半干法烟气脱硫在沙钢烧结的应用

施毓东 汤仲纯 卓坚

（江苏沙钢集团有限公司）

一 摘要

随着我国工业的快速发展，建设资源节约型和环境友好型企业，成为当前工业发展中必须去探索的十分重要的课题。而针对钢铁企业来说，努力推进钢铁行业SO2 综合治理，实施排放总量控制是当前国家工业发展过程中必须要解决的问题。烧结机烟气由于烟气量、温度、SO2浓度波动大，烟气中重金属和有毒有害物质复杂等特点，决定了烧结机烟气脱硫工艺选择的重要性。08年以来，我公司响应国家政策号召，全面启动烧结烟气脱硫项目，经过长期跟踪调研，试图寻求适合沙钢烧结烟气的脱硫工艺，最后决定采用旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺，达到系统简捷、运行简单、投资省、运行成本低、副产物不形成二次污染的目

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的。投入烟气脱硫系统后，烧结排放烟气SO2排放浓度＜100 mg/m，烟粉尘排放浓度＜30

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mg/m。目前3#、4#烧结烟气脱硫系统已正常投运，5#烧结烟气脱硫项目目前正在招标，计划2013年建设投入运行，6#、7#、8#烧结机烟气脱硫项目进入扫尾阶段，目前已开始单机调试，预计8月份全面投运。本文以4#烧结机烟气脱硫系统为例介绍半干法烟气脱硫在烧结机的应用。

关键词：SO2，烧结机烟气，排放浓度，半干法烟气脱硫

二 引言

铁矿粉烧结生产过程中，原燃料中的硫在偏氧化性气氛环境中以气态氧化物形式释放

到烧结烟气中排入大气，是钢铁行业SO2的主要排放源，约占钢铁生产过程中总排放量的

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75%。沙钢集团拥有400 m、360 m及180 m烧结机多台，烧结原料绝大部分采用进口铁矿石，相对含硫率不高，烧结烟气SO2的浓度只相当于燃煤硫分0.5%左右的锅炉烟气。由于钢铁生产中的SO2主要来自烧结生产过程，其SO2产生量占总排放量60%以上。受原料资源和工艺技术等因素的限制，目前，铁矿石烧结生产过程中SO2的减排最为现实和相对经济的方式还是进行烧结烟气脱硫。沙钢在前期对脱硫工艺调研的过程中对已投运的烧结脱硫设施进行了取证与分析，最终选择了最适合沙钢烧结的烟气脱硫方式---SDA半干法烟气脱硫。半干法烟气脱硫具有脱硫产物为干粉状、耗水量少、工艺简单、温降小、费用低等优点。

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三 SDA脱硫工艺介绍

旋转喷雾干燥法脱硫是利用喷雾干燥的原理，在吸收剂喷入吸收塔之后，一方面吸收剂与烟气中的二氧化硫发生化学反应生成固体灰渣；另一方面烟气又将热量传递给吸收剂使之不断干燥，所以完成脱硫反应后的废渣将以干态形式排出。在国外为了把它与炉内喷钙脱硫相区别，把这种方式称作半干法脱硫。这种脱硫方式一般用石灰粉作为吸收剂，由两个主要工艺系统构成。其一为石灰浆制备系统，用搅拌器消化方式将生石灰制成粒度为50um、具有较高活性的熟石灰浆；其二为脱硫系统，石灰浆经配制后送入脱硫吸收塔，在吸收塔内被石灰浆离心式雾化器雾化成亿万个30-80微米的雾粒，然后与烟气接触混合，完成烟气脱硫的化学反应。脱硫塔及喷雾器结构如图1、图2所示。

