dòng)與混合，反應(yīng)界面不斷磨擦、碰撞，產(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng)。由于顆粒與煙氣之間具有很大的相對(duì)滑落速度，因此可以達(dá)到很高的脫硫效率。
在文丘里管出口的擴(kuò)管段設(shè)有噴水裝置，通過(guò)專用的霧化噴頭向吸收塔內(nèi)噴霧化水，使煙氣溫度降到露點(diǎn)溫度以上20℃左右。攜帶大量吸收劑、吸附劑和反應(yīng)產(chǎn)物的煙氣，從吸收塔頂部側(cè)向下行進(jìn)入脫硫布袋除塵器，進(jìn)行氣固分離。經(jīng)除塵器捕集下來(lái)的固體顆粒，通過(guò)除塵器下的脫硫灰再循環(huán)系統(tǒng)，返回脫硫塔繼續(xù)參加反應(yīng)，如此循環(huán)。多余的脫硫灰渣，通過(guò)氣力輸送至脫硫灰渣庫(kù)內(nèi)。系統(tǒng)中的生石灰、消石灰以及脫硫循環(huán)灰也均采用氣力輸送。
同時(shí)，為適應(yīng)燒結(jié)機(jī)經(jīng)常性長(zhǎng)短不一的停機(jī)需要和穩(wěn)定脫硫塔內(nèi)床層壓降，系統(tǒng)中設(shè)置了內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)和補(bǔ)氣系統(tǒng)。
福建三鋼燒結(jié)煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫工藝流程見(jiàn)圖3。
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4 系統(tǒng)運(yùn)行效果
（1）運(yùn)行穩(wěn)定，脫硫效果良好
福建三鋼180m2 燒結(jié)機(jī)脫硫設(shè)施自2007年運(yùn)行至今，系統(tǒng)總體運(yùn)行穩(wěn)定，基本上實(shí)現(xiàn)了工藝實(shí)施前提出的脫硫效率、系統(tǒng)同機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率在90%以上及脫硫后粉塵濃度低于50mg/m3 的目標(biāo)，并已實(shí)現(xiàn)了與省、市環(huán)境監(jiān)測(cè)站在線監(jiān)測(cè)的并網(wǎng)。三明市環(huán)境監(jiān)測(cè)站對(duì)該系統(tǒng)的抽查檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。
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（2）運(yùn)行成本較低
循環(huán)流化床半干法脫硫以細(xì)磨生石灰粉為脫硫劑，資源充足，脫硫設(shè)施簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本較低。特別是采用選擇性脫硫方法，使得運(yùn)行成本又可以降低35%左右。系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用見(jiàn)表3。
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（3）燒結(jié)產(chǎn)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(jié)過(guò)程中的風(fēng)量配置更加合理，漏風(fēng)率下降，從而促進(jìn)了生產(chǎn)效率的進(jìn)一步提高，與同規(guī)格的燒結(jié)機(jī)相比，燒結(jié)產(chǎn)量可提高15%以上。
（4）風(fēng)箱余熱得到利用
為適應(yīng)脫硫降溫需要，在燒結(jié)機(jī)尾部高溫段風(fēng)箱內(nèi)采用熱管技術(shù)安裝了2臺(tái)產(chǎn)汽鍋爐，脫硫段煙氣可降低 20℃左右，每天可產(chǎn)生1.3MPa、250℃過(guò)熱蒸汽100多t，并網(wǎng)用于發(fā)電，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
5 存在的不足
該系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái)一直比較穩(wěn)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(nèi)墻墻面涂料等，而且使用數(shù)量有限。企業(yè)無(wú)法直接從脫硫產(chǎn)物的綜合利用中得到效益，以降低脫硫運(yùn)行成本。脫硫灰渣成分見(jiàn)表4。
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6 發(fā)展建議
（1）政策扶持
目前我國(guó)燒結(jié)煙氣脫硫尚處于起步階段，對(duì)燒結(jié)煙氣不管采用何種方法脫硫，均存在投資較大（約占燒結(jié)機(jī)總投資的20%～50%）、脫硫成本高（6元/t礦以上）的問(wèn)題，企業(yè)負(fù)擔(dān)較重。有關(guān)部門應(yīng)參照電廠脫硫的補(bǔ)貼方式，利用財(cái)政、稅收、價(jià)格和行政等手段對(duì)脫硫企業(yè)給予優(yōu)惠政策，以提高企業(yè)的脫硫積極性。
（2）加快開(kāi)發(fā)脫硫產(chǎn)物綜合利用研究
國(guó)家應(yīng)鼓勵(lì)并扶持相關(guān)科研機(jī)構(gòu)及有能力的企業(yè)加快對(duì)脫硫產(chǎn)物的開(kāi)發(fā)利用研究，使脫硫產(chǎn)物有穩(wěn)定的銷售、利用領(lǐng)域，降低企業(yè)脫硫的運(yùn)行成本。
（3）采用燒結(jié)煙氣選擇性脫硫
采用燒結(jié)煙氣選擇性脫硫僅需要處理60%左右的煙氣就可以達(dá)到脫硫目的，可有效降低脫硫運(yùn)行成本和投資成本。
（4）脫硫設(shè)備的選型要留有足夠空間對(duì)燒結(jié)原料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的廠家，脫硫主要設(shè)備的設(shè)計(jì)要足夠大，要留有充分的空間。同時(shí)，有條件的企業(yè)應(yīng)盡量多用進(jìn)口礦或低硫國(guó)產(chǎn)礦，減少SO2的產(chǎn)生量，以提高脫硫效率和降低脫硫成本。
7 結(jié)語(yǔ)
燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)在我國(guó)尚處于起步階段，大多還停留在研究與實(shí)驗(yàn)階段，采用選擇性、循環(huán)流化床半干法脫硫工藝進(jìn)行煙氣脫硫，具有投資省、占地面積小、運(yùn)行穩(wěn)定、脫硫效率高、脫硫成本較低等優(yōu)點(diǎn)，可促進(jìn)國(guó)內(nèi)鋼鐵工業(yè)的燒結(jié)煙氣脫硫。
參考文獻(xiàn)：
[1] 郜學(xué).我國(guó)燒結(jié)球團(tuán)行業(yè)脫硫現(xiàn)狀及減排對(duì)策[J].燒結(jié)球團(tuán)，2008.3.
[2] 單尚華，李春風(fēng).加快實(shí)施燒結(jié)煙氣脫硫，促進(jìn)區(qū)域環(huán)境改善[C].中國(guó)鋼鐵 年會(huì)論文集.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.
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