燒結煙氣半干法處理技術淺析

陳繼輝

(中冶賽迪國家鋼鐵冶煉裝備系統集成工程技術研究中心動力研究室，重慶 401122)

0 引言

鋼鐵工業是我國的支柱產業之一，隨著國家經濟建設水平的提高和環保意識的加強，鋼鐵企業的節能減排已經成為社會關注的熱點，發展“綠色鋼鐵”技術，是鋼鐵企業提高競爭力水平和持續發展的必要條件。

鋼鐵企業生成過程中產生SO2是環境空氣污染的重要來源之一，其排放量僅次于煤炭發電行業居第2位［1］。在鋼鐵企業內，燒結球團工序的SO2排放量又占鋼鐵企業SO2總排放量的70%以上，個別企業甚至達到90%左右。隨著我國經濟發展和環保要求的提高，開展燒結煙氣脫硫治理對于鋼鐵企業SO2減排、改善大氣質量和區域性酸雨控制具有積極意義。工信部組織制定的《鋼鐵行業燒結煙氣脫硫實施方案》中指出，要在2009年5月底已形成燒結煙氣脫硫能力8.2萬t的基礎上，2011年底前鋼鐵行業新增燒結煙氣脫硫能力20萬t。所以鋼鐵企業必須加大對燒結煙氣的治理力度。

1 燒結煙氣特性及其對脫硫系統設計的影響

燒結煙氣是燒結混合料點火后隨臺車運行，在高溫燒結過程中產生的含塵廢氣。該煙氣主要具有以下特點:

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

燒結煙氣這種特性，在系統設計時要予以充分考慮。設備選型、系統參數選擇、管道系統設計與布置等均應考慮燒結生產的最大排煙量。同時，還應注意低負荷下系統的適應性，而且對不同的脫硫技術來說，相關的影響和對策也是不同的。因此，燒結煙氣量大幅寬的特性不僅帶來了投資和運行成本的增加，還給系統設計帶來了巨大挑戰。

(2)溫度高，變化范圍較寬，一般在130～180℃左右。

高溫環境(高溫燒結工藝)不僅對系統安全提出了更高要求，而且還給系統設計、設備選型、管道布置等增加了新的難度。而且，由于燒結生產的固有特性，燒結煙氣甚至可能超過200℃，這對于很多脫硫系統來說，都已經超過了其設計溫度。因此，脫硫系統具有承受短時高溫的能力也是設計和選型中需要考慮的。除此之外，燒結煙氣在較大溫度范圍內變化時，系統和設備的適應性以及中控人員對應操作的變化能力也顯得尤為突出。當然，這些都需要在最初的系統設計、設備選型中予以充分考慮，同時，在崗前培訓和調試過程中也要不斷培養和鍛煉崗位人員這方面的實際操作能力。

(3)成分復雜、SO2濃度變化范圍大。

與燃煤電廠煙氣相比，燒結煙氣成分更復雜、SO2濃度變化范圍更大。燒結煙氣所含粉塵顆粒更細，重金屬含量更多。SO2濃度一般在400～4000 mg/Nm3之間，有些企業甚至達到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，還應針對企業燒結煙氣的具體特性有針對性的設計必要的污染物處理設施。

需要特別說明的是，在鋼鐵冶煉過程中約有48%的NOx來自鐵礦燒結工藝，可見燒結廠已是NOx的最大產生源。同時，燒結過程也是鋼鐵行業產生二惡英/呋喃的重要來源。據統計，燒結煙氣中所含的NOx和二惡英/呋喃含量可分別高達72～500 mg/Nm3、1.5 ～10ng－ TEQ/Nm3。鋼鐵工業污染物排放標準(DB37/990－2008)中規定，燒結過程中NOx和二惡英的排放標準分別為200 mg/Nm3和0.5ng－TEQ/Nm3。雖然目前國內鋼鐵企業在對燒結煙氣進行治理的過程中基本上仍未對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煙氣脫硫外)，但是隨著環保態度的加強，可以預計，鋼鐵企業燒結煙氣的脫硝、脫除二惡英問題必將逐漸展開。

