王殿輝，門雪燕

（安陽市環(huán)境科學研究所，河南 安陽 455000）

“十二五”以來，鋼鐵行業(yè)成為我國繼電力行業(yè)后實施SO2減排的又一個重要領(lǐng)域。鋼鐵企業(yè)燒結(jié)工序產(chǎn)生的SO2排放量占鋼鐵企業(yè)SO2總排放量的80%以上。2010年底全國鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機臺數(shù)達到1 200余臺，根據(jù)環(huán)保部發(fā)布的信息，截至2012年，鋼鐵企業(yè)僅有50%的燒結(jié)機安裝了脫硫設(shè)備，平均脫硫效率僅為38.6%，遠沒有達到國家節(jié)能減排的要求。

燒結(jié)機脫硫工程在鋼企推行過程中存在的主要技術(shù)難點包括煙氣中污染物濃度相對較低、脫硫副產(chǎn)物難以利用、多種污染物協(xié)同脫除技術(shù)尚未完善等。石灰石-石膏法及氨法脫硫工藝因具有技術(shù)成熟性高、脫硫效率高且穩(wěn)定、脫硫產(chǎn)物易于綜合利用的特點，在燒結(jié)機脫硫綜合整治中成為主導工藝。但以上兩種脫硫工藝投資較大，運行費用相對較高，脫硫設(shè)施建設(shè)及運行費用對于部分鋼企而言是不小的投入。旋轉(zhuǎn)噴霧干燥（SDA）脫硫工藝具有投資低、運行費用低、占地面積小的特點[1]，該技術(shù)如應(yīng)用于燒結(jié)機脫硫行業(yè)，能夠較好地兼顧污染減排和企業(yè)經(jīng)濟效益的要求。

1 燒結(jié)機煙氣的特點

燒結(jié)機是鋼鐵行業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)施之一，燒結(jié)煙氣是燒結(jié)混合料點火后，隨臺車運行，在高溫燒結(jié)成型過程中產(chǎn)生的廢氣。燒結(jié)煙氣的主要特點是：（1）燒結(jié)機年作業(yè)率較高，達90%以上，煙氣排放量大；（2）煙氣溫度波動幅度較大，波動范圍在90～150℃；（3）煙氣濕度比較大，一般在10%左右；（4）由于燒結(jié)鐵礦來源較多，含硫率變化相對較大，煙氣中SO2濃度隨配料比的變化而發(fā)生較大的變化；（5）燒結(jié)煙氣含氧量高，約占10%～15%左右；（6）含有腐蝕性酸性氣體成分[2]。

2 噴霧干燥法煙氣脫硫技術(shù)的應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)噴霧干燥（SDA）脫硫工藝源于漿液噴霧干燥加工工藝，該工藝應(yīng)用于脫硫的研究始于20世紀70年代[3]。與傳統(tǒng)的濕法脫硫相比，該法具有系統(tǒng)簡單、運行維護方便、投資少、運行費用低的特點，在處理低濃度的SO2廢氣時，其效率與石灰石-石膏法相當，目前多用于中小型熱電機組的脫硫。燒結(jié)機煙氣含SO2濃度相對較低，煙氣量大，且旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫工藝對占地要求相對濕法脫硫較省，由于以上原因，旋轉(zhuǎn)噴霧干燥（SDA）脫硫工藝在我國多家鋼鐵企業(yè)得到了應(yīng)用，并取得了良好的效果。

