小蘇打干法煙氣脫硫系統的研究

郝艷強

（天津市新天鋼聯合特鋼有限公司天津 301500）

0 引言

目前國家對大氣環境治理和保護工作不斷加強，減少工業氣體排放中SO2的含量已成為當今大氣環境治理的當務之急，而燃氣鍋爐煙氣脫硫是鋼鐵企業環境治理的重要內容。根據天津市《火電廠大氣污染物排放標準》DB12/810-2018的要求，自2019年7月1日起，現有燃氣鍋爐煙氣要達到SO2≤20 mg/Nm3、顆粒物≤5 mg/Nm3的超低排放標準。

天鋼聯合特鋼現有5臺燃氣鍋爐，為實現燃氣鍋爐煙氣的超低排放，滿足國家環保要求，公司配套實施了燃氣鍋爐煙氣脫硫工程。本文介紹了天鋼聯合特鋼燃氣鍋爐脫硫項目的工藝流程、技術特點和實施效果，對脫硫系統調試、運行過程中存在的問題進行了分析總結，為今后鍋爐煙氣脫硫工程的完善提出了改進方向。

1 小蘇打干法脫硫技術原理及設計指標

通過對國內各鋼鐵企業燃氣鍋爐煙氣脫硫工藝運行情況的分析、研究、比較，天鋼聯合特鋼燃氣鍋爐脫硫工藝確定選用先進、成熟的SDS小蘇打干法脫硫技術，實現對燃氣鍋爐煙氣SO2含量的控制和消除，實現鍋爐煙氣的超低排放標準。

1.1 小蘇打干法脫硫工藝簡介

小蘇打干法脫硫噴射技術是將粒徑20～25 um的高效脫硫劑（主要成分為NaHCO3）均勻噴射在煙氣管道內,脫硫劑在煙氣管內被熱的煙氣激活，其表面積增大后與煙氣中的酸性物質充分接觸并進行化學反應，煙氣中的酸性物質被吸收凈化[1]。然后被吸收酸性物質的凈化煙氣進入布袋除塵系統，對煙氣中的脫硫產物殘留進一步凈化，最后凈煙氣由增壓引風機抽至煙囪排放。在增壓風機出口處安裝CEMS煙氣監測系統用于檢測脫硫效果，CEMS檢測系統可以對煙塵中的SO2、NOx和顆粒物濃度進行連續在線監測。

1.2 小蘇打干法脫硫的化學反應

（1）主要化學反應：

（2）與其他酸性物質（如SO3等）的反應：

1.3 燃氣鍋爐煙氣脫硫系統設計參數及指標

燃氣鍋爐煙氣脫硫除塵系統設計參數如表1所示，燃氣鍋爐煙氣脫硫除塵設計指標如表2所示。

表1 燃氣鍋爐煙氣脫硫除塵系統設計參數

表2 燃氣鍋爐煙氣脫硫除塵設計指標

2 SDS脫硫系統的組成

SDS脫硫系統根據功能可以分為三部分：小蘇打制備站（即磨機系統）、除塵系統、煙氣輸送系統。SDS脫硫系統的總流程圖如圖1所示。

圖1 SDS脫硫系統的總流程圖

2.1 制備站系統

制備站系統是將以純度≥98%，最大含水量≤0.5%，粒徑小于500μm的碳酸氫鈉原料經給料裝置送入磨機進行研磨，研磨后粒徑為20～25μm的碳酸氫鈉粉經給料風機連續吹入煙氣管道。制備站是整個脫硫系統的原料制備系統，工序復雜，控制繁瑣。

為將該系統的控制做的更加完善，經反復的實驗，實現了該系統的計算機自動控制。系統在運行過程中，操作人員可以直接監測設備啟動、停止時間和運行狀態，當某一個設備出現故障時自動控制系統將自動停止設備運行，待故障清除后再次啟動系統。制備站計算機操作界面如圖2所示。

圖2 制備站計算機操作界面

2.2 除塵系統

除塵系統主要由四部分組成：機體、濾袋組裝、清灰系統、電控系統。除塵器機體分為若干個倉室，倉室之間是相互隔離的，每個倉室安裝有進口手動閥門和出口提升閥。倉室內裝有濾袋用于收集煙塵，通過倉室進出口閥門可以將倉室從除塵系統中隔離，實現濾袋在線檢修更換。

