陳繼輝

(中冶賽迪國(guó)家鋼鐵冶煉裝備系統(tǒng)集成工程技術(shù)研究中心動(dòng)力研究室，重慶 401122)

0 引言

鋼鐵工業(yè)是我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平的提高和環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，鋼鐵企業(yè)的節(jié)能減排已經(jīng)成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)，發(fā)展“綠色鋼鐵”技術(shù)，是鋼鐵企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力水平和持續(xù)發(fā)展的必要條件。

鋼鐵企業(yè)生成過(guò)程中產(chǎn)生SO2是環(huán)境空氣污染的重要來(lái)源之一，其排放量?jī)H次于煤炭發(fā)電行業(yè)居第2位［1］。在鋼鐵企業(yè)內(nèi)，燒結(jié)球團(tuán)工序的SO2排放量又占鋼鐵企業(yè)SO2總排放量的70%以上，個(gè)別企業(yè)甚至達(dá)到90%左右。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)保要求的提高，開(kāi)展燒結(jié)煙氣脫硫治理對(duì)于鋼鐵企業(yè)SO2減排、改善大氣質(zhì)量和區(qū)域性酸雨控制具有積極意義。工信部組織制定的《鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣脫硫?qū)嵤┓桨浮分兄赋?，要?009年5月底已形成燒結(jié)煙氣脫硫能力8.2萬(wàn)t的基礎(chǔ)上，2011年底前鋼鐵行業(yè)新增燒結(jié)煙氣脫硫能力20萬(wàn)t。所以鋼鐵企業(yè)必須加大對(duì)燒結(jié)煙氣的治理力度。

1 燒結(jié)煙氣特性及其對(duì)脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響

燒結(jié)煙氣是燒結(jié)混合料點(diǎn)火后隨臺(tái)車(chē)運(yùn)行，在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的含塵廢氣。該煙氣主要具有以下特點(diǎn):

(1)流量大，且隨燒結(jié)生產(chǎn)的變化范圍寬，噸燒結(jié)礦可以產(chǎn)生煙氣3500～6500m3。

燒結(jié)煙氣這種特性，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要予以充分考慮。設(shè)備選型、系統(tǒng)參數(shù)選擇、管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)與布置等均應(yīng)考慮燒結(jié)生產(chǎn)的最大排煙量。同時(shí)，還應(yīng)注意低負(fù)荷下系統(tǒng)的適應(yīng)性，而且對(duì)不同的脫硫技術(shù)來(lái)說(shuō)，相關(guān)的影響和對(duì)策也是不同的。因此，燒結(jié)煙氣量大幅寬的特性不僅帶來(lái)了投資和運(yùn)行成本的增加，還給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。

(2)溫度高，變化范圍較寬，一般在130～180℃左右。

高溫環(huán)境(高溫?zé)Y(jié)工藝)不僅對(duì)系統(tǒng)安全提出了更高要求，而且還給系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、管道布置等增加了新的難度。而且，由于燒結(jié)生產(chǎn)的固有特性，燒結(jié)煙氣甚至可能超過(guò)200℃，這對(duì)于很多脫硫系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，都已經(jīng)超過(guò)了其設(shè)計(jì)溫度。因此，脫硫系統(tǒng)具有承受短時(shí)高溫的能力也是設(shè)計(jì)和選型中需要考慮的。除此之外，燒結(jié)煙氣在較大溫度范圍內(nèi)變化時(shí)，系統(tǒng)和設(shè)備的適應(yīng)性以及中控人員對(duì)應(yīng)操作的變化能力也顯得尤為突出。當(dāng)然，這些都需要在最初的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型中予以充分考慮，同時(shí)，在崗前培訓(xùn)和調(diào)試過(guò)程中也要不斷培養(yǎng)和鍛煉崗位人員這方面的實(shí)際操作能力。