以沙鋼180 m2燒結(jié)機脫硫工程為例，對旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法的設(shè)計及其脫硫效果進行分析和探討。該燒結(jié)機脫硫系統(tǒng)總投資5 400萬元，目前已投入運行，運轉(zhuǎn)情況良好。180 m2燒結(jié)機為目前符合國家產(chǎn)業(yè)政策要求的主流燒結(jié)機機型，在全國大型鋼鐵企業(yè)中多有分布，具有較高的代表性。旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫工藝采用石灰作為吸收劑，石灰經(jīng)過消化處理，通過濕式球磨研磨配制成一定濃度的石灰漿吸收劑，用泵送到高位料箱，流入高速離心霧化機，經(jīng)霧化后在旋轉(zhuǎn)干燥噴霧吸收塔與來自燒結(jié)工藝的含SO2高溫煙氣充分接觸，石灰漿霧滴中的水分被煙氣的顯熱蒸發(fā)，而廢氣中SO2同時被石灰漿滴吸收，生成的干灰渣通過布袋除塵器除去，凈化后煙氣達標排放。

采用旋轉(zhuǎn)干燥噴霧吸收塔為設(shè)施主體，配套建設(shè)煙氣系統(tǒng)、布袋除塵器及灰渣處理系統(tǒng)、漿液系統(tǒng)，具體工藝如圖1所示：

圖1 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫工藝流程

2.1 煙氣系統(tǒng)

脫硫煙氣從頂部及中部進入脫硫塔，脫硫后煙氣進入脫硫布袋除塵器，經(jīng)除塵后凈煙氣經(jīng)60m高煙筒排放。脫硫除塵系統(tǒng)與燒結(jié)機主體相對獨立，自成體系，脫硫系統(tǒng)引起的煙氣壓力損失由脫硫增壓風機補償。

2.2 吸收塔系統(tǒng)

吸收塔為空塔結(jié)構(gòu)，頂部安裝有煙氣分配器、中心煙氣分配器及霧化器，全部采用鋼結(jié)構(gòu)形式，塔內(nèi)不設(shè)置運動和支撐桿件，也無需設(shè)防腐內(nèi)襯。另外，為保證煙氣在塔內(nèi)的均勻流動，需要在進口煙道設(shè)置均流裝置，出口設(shè)置溫度、壓力檢測裝置。

2.3 除塵及灰渣處理

旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫工藝為半干法脫硫，除塵系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是脫硫效率達到設(shè)計要求的重要保證。該配套袋式除塵器對濾袋質(zhì)量要求較高，濾袋材料需抗氧化、耐酸堿、拒水，壽命不低于2 a。按照180m2燒結(jié)機風量設(shè)計，除塵器入口風量為8.1×105m3/h，過濾面積大于1.3×104m2。袋式除塵器宜采用脈沖噴吹方式除灰，但所使用壓縮空氣需經(jīng)脫油、脫水處理。設(shè)計除塵效率在98.5%～99.4%之間。

除塵灰由卸灰閥、刮板機、斗提機等輸送設(shè)備進行輸灰，將脫硫灰一部分送至制漿系統(tǒng)配料，多數(shù)輸送至脫硫灰倉。噴霧干燥系統(tǒng)出來的最后脫硫產(chǎn)物以CaSO3為主，但同時含有大量未反應(yīng)完的吸收劑Ca（OH）2、CaSO4、CaCO3和Fe2O3等[4]，以上物質(zhì)組成粉狀固體且成分較為復(fù)雜，較難綜合利用，但由于該企業(yè)配套建設(shè)有礦渣微粉生產(chǎn)線，該除塵灰可直接送至微粉線原料倉生產(chǎn)微粉產(chǎn)品，從而解決了脫硫產(chǎn)物的處置問題。

2.4 漿液系統(tǒng)

漿液系統(tǒng)采用普通的石灰制漿，與濕法工藝的制漿工藝基本相同，但要求漿液細度更高。生石灰粉通過氣力輸送進入原料倉內(nèi)。倉下料位進行計量檢測，將生石灰定量放入消化罐。消化罐內(nèi)設(shè)隔板，配兩臺漿液攪拌器。槳液分兩路，正常工作時一路溢流至振動篩，消化罐底部設(shè)排空管，排空管上裝有調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)排到振動篩上的漿液量，篩出大于16目的顆粒直接排至地面上的沉沙槽，篩下漿液流到漿液罐。漿液通過漿液罐下的渣漿泵、閥門和管道輸送到脫硫塔上部的頂罐內(nèi)，漿液在脫硫塔內(nèi)被霧化器霧化成30～80 μm的霧滴，并與煙氣中的SO2發(fā)生反應(yīng)，從而達到脫除SO2的目的，同時燒結(jié)機廢氣顯熱瞬間干燥塔內(nèi)的石灰液滴，使之形成干固體粉裝料并由除塵器捕集。根據(jù)設(shè)計，在滿負荷條件下石灰消耗量在0.37 t/h，低負荷條件下0.094 t/h。

