淺談小蘇打干法脫硫技術在軋鋼加熱爐的應用

李 麗

（天津市新天鋼聯合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

隨著國家對鋼鐵企業污染物超低排放工作力度的不斷加大，尤其自2019 年，隨著國家生態環境部等五部委聯合下發的超低排放意見后，超低排放治理已成為鋼鐵企業工作的重中之重。天津新天鋼聯合特鋼有限公司（以下簡稱聯合特鋼公司）注重社會責任，率先啟動全生產工序煙氣超低排放治理改造工作，軋鋼加熱爐煙氣脫硫改造就是超低排放治理的重要內容之一。

聯合特鋼公司650 熱軋帶鋼生產線配置了130 t/h 蓄熱式連續推鋼加熱爐，燃高、轉爐混合煤氣，廢氣經收集后由車間外2 根30 m 排氣筒排放。現加熱爐煙氣二氧化硫均值在80 mg/Nm3左右，無法穩定達到國家超低排放標準。根據國家超低排放要求，軋鋼加熱爐煙氣需要達到顆粒物≤10 mg/Nm3、SO2≤50 mg/Nm3、NOx≤200 mg/Nm3的超低排放標準。因此，該加熱爐煙氣需配套二氧化硫治理設施，從而滿足國家和天津市地方政府環保超低排放要求。本文對加熱爐煙氣治理方案的選擇進行了探討，對小蘇打干法脫硫除塵系統+CO 系統減排+換熱器煙氣加熱系統的加熱爐煙氣治理方案進行了介紹，并對該方案工藝原理、改造內容、改造效果進行了論述。

1 加熱爐煙氣治理方案的選擇

1.1 加熱爐排放煙氣現狀分析

由于聯合特鋼公司650 熱軋生產線加熱爐煙氣氮氧化物濃度不高，完全能滿足超低要求，所以，只需對煙氣二氧化硫進行治理。而加熱爐二氧化硫排放濃度不是很高，因此，選擇何種脫硫技術相當關鍵，而且必須保證脫硫設施投運后不影響加熱爐設備的安全穩定運行。

1.2 煙氣治理方案的分析與選擇

（1）聯合特鋼公司經過與專業廠家多次的交流探討和外出考察，經過篩選，小蘇打干法脫硫技術在其他焦爐生產上多有應用，在聯合特鋼公司高爐熱風爐已成功應用，而且該技術具有占地面積小，投資省，建設速度快，操作簡便，脫硫灰可綜合利用，沒有廢水產生，沒有煙羽，運行成本低，可隨意調節負荷等優點，完全可引用到軋鋼加熱爐煙氣脫硫上。

（2）為減少、消除換向閥后的煤氣及煙氣換向共用煤煙管道盲區內的CO 排放，確保系統安全穩定運行，煤煙管有必要增設CO 減排裝置。其主要優點有：節能上，減少、消除煤氣排放，節省煤氣消耗，提高加熱爐工作效率；環保上，利用煤氣反吹技術后，減少CO 排放，降低環境污染；安全上，杜絕管道系統爆燃、爆鳴現象的發生，提高了加熱爐的安全性；經濟上，每分鐘大約節約20 立方米煤氣。

（3）由于軋鋼加熱爐排煙溫度偶爾有低于100 ℃的情況，無法保證一直達到小蘇打脫硫最佳溫度，需加裝換熱器對煤煙排煙氣進行補熱，保證脫硫效率。

綜上所述，最終確定的技術方案為小蘇打干法脫硫除塵一體化系統+CO 減排系統+換熱器煙氣加熱系統。

2 加熱爐治理改造方案及實施

2.1 加熱爐煙氣排放設施現狀

從空氣蓄熱室排出的煙氣經空氣-煙氣兩位三通換向閥、各段支管及支管電動調節閥，最后經空氣側引風機排入空氣-煙氣側鋼煙囪（30 m 高）。從煤氣蓄熱室排出的煙氣經煤氣-煙氣兩位三通換向閥、各段支管及支管電動調節閥，最后經煤氣側引風機排入煤氣-煙氣側鋼煙囪（30 m 高）。每個燃燒控制段（共有三段，即均熱段、加熱二段、加熱一段）的空氣側排煙和煤氣側排煙均設有控制爐壓的電動調節閥。空氣側排煙和煤氣側排煙分開進行，即各自有一套獨立的排煙管道和煙囪。現有加熱爐煙氣參數如表1 所示。

表1 現有加熱爐煙氣參數

2.2 加熱爐煙氣脫硫除塵改造方案

加熱爐煙氣脫硫除塵工藝路線為：加熱爐煙氣→小蘇打干法脫硫→布袋除塵器→增壓風機→煙囪。

2.2.1 小蘇打干法脫硫除塵設施（SDS）

軋鋼加熱爐煤煙和空煙排煙系統各自配有獨立的脫硫除塵系統。小蘇打干法脫硫除塵裝置主要包括：吸收劑制備系統、煙道及反應器系統、布袋除塵系統、脫硫灰處理系統及儀表電控用氣系統等。小蘇打干法脫硫除塵工藝流程如圖1 所示。

圖1 工藝流程示意圖

從加熱爐原有引風機前引出煙氣進入脫硫反應器，在反應器內噴入NaHCO3（小蘇打）超細粉，NaHCO3超細粉在高溫煙氣的作用下分解出高活性Na2CO3和CO2，活性強的Na2CO3與煙氣中的SO2及其他酸性介質充分接觸發生化學反應，煙氣中的SO2被吸收凈化。