(3)成分復(fù)雜、SO2濃度變化范圍大。

與燃煤電廠煙氣相比，燒結(jié)煙氣成分更復(fù)雜、SO2濃度變化范圍更大。燒結(jié)煙氣所含粉塵顆粒更細(xì)，重金屬含量更多。SO2濃度一般在400～4000 mg/Nm3之間，有些企業(yè)甚至達(dá)到8000 mg/Nm3。氣體污染物中除SO2外，還含有NOx、HF、HCL、二惡英等有害氣體。因此，在選擇煙氣脫硫工藝以及在確定了主體工藝后，還應(yīng)針對(duì)企業(yè)燒結(jié)煙氣的具體特性有針對(duì)性的設(shè)計(jì)必要的污染物處理設(shè)施。

需要特別說(shuō)明的是，在鋼鐵冶煉過(guò)程中約有48%的NOx來(lái)自鐵礦燒結(jié)工藝，可見(jiàn)燒結(jié)廠已是NOx的最大產(chǎn)生源。同時(shí)，燒結(jié)過(guò)程也是鋼鐵行業(yè)產(chǎn)生二惡英/呋喃的重要來(lái)源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，燒結(jié)煙氣中所含的NOx和二惡英/呋喃含量可分別高達(dá)72～500 mg/Nm3、1.5 ～10ng－ TEQ/Nm3。鋼鐵工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(DB37/990－2008)中規(guī)定，燒結(jié)過(guò)程中NOx和二惡英的排放標(biāo)準(zhǔn)分別為200 mg/Nm3和0.5ng－TEQ/Nm3。雖然目前國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)在對(duì)燒結(jié)煙氣進(jìn)行治理的過(guò)程中基本上仍未對(duì)NOx和二惡英的脫除采取具體措施(除氨法脫硫自身具有30%左右的脫硝率以及太鋼的活性炭法燒結(jié)煙氣脫硫外)，但是隨著環(huán)保態(tài)度的加強(qiáng)，可以預(yù)計(jì)，鋼鐵企業(yè)燒結(jié)煙氣的脫硝、脫除二惡英問(wèn)題必將逐漸展開(kāi)。

2 燒結(jié)煙氣處理技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

對(duì)燒結(jié)煙氣SO2排放控制的主要方法有低硫原料配入法、高煙囪稀釋排放和煙氣脫硫法。由于原燃料的不可控性以及我國(guó)已對(duì)SO2實(shí)行排放濃度和總量的雙重控制，因此，必須對(duì)燒結(jié)煙氣進(jìn)行脫硫處理才能達(dá)到環(huán)保要求。

煙氣脫硫技術(shù)可分為濕法、干法和半干法。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合我國(guó)國(guó)情，以干代濕是我國(guó)燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展的客觀趨勢(shì)。

以石灰石－石膏為代表的傳統(tǒng)濕法技術(shù)，正被干法、半干法或新的濕法工藝所取代。1974～1989年日本建成投產(chǎn)10余套燒結(jié)煙氣脫硫裝置，除一套采用干法脫硫工藝外，其余均為濕法工藝(大部分是石灰石－石膏法，少量采用氧化鎂法和硫酸銨鹽法)。但自1989年起日本就不再采用濕法，而全部采用干法。1986年，德國(guó)蒂森鋼鐵公司在一臺(tái)400萬(wàn)噸/年的燒結(jié)機(jī)上配套建設(shè)石灰石－石膏濕法煙氣脫硫設(shè)施(日本三菱引進(jìn))，后因維護(hù)量大、運(yùn)行成本高，也于1993年停運(yùn)。1998年，杜依斯堡鋼廠108m2燒結(jié)機(jī)采用SDA半干法脫硫技術(shù);2006年，PW公司將循環(huán)流化床工藝應(yīng)用于Dillingen燒結(jié)煙氣處理。我國(guó)第一套工業(yè)化應(yīng)用的燒結(jié)煙氣脫硫項(xiàng)目是2005年12月包鋼建成投產(chǎn)的ENS裝置。到目前為止，建成和在建的燒結(jié)煙氣脫硫裝置中(半)干法和濕法約各占一半，在建成項(xiàng)目中(半)干略少于濕法，但在建項(xiàng)目中(半)干法多于濕法。尤其是2008年寶鋼在建設(shè)第四套燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫裝置時(shí)，放棄其自主開(kāi)發(fā)的氣噴旋沖XPB濕法技術(shù)，轉(zhuǎn)用干法技術(shù)。因此，我國(guó)燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)也正在出現(xiàn)由濕法向(半)干法的轉(zhuǎn)變［1－4］。