3 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫系統(tǒng)運行參數(shù)分析

3.1 漿液pH值控制

旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫采用消石灰作為脫硫劑，漿液的酸堿值是影響脫硫效率、脫硫產(chǎn)物成分的重要因素，雖然干法脫硫不需要考慮脫硫后硫酸鈣過多堵塞管道的問題，但為了保持整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，要求pH值控制在6.9～8.9之間，從而可以保證較高的脫硫效率。

3.2 鈣硫比

鈣硫比是指進入系統(tǒng)的Ca（OH）2的摩爾數(shù)與SO2的摩爾數(shù)之比。在進口煙氣濃度一定的情況下，脫硫效率隨鈣硫比的增加而增大，但當脫硫率增加至90%后，即使繼續(xù)提高鈣硫比，脫硫率提高放緩而吸收劑的利用率將會顯著降低[5]。因此合理地選擇脫硫效率，對節(jié)約吸收劑的用量、降低運行費用是非常必要的。本次燒結(jié)機脫硫效率設(shè)計為85%以上，其鈣硫比確定為1.04～1.09之間。

3.3 進出口煙氣溫度控制

吸收塔出口煙氣的平均溫度與煙氣絕熱飽和溫度的差值（即近絕熱飽和溫度）對系統(tǒng)脫硫效率影響較大，熱煙氣和吸收劑在吸收塔內(nèi)通過充分的接觸完成傳熱、傳質(zhì)的過程，熱量的傳遞多數(shù)是在氣液兩相間進行。漿滴內(nèi)所含的水分接受煙氣的熱量而汽化，并得到干燥，同時，熱煙氣則被降溫。在煙氣絕熱飽和溫度恒定的情況下，出口煙氣溫度越低、濕度越大，近絕熱飽和溫度就越低，漿滴干燥的時間就越長，從而延長了漿滴吸收SO2的時間，吸收塔的脫硫效率就越高[6]。但在實際中，由于要考慮到后續(xù)袋式除塵器的結(jié)露、板結(jié)的現(xiàn)象，出塔溫度必須高于煙氣露點溫度10～20℃，故脫硫系統(tǒng)出口溫度設(shè)計值為大于80℃，實際中控制在108～110℃之間。

3.4 煙氣中污染物濃度控制

旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫工藝中，其脫硫效率受煙氣中SO2濃度影響較大，在相同的鈣硫比條件下，入口煙氣濃度控制在1 000 mg/L以下，則系統(tǒng)脫硫效率可達到85%，如入口煙氣中SO2濃度高于2 000mg/L，則脫硫效率明顯降低，僅能維持在70%以上。故該工藝處理低濃度SO2廢氣效果明顯，根據(jù)企業(yè)燒結(jié)機半年監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，燒結(jié)機煙氣中SO2濃度在790～950 mg/L之間（企業(yè)主要使用國內(nèi)礦，如采用國外礦，濃度更低）。

燒結(jié)機煙氣中含有氯化物、HF、SO3等強酸性氣體，以上氣體酸優(yōu)先與SO2發(fā)生反應(yīng)，如采用石膏法脫硫，以上氣體如被漿液吸收后容易腐蝕塔體，同時漿液中可溶解物質(zhì)增多影響漿液對SO2的吸收效率，但半干法脫硫無需考慮該問題，漿液中即使吸收了強酸性氣體，經(jīng)漿液吸收后可直接干化，不會出現(xiàn)結(jié)垢、腐蝕等現(xiàn)象，燒結(jié)機煙氣中含氧量較高，導致較多的CaSO4產(chǎn)生，采用濕法脫硫可能會影響管道的順暢流動，但干法脫硫中，生成較多的CaSO4對設(shè)施運行基本無影響，僅僅在灰渣中CaSO4成分相對其他濕法脫硫工藝比例要大。故綜上所述，旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫工藝能夠適應(yīng)燒結(jié)機煙氣的要求。