图1 脱硫塔结构图

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喷雾器由8个喷嘴组成

1.立式电机 2.雾化轮 3.雾化喷嘴

图2 雾化器结构图

4#烧结烟气脱硫系统使用的是图3所示的流程图，该工艺将烧结主抽风机后烟道引出的原烟气经挡板切换由烟道进入SDA 脱硫塔，原烟气与塔内经雾化的脱硫剂在SDA 脱硫塔内充分接触，迅速完成物理、化学反应过程（同时进行蒸发干燥与吸收SO2），达到脱除SO2的目的。脱除SO2并干燥的含粉料烟气出吸收塔进入2 台布袋除尘器进行气固分离，实现脱硫灰收集及烟气出口粉尘浓度达标排放。在布袋除尘器入口烟道上预设置活性炭装置提高脱除二恶英、Hg 等有害物的效率。经布袋除尘器处理的净烟气由2 台增压风机增压，克服脱硫系统阻力，净烟气由新增钢制烟囱排入大气。 在脱硫处理过程中沉降在SDA 脱硫塔底部的灰渣和由布袋除尘器收集的脱硫灰一起经斗式提升机至脱硫灰仓。脱硫灰循环使用，定期外排进行综合利用。脱硫灰仓下部设两路出灰，一路外排，一路供循环利用，同时考虑设紧急排灰口。外排灰采用吸引压送罐车外运，脱硫灰仓下部设吸引压送罐车接口。循环脱硫灰经计量提升送至循环灰混合罐混合制浆并在循环灰浆液罐贮存，然后送入顶罐供SDA 脱硫塔使用。 生石灰加水反应形成Ca（OH）2并配置成浆液贮存于石灰浆液罐，然后送入顶罐，自流进入雾化装置，由雾化装置喷入SDA 脱硫塔。亿万个小雾滴在塔内与烟气接触后的化学反应非常迅速，SO2被雾滴吸收，经化学反应后生成硫酸钙。硫酸钙进入沙钢废渣处理系统进行终端处理。

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图3 脱硫系统工艺流程图

石灰浆液雾滴与烟气中的酸性物质反应过程为： SO2+ Ca(OH)2→CaSO3﹢H2O 部分SO2完成如下反应： SO2+ 1/2O2+ Ca(OH)2→CaSO4+ H2O

与其他酸性物质（如SO3、HF、HCl）的反应： 2HCl+Ca(OH)2→CaCl2+H2O 2HF+Ca(OH)2→CaF2+H2O SO3+ Ca(OH)2→CaSO4+H2O

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图4 发生的物理化学反应

脱硫灰成份化验结果见附图5，从检验的结果可以看出，半水亚硫酸钙石是脱硫灰的主要成份，约占70%左右。

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图5 脱硫灰XRD物相定性半定量分析结果

四 SDA半干法脱硫过程的控制

该工艺系统主要包括烟气系统、石灰浆液制备系统、循环灰浆液制备系统和脱硫系统等。半干法脱硫效果的影响因素大致可分为3类：运行参数（反应温度、入口SO2浓度、烟气流速、浆液停留时间、Ca/S等）、设计参数以及脱硫剂的性能。其主要控制的参数是石灰浆液浓度、以及脱硫塔出口温度。

4.1半干法烟气脱硫应用中对石灰浆液浓度的控制

在半干法脱硫应用过程中，脱硫剂在控制SO2排放的过程中起着举足轻重的作用，因此，脱硫运行中应根据具体情况选择不同的脱硫剂及制备工艺，从而保证脱硫运行的效果和经济性。目前，脱硫工艺中用到的脱硫剂有钙基脱硫剂、纳基脱硫剂、镁基脱硫剂、氨基脱硫剂等，在沙钢采用本厂石灰车间生产的粉状石灰制成石灰浆作为钙基脱硫剂。 石灰浆液做脱硫剂是通过石灰粉消化实现的，在石灰粉消化过程中一部分与水反应反应生成氢氧化钙，同时放出热量，使得少部分水受热蒸发.在水灰比较小时，由于参与反应的石灰粉量和伴随蒸发的水量较大，生石灰的转化率比较低。沙钢通过取样分析后发现，当水灰比增大到1.5以后，生石灰的转化率无明显变化，消化水温在60℃左右，说明此时能参与反应的石灰粉基本上完成了消化反应，确定了沙钢烧结烟气脱硫水灰比为1.5-1.7，消化水温在60-70℃，同时对脱硫效率和出口二氧化硫浓度进行分析，完全可以保证脱硫效率。