此外，通過(guò)筆者對(duì)各種燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn):a.濕法脫硫技術(shù)占地相對(duì)較大，由于已建燒結(jié)機(jī)的原有規(guī)劃中大部分未預(yù)留脫硫場(chǎng)地，因此該技術(shù)不太適合已有燒結(jié)機(jī)的煙氣脫硫改造。同時(shí)，由于濕法的建設(shè)成本和維護(hù)成本均相對(duì)較高，耗水量大(比干法大20%以上)，因此對(duì)降低脫硫系統(tǒng)運(yùn)行成本和噸鋼耗水量是不利的。再加上濕法有廢水排放，必須配套設(shè)置廢水處理設(shè)施，這無(wú)疑又增加了企業(yè)的場(chǎng)地、投資和運(yùn)行成本;b.除投資和運(yùn)行成本外，活性炭是一種較理想的燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)。但高昂的投資和運(yùn)行成本，又使其不太適合我國(guó)大部分鋼鐵企業(yè)燒結(jié)煙氣脫硫項(xiàng)目的實(shí)施現(xiàn)狀。根據(jù)日本的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)判斷，該脫硫技術(shù)15年內(nèi)估計(jì)不太可能在我國(guó)大規(guī)模實(shí)施;c.(半)干法脫硫技術(shù)具有投資低、占地小、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)成本較低等優(yōu)勢(shì)，非常適合已有燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫工程的實(shí)施，同時(shí)具有較強(qiáng)的節(jié)能減排潛力，是目前最適合我國(guó)國(guó)情的燒結(jié)煙氣脫硫處理技術(shù)。

當(dāng)然，考慮到目前國(guó)內(nèi)外燒結(jié)煙氣治理工程所存在的問(wèn)題，除了上述脫硫技術(shù)工藝本身的發(fā)展趨勢(shì)外，未來(lái)的燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)還應(yīng)具有同時(shí)除塵、脫硫、脫硝甚至脫除二惡英的功能，副產(chǎn)物能夠有效的處理和利用，更全面的自動(dòng)化監(jiān)控水平。

3 燒結(jié)煙氣半干法處理技術(shù)特點(diǎn)及其發(fā)展障礙

3.1 燒結(jié)煙氣半干法處理技術(shù)的主要特點(diǎn)

現(xiàn)有半干法燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)主要有循環(huán)流化法、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法、新型一體化煙氣脫硫等。其基本工作原理是煙氣進(jìn)入脫硫塔和(外增濕或消化)吸收劑進(jìn)行脫硫反應(yīng)，脫硫副產(chǎn)物和未反應(yīng)完全的吸收劑被除塵器收集并經(jīng)回料裝置返回脫硫塔進(jìn)行參與反應(yīng)，或者直接外排。其主要技術(shù)特點(diǎn)是脫硫副產(chǎn)物未干態(tài)、耗水量少、無(wú)廢水排放等。

3.2 燒結(jié)煙氣半干法處理技術(shù)的發(fā)展障礙

通過(guò)前面的分析，雖然半干法燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)具有初投資低、占地小、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、耗水量少、運(yùn)行維護(hù)成本較低、無(wú)廢水排放等顯著優(yōu)點(diǎn)，但目前仍有一些問(wèn)題未得到很好的解決，影響了該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:

(1)副產(chǎn)物無(wú)法有效利用。

由于燒結(jié)煙氣成分的復(fù)雜性，現(xiàn)有燃煤電廠脫硫副產(chǎn)物的處理和利用方式不能直接復(fù)制。另外，我國(guó)燒結(jié)煙氣脫硫工業(yè)化應(yīng)用的時(shí)間不長(zhǎng)，各方面積累的經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)副產(chǎn)物利用開(kāi)展的研究相對(duì)較少。