4 脫硫系統(tǒng)運行效果分析

該工程2013年5月份通過在線驗收，脫硫工程處理效果見表1：

表1 脫硫工程處理效果

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，脫硫工程外排煙氣中SO2濃度能夠滿足GB 28662-2012《鋼鐵球團、燒結(jié)工業(yè)大氣污染物排放標準》中新建企業(yè)標準SO2≤200 mg/m3的要求達標排放。運行期間，工程脫硫效率穩(wěn)定在85.8%～91%之間，符合設(shè)計≥85%的要求，脫硫系統(tǒng)運行期間創(chuàng)造了良好的環(huán)境效益。

根據(jù)脫硫工程試運行6個月的綜合數(shù)據(jù)分析該脫硫系統(tǒng)運行費用如表2所示：

表2 脫硫成本分析

由上表可見，公司脫硫系統(tǒng)運行成本約為5.27元/t燒結(jié)礦，相對于國內(nèi)普遍采用的石灰石石膏法脫硫可降低30%的成本，在脫硫費用構(gòu)成中，運行電費占總費用的86.1%，主要由于半干法脫硫的特點，需要配套建設(shè)除塵器系統(tǒng)、漿液系統(tǒng)，其耗電量較大。鋼鐵企業(yè)多數(shù)配套建設(shè)有自備石灰廠、電廠等，相應(yīng)可有效降低生產(chǎn)運行成本。

5 小結(jié)與探討

（1）旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫工程建設(shè)及運行費用相對石膏法、氨法較低，為保證系統(tǒng)的有效運行，主塔及管道應(yīng)做保溫處理，袋式除塵器濾袋材質(zhì)應(yīng)耐酸堿、抗氧化，通過調(diào)整合適的鈣硫比、溫度等控制參數(shù)，可保證工藝脫硫效率穩(wěn)定在85%～91%之間，該效率可以保證燒結(jié)機煙氣穩(wěn)定達標排放，同時運行費用控制在較為經(jīng)濟的范圍內(nèi)。

（2）半干法脫硫灰渣綜合利用較困難，石灰石法脫硫產(chǎn)物石膏、氨法脫硫產(chǎn)物硫氨均可作為副產(chǎn)品出售，具有一定的附加值。但半干法脫硫產(chǎn)物目前主要做填埋處理，其脫硫產(chǎn)物處置困難是制約該法推廣的重要因素，隨著目前鋼企多元化經(jīng)營、地區(qū)循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展，很多鋼企配套建設(shè)有礦渣微粉生產(chǎn)線回收鋼渣，該脫硫產(chǎn)物可用于微粉配料使用，從而使廢渣得到綜合利用，并取得較好的經(jīng)濟效益。

旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法脫硫工藝投資低，操作工藝簡單，雖然仍采用石灰漿作為吸收劑，但干法工藝不易發(fā)生堵塞，故障率低，維護簡單，適宜處理煙氣量大、濃度較低的廢氣，旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法用于燒結(jié)煙氣治理，能夠在較低的投入下取得較高的脫硫效率，且具有占地面積較小、適應(yīng)性強的特點，適宜在我國鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機煙氣綜合整治中推廣。

[1]谷吉林.旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法（SDA）脫硫工藝系統(tǒng)應(yīng)用及問題思考[C]//第四屆全國脫硫工程技術(shù)研討會論文集，2006（09）：49.

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[3]谷吉林.旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法（SDA）脫硫工藝系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2007（6）：38-39.

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