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4.2脱硫塔出口温度的控制

一方面要求有足够低的温度，以满足脱硫化学反应的需要，另一方面又要保证高于露点，以防止除尘布袋的结露和烟道的腐蚀。因此在烟气中二氧化硫浓度、钙硫比不变的情况下，就只能通过循环浆液量的变化来控制脱硫塔出口温度。沙钢烧结烟气脱硫在保证出口SO2达标的前提下，尽可能控制脱硫塔出口温度在70℃～95℃之间。一般根据不同含硫量的烟气，这一温度又有一定的范围，一般用脱硫塔出口温度高于相同状态下的绝热饱和温度△T来表示，△T一般为10～18℃，最高的△T不超过25℃，仅在含量低且脱硫要求不高的装置上，才采用较高的近绝热饱和温度，而对含硫量高且脱硫要求也高的装置上，近绝热饱和温度一般为△T=10～15℃。在设计中考虑烟气在塔内的停留时间一般为8～12s，脱硫塔的高径比（脱硫塔圆柱部分高与其直径的比值）一般为0.7～0.9。

五 SDA半干法脱硫过程应用中需注意的问题

脱硫工艺在应用中的问题主要表现在脱硫系统难以适应烧结生产过程的波动和变化，造成输灰系统堵塞、烟道积灰、脱硫效率降低、净化烟气温度不稳定、运行成本高等问题，一个很重要的改进方向是，如何着手改善烧结生产过程，使之与脱硫系统很好地融合和匹配，沙钢主要开展了以下几个方面工作，以促进烧结烟气脱硫系统的稳定、经济运行。

（1）进行持续的烧结抽风系统漏风率的治理，进一步降低烟气含氧量，保证脱硫效率 的改善和系统运行的安全。

（2）进行提高烧结烟气量和烟气温度稳定性的攻关，使烧结烟气量和烟气温度的波动

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有效降低，烟气量小时波动值控制在100 km 之内，烟气温度的波动控制在20 ℃之内。 （3）进行优化烧结配料研究，进行原料长周期规划，稳定烧结混合料中原始硫负荷，尽可能控制在脱硫系统的设计范围内。

（4）进行生产操作的改良，稳定生产过程参数， 减小脱硫系统外围各个工况的波动。 （5）提高脱硫前烧结烟气含尘量的净化效率， 降低脱硫系统的粉尘处理负荷。 （6）对烧结生产实现低负压低风量烧结，降低脱硫系统烟气处理量，降低脱硫系统运行成本。

（7）开发对烟气脱硫与烧结生产联动的控制系统。

六 烧结烟气脱硫的运行的经济成本

4#烧结机采用旋转喷雾脱硫技术实施烧结机烟气脱硫后，净出口烟气排放 SO2<100mg/m,

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烟尘浓度<30 mg/m,脱硫效率保持在90%以上，每年可减排二氧化硫14000吨，表1是沙钢4#烧结脱硫2013年脱硫运行的成本统计表，运行成本约每吨矿3元，系统腐蚀性小，排放烟气对周边环境没有影响，脱硫副产物脱硫灰能够有效利用。因此，半干法旋转喷雾烟气脱硫技术不仅符合沙钢循环经济及可持续发展战略，具有相当的成本优势,同时也改善了沙钢附近地区的大气环境。节能减排、建设环境友好型企业是关系到国计民生的大事，是我国环保发展的方向，随着技术的进步，半干法烟气脱硫系统将逐步完善，成本将会逐步降低。

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