(2)現(xiàn)有系統(tǒng)無(wú)法有效脫硝和脫除二惡英。

和現(xiàn)有大多數(shù)煙氣脫硫技術(shù)一樣，現(xiàn)有的半干法煙氣處理技術(shù)也主要是針對(duì)脫硫而開(kāi)發(fā)的，不具有明顯的脫硝和脫除二惡英的能力(除太鋼450 m2燒結(jié)機(jī)的活性焦燒結(jié)煙氣處理裝置外)。為了應(yīng)對(duì)未來(lái)更加嚴(yán)格的環(huán)保限制，有必要對(duì)現(xiàn)有半干法煙氣處理技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，使其在滿足脫硫效果的同時(shí)，還能夠有效脫硝和脫除二惡英。目前已有一些方案，如根據(jù)燒結(jié)機(jī)長(zhǎng)度方向上的煙氣特性進(jìn)行選擇性脫硫、脫銷(xiāo)和脫除二惡英，或者在煙道適當(dāng)位置增設(shè)脫硝和脫除二惡英裝置等。

4 煙氣脫硫系統(tǒng)對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)和操作的建議

根據(jù)采取的脫硫技術(shù)不同，燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)每年要產(chǎn)生少則上千萬(wàn)、多則幾千萬(wàn)的運(yùn)行費(fèi)用，這對(duì)鋼鐵企業(yè)來(lái)說(shuō)，也是一筆不小的負(fù)擔(dān)。

我們知道，燒結(jié)生產(chǎn)的具體操作將或多或少會(huì)影響到與其配套脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行。筆者認(rèn)為，除了從脫硫工藝選擇、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、操作維護(hù)等方面盡量?jī)?yōu)化外，在不影響燒結(jié)生產(chǎn)工藝的前提下，燒結(jié)生產(chǎn)和操作方面可以做一些調(diào)整，盡量使燒結(jié)和脫硫兩個(gè)系統(tǒng)緊密配合，以促進(jìn)燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

(1)燒結(jié)生產(chǎn)工藝的優(yōu)化。包括控制燒結(jié)原料特性穩(wěn)定、控制燒結(jié)排煙溫度和排煙量保持穩(wěn)定等。這將有利于脫硫系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，可以顯著降低脫硫設(shè)備故障率、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、降低系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)成本。

(2)降低燒結(jié)抽風(fēng)系統(tǒng)的漏風(fēng)率。這對(duì)降低脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷、節(jié)約系統(tǒng)電耗、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、降低運(yùn)行維護(hù)成本都具有顯著意義。

(3)提高燒結(jié)操作水平，降低誤操作率。通過(guò)操作水平的提升，穩(wěn)定燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)，減小因外圍參數(shù)巨大變化對(duì)脫硫系統(tǒng)的影響，降低脫硫系統(tǒng)事故率，維持脫硫系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)燒結(jié)煙氣具體與燃煤電廠煙氣顯著不同的特性，在進(jìn)行脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視其對(duì)脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響。

(2)以干代濕是我國(guó)燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展的客觀趨勢(shì)，(半)干法脫硫技術(shù)是目前最適合我國(guó)國(guó)情的燒結(jié)煙氣脫硫處理技術(shù)。

(3)燒結(jié)煙氣半干法處理技術(shù)的發(fā)展障礙主要包括副產(chǎn)物無(wú)法有效利用和現(xiàn)有系統(tǒng)無(wú)法有效脫硝和脫除二惡英。

(4)在不影響燒結(jié)生產(chǎn)工藝的前提下，燒結(jié)生產(chǎn)可以在工藝優(yōu)化、降低抽風(fēng)系統(tǒng)漏風(fēng)率、提高燒結(jié)操作水平、降低誤操作率等方面進(jìn)行改進(jìn)，以使燒結(jié)和脫硫兩個(gè)系統(tǒng)緊密配合，促進(jìn)燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

［1］王維興.燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)［C］.河北省鋼鐵工業(yè)燒結(jié)工序減排論壇，重慶:中國(guó)，2011.

［2］袁莉莉.半干法煙氣脫硫技術(shù)研究進(jìn)展［J］.山東化工程，2009，38(8):19－22，25.

［3］CHEN Ronghuan，WANG Ruyi and SHI Lei.Research on the use of sintering flue gas desulphurization gypsum as a cement retarder［J］.Baosteel Technicaf Research，2010，4(2):13 －15.

［4］李奇勇.燒結(jié)煙氣半干法選擇性脫硫新技術(shù)應(yīng)用［J］.環(huán)境工程，2008，26(2):7－9.