2 燒結煙氣處理技術發展趨勢分析

對燒結煙氣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已對SO2實行排放濃度和總量的雙重控制，因此，必須對燒結煙氣進行脫硫處理才能達到環保要求。

煙氣脫硫技術可分為濕法、干法和半干法。根據國內外的發展經驗，并結合我國國情，以干代濕是我國燒結煙氣脫硫技術發展的客觀趨勢。

以石灰石－石膏為代表的傳統濕法技術，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10余套燒結煙氣脫硫裝置，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，德國蒂森鋼鐵公司在一臺400萬噸/年的燒結機上配套建設石灰石－石膏濕法煙氣脫硫設施(日本三菱引進)，后因維護量大、運行成本高，也于1993年停運。1998年，杜依斯堡鋼廠108m2燒結機采用SDA半干法脫硫技術;2006年，PW公司將循環流化床工藝應用于Dillingen燒結煙氣處理。我國第一套工業化應用的燒結煙氣脫硫項目是2005年12月包鋼建成投產的ENS裝置。到目前為止，建成和在建的燒結煙氣脫硫裝置中(半)干法和濕法約各占一半，在建成項目中(半)干略少于濕法，但在建項目中(半)干法多于濕法。尤其是2008年寶鋼在建設第四套燒結機煙氣脫硫裝置時，放棄其自主開發的氣噴旋沖XPB濕法技術，轉用干法技術。因此，我國燒結煙氣脫硫技術也正在出現由濕法向(半)干法的轉變［1－4］。

此外，通過筆者對各種燒結煙氣脫硫技術的對比分析發現:a.濕法脫硫技術占地相對較大，由于已建燒結機的原有規劃中大部分未預留脫硫場地，因此該技術不太適合已有燒結機的煙氣脫硫改造。同時，由于濕法的建設成本和維護成本均相對較高，耗水量大(比干法大20%以上)，因此對降低脫硫系統運行成本和噸鋼耗水量是不利的。再加上濕法有廢水排放，必須配套設置廢水處理設施，這無疑又增加了企業的場地、投資和運行成本;b.除投資和運行成本外，活性炭是一種較理想的燒結煙氣脫硫技術。但高昂的投資和運行成本，又使其不太適合我國大部分鋼鐵企業燒結煙氣脫硫項目的實施現狀。根據日本的發展經驗判斷，該脫硫技術15年內估計不太可能在我國大規模實施;c.(半)干法脫硫技術具有投資低、占地小、系統簡單、運行維護成本較低等優勢，非常適合已有燒結機煙氣脫硫工程的實施，同時具有較強的節能減排潛力，是目前最適合我國國情的燒結煙氣脫硫處理技術。

當然，考慮到目前國內外燒結煙氣治理工程所存在的問題，除了上述脫硫技術工藝本身的發展趨勢外，未來的燒結煙氣脫硫技術還應具有同時除塵、脫硫、脫硝甚至脫除二惡英的功能，副產物能夠有效的處理和利用，更全面的自動化監控水平。

3 燒結煙氣半干法處理技術特點及其發展障礙

3.1 燒結煙氣半干法處理技術的主要特點

現有半干法燒結煙氣脫硫技術主要有循環流化法、旋轉噴霧干燥法、新型一體化煙氣脫硫等。其基本工作原理是煙氣進入脫硫塔和(外增濕或消化)吸收劑進行脫硫反應，脫硫副產物和未反應完全的吸收劑被除塵器收集并經回料裝置返回脫硫塔進行參與反應，或者直接外排。其主要技術特點是脫硫副產物未干態、耗水量少、無廢水排放等。