倉室入口手閥打開，含塵氣體在除塵風機的吸力進入下灰斗，自重較大的粉塵顆粒落入灰斗，細小粉塵隨氣流進入中箱體，經濾袋凈化處理后的煙氣由除塵風機送入煙囪排放。當濾袋上的粉塵積壓超過設定的除塵阻力時，電控系統發出信號啟動電磁脈沖閥，高壓氣體反吹振打濾袋，促使濾袋上的積塵落入灰斗，灰斗中的積塵經卸料器進入灰倉儲存。操作人員可以根據實際運行狀況更改除塵反吹振打參數，在箱體反吹振打運行時，為保護煤氣發電系統不受影響，要時刻監視反吹氣源壓力，當氣源壓力下降時，按下暫停按鈕，停止反吹操作。除塵器參數設定畫面如圖3所示。

圖3 除塵器參數設定畫面

2.3 煙氣輸送系統

煙氣輸送系統是整個脫硫系統的核心部分，主要設備為增壓風機，它將通過除塵系統凈化的煙氣抽出，通過煙氣管道送至煙囪排至大氣中。籌建過程中根據負荷大小選擇增壓風機的類型：20T鍋爐以新的低壓增壓引風機取代了原引風機，其余幾套脫硫系統分別在原引風機后增加了高壓增壓引風機，投入使用后效果良好。

3 提高SDS脫硫功效的保障措施

為了更好的發揮SDS脫硫系統的功能，達到脫硫設計指標，實現燃氣鍋爐煙氣超低排放的目標，需著重從兩方面進一步完善。

3.1 搭建通訊網絡

鑒于該工程為原鍋爐發電的后期配套工程，設備安裝場地有限，控制流程較多，又是在鍋爐發電生產過程中建設，如何建立一套既能達到環保要求又能高效運轉，且不影響原發電系統的正常運行的煙氣脫硫自控系統是本項目研究的重點。由于該項目為發電項目的后續工程，要充分考慮與原發電系統的網絡通訊。為方便系統配置及后期維護，選擇了與發電系統相同的DCS系統作為煙氣脫硫系統的控制平臺，通過TCP/IP協議與原發電系統進行數據交換，建立了高效的冗余網絡通訊。網絡通訊圖如圖4所示。

圖4 網絡通訊圖

該網絡實現了原鍋爐發電系統與新建的脫硫系統數據的實時共享，使用雙網絡通訊將新建的脫硫系統與原鍋爐發電系統組成在同一網絡構架中，使脫硫與發電之兩個系統之間的聯絡更加便捷，相互之間的聯鎖得到保障。

3.2 脫硫自動化控制的實現

在四套發電燃氣鍋爐脫硫項目中，在投料控制上使用了原始的PID控制，即通過測量出口SO2濃度控制卸料閥電機頻率的大小，進而控制小蘇打投入量的快慢；對于20T/h的燃氣鍋爐，由于在實際運行過程中煙氣量小，PID調控困難、控制滯后，給料卸料閥電機以正常頻率運行時SO2含量會迅速降至0，當卸料閥電機停止時SO2含量會迅速升高，這種狀況在環保數據顯示上就出現了極大的誤差，而且出現卸料閥電機頻繁啟停現象，雖然電機功率小，但是頻繁啟停也會對整個磨機系統造成很大的影響，基于這種狀況我們拋開了傳統的PID控制，使用了根據SO2含量不同分頻率控制卸料器的控制模型，該方案實施后，20 T/h的鍋爐脫硫系統卸料器的啟停次數明顯下降，SO2含量一直在控制范圍內。具體控制方案如表3所示。

表3 不同SO2含量卸料器頻率控制方案

4 結語

隨著SDS小蘇打干法脫硫的投運，天鋼聯合特鋼5臺燃氣鍋爐煙氣排放達到SO2≤20 mg/Nm3、顆粒物≤5 mg/Nm3的超低排放標準。而完善的網絡對接，使發電和脫硫的數據銜接達到無延時傳輸，在連鎖控制上做到了事半功倍的效果。但在系統調試和運行過程中也出現了一些問題。

（1）由于自動投料控制尚不成熟，使煙氣出口SO2的含量值波動大，為實現超低排放，人工干預現象時有發生。

（2）在20T/h鍋爐脫硫系統卸料器使用的分頻率模型控制，由于SO2分頻段數值還在進一步實驗中，離預期的效果還有一定的差距，需要后期不斷的對歷史數據進行積累和比對，力求達到更佳的效果。

上述問題需要在以后的生產中不斷研究、探索和改進，確保脫硫凈化系統長期、安全、穩定運行，將脫硫效果達到最佳。