3.2 燒結煙氣半干法處理技術的發展障礙

通過前面的分析，雖然半干法燒結煙氣脫硫技術具有初投資低、占地小、系統簡單、耗水量少、運行維護成本較低、無廢水排放等顯著優點，但目前仍有一些問題未得到很好的解決，影響了該技術的大規模應用。主要表現在以下兩個方面:

(1)副產物無法有效利用。

由于燒結煙氣成分的復雜性，現有燃煤電廠脫硫副產物的處理和利用方式不能直接復制。另外，我國燒結煙氣脫硫工業化應用的時間不長，各方面積累的經驗不足，對副產物利用開展的研究相對較少。

(2)現有系統無法有效脫硝和脫除二惡英。

和現有大多數煙氣脫硫技術一樣，現有的半干法煙氣處理技術也主要是針對脫硫而開發的，不具有明顯的脫硝和脫除二惡英的能力(除太鋼450 m2燒結機的活性焦燒結煙氣處理裝置外)。為了應對未來更加嚴格的環保限制，有必要對現有半干法煙氣處理技術進行改進，使其在滿足脫硫效果的同時，還能夠有效脫硝和脫除二惡英。目前已有一些方案，如根據燒結機長度方向上的煙氣特性進行選擇性脫硫、脫銷和脫除二惡英，或者在煙道適當位置增設脫硝和脫除二惡英裝置等。

4 煙氣脫硫系統對燒結生產和操作的建議

根據采取的脫硫技術不同，燒結煙氣脫硫系統每年要產生少則上千萬、多則幾千萬的運行費用，這對鋼鐵企業來說，也是一筆不小的負擔。

我們知道，燒結生產的具體操作將或多或少會影響到與其配套脫硫系統的運行。筆者認為，除了從脫硫工藝選擇、系統設計、設備選型、操作維護等方面盡量優化外，在不影響燒結生產工藝的前提下，燒結生產和操作方面可以做一些調整，盡量使燒結和脫硫兩個系統緊密配合，以促進燒結煙氣脫硫系統的穩定和經濟運行。

(1)燒結生產工藝的優化。包括控制燒結原料特性穩定、控制燒結排煙溫度和排煙量保持穩定等。這將有利于脫硫系統的長期穩定運行，可以顯著降低脫硫設備故障率、延長設備使用壽命、降低系統運行維護成本。

(2)降低燒結抽風系統的漏風率。這對降低脫硫系統的運行負荷、節約系統電耗、延長設備使用壽命、降低運行維護成本都具有顯著意義。

(3)提高燒結操作水平，降低誤操作率。通過操作水平的提升，穩定燒結生產過程參數，減小因外圍參數巨大變化對脫硫系統的影響，降低脫硫系統事故率，維持脫硫系統安全穩定運行。

5 結語

(1)燒結煙氣具體與燃煤電廠煙氣顯著不同的特性，在進行脫硫系統設計時應重視其對脫硫系統設計的影響。

(2)以干代濕是我國燒結煙氣脫硫技術發展的客觀趨勢，(半)干法脫硫技術是目前最適合我國國情的燒結煙氣脫硫處理技術。

(3)燒結煙氣半干法處理技術的發展障礙主要包括副產物無法有效利用和現有系統無法有效脫硝和脫除二惡英。

(4)在不影響燒結生產工藝的前提下，燒結生產可以在工藝優化、降低抽風系統漏風率、提高燒結操作水平、降低誤操作率等方面進行改進，以使燒結和脫硫兩個系統緊密配合，促進燒結煙氣脫硫系統的穩定和經濟運行。

［1］王維興.燒結煙氣脫硫技術現狀和發展趨勢［C］.河北省鋼鐵工業燒結工序減排論壇，重慶:中國，2011.

［2］袁莉莉.半干法煙氣脫硫技術研究進展［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.燒結煙氣半干法選擇性脫硫新技術應用［J］.環境工程，2008，26(2):7－9.