脫硫后粉狀顆粒灰隨煙氣一同進入布袋除塵器，脫硫生成的固態灰與煙氣中的粉塵一起被高效捕集，附著在布袋上的脫硫劑可進一步對煙氣進行脫硫，脫硫后的煙氣通過煙囪外排，外排煙氣中SO2及顆粒物含量均達到超低排放要求。脫硫除塵副產物鈉鹽收集后進行統一處理。煤-煙側與空-煙側袋式除塵器設計參數如表2 所示。

表2 低壓脈沖袋式除塵器設計參數

2.2.2 加熱爐煙氣脫硫原理

NaHCO3（小蘇打）用作煙氣脫硫的吸附劑，通過化學吸附去除煙氣中的SO2，同時，它還可通過物理吸附去除一些無機和有機微量物質。

（1）將NaHCO3細粉直接噴入高溫煙氣中，在高溫下碳酸氫鈉分解生成Na2CO3、H2O 和CO2。具體反應式如下：

（2）新產生的Na2CO3在生成瞬間有高度的反應活性，可自發地與煙氣中的硫氧化物進行反應，生產固態脫硫產Na2SO4和CO2氣體。具體反應式如下：

2.2.3 加熱爐煙氣脫硫除塵排放設計指標

表4 為加熱爐煙氣脫硫除塵排放設計指標。

表4 加熱爐煙氣排放設計指標

2.3 加熱爐煙氣系統改造實施內容

（1）軋鋼加熱爐排煙分煤煙和空煙，各自配有獨立的脫硫除塵系統。從原有空煙、煤煙引風機前的煙道分別將煙氣引出，進入到各自獨立的脫硫除塵系統。脫硫除塵裝置出口分別增設空煙、煤煙鋼制煙囪各一根。

（2）煤煙管增設CO 減排系統。主要改造方式為在換向閥換向（即換向閥的煤氣閥板切斷）后，采用一種中介氣體將換向閥和燒嘴之間的公共管道內的煤氣吹到爐內進行燃燒，這樣再換向時，公共管道內存在的就是這種中介氣體。然后換向閥的煤煙閥板打開，進行正常的排煙工作，這樣就不會有煤氣被吸入到煙氣管道，避免了煤氣浪費以及排放污染。本方案選擇煤煙煙氣作為吹掃氣體。

（3）采用燃燒爐加換熱器形式對煤煙排煙進行補熱，燃燒爐后的補熱煙氣排入空煙側。補熱燃料采用高爐煤氣（天然氣伴燒），確保將加熱爐煙氣溫度提高30 ℃以上。煙進補熱系統主要包括：高爐煤氣燃燒器、點火裝置、爐前燃料系統、火焰檢測器及助燃風系統等。如加熱爐煙氣溫度滿足小蘇打脫硫溫度要求，可不用進行補熱，減少能源使用。

3 改造效果

3.1 加熱爐煙氣系統脫硫改造效果顯著

從聯合特鋼公司650 帶鋼生產線加熱爐煙氣脫硫除塵系統改造后運行情況看，小蘇打干法脫硫技術完全能夠滿足加熱爐總體技術要求以及項目設計指標，設備運行穩定、安全、可靠，運行至今未出現因為脫硫除塵系統故障造成加熱爐停機情況。具體優點總結如下：

（1）系統簡單、操作維護方便，運行阻力小、運行費用低，脫硫運行成本在2 元/噸材左右；對煙氣工況適應性強，脫硫效率高，脫硫效率在90%以上。

（2）對脫硫劑的品質要求不高，市場供應充足；脫硫劑直接使用小蘇打干粉，不存在腐蝕的問題，運行至今未出現除塵器糊袋和輸灰系統堵塞現象。

（3）系統自動化程度高。脫硫劑采用了自動給料系統，噴射量可根據煙氣二氧化硫含量自動調節，減小工人勞動強度的同時避免了脫硫劑的浪費。

（4）SDS 系統脫硫劑及脫硫副產物均為干態，脫硫系統運行不需要用水，也不產生廢水；脫硫后煙氣溫度較高，遠大于煙氣露點溫度，無需脫白，感官效果好，整套脫硫系統不需做防腐處理。

（5）副產物脫硫灰可循環利用，即將脫硫灰少量摻入脫硫劑中重復使用，從而減少了脫硫劑采購費用；

（6）充分利用現有空余場地，兩套脫硫除塵系統做到了投資省、占地少、建設快；

3.2 二氧化硫減排成效顯著

表5 為改造后脫硫除塵設備運行數據。從表5在線監測數據可以看出，改造后加熱爐煙氣二氧化硫排放濃度很低，且數據相對穩定，排放數值遠低于國家超低排放要求，完全滿足設計指標要求。經初步核算年可減少二氧化硫排放量74.69 噸，具有很好的環境效益和社會效益。

表5 改造后脫硫除塵設備運行數據

5 結論

650 生產線加熱爐煙氣系統脫硫改造實踐表明，采用SDS 干法煙氣脫硫工藝，對軋鋼加熱爐煙氣中的SO2進行治理，無廢水產生，脫硫效率高，投資、運行成本低，運行操作簡便、穩定。在目前環保要求日趨嚴格的大環境下，結合本脫硫工程實際運行情況，從技術的成熟性、穩定性、可靠性以及滿足環保高要求方面考慮，SDS 脫硫工藝是軋鋼加熱爐煙氣系統脫硫改造的優選工藝。

聯合特鋼公司650 生產線130 t/h 加熱爐煙氣脫硫除塵系統的成功使用，開拓了加熱爐煙氣脫硫的新局面，它是全國第一例引用SDS 脫硫工藝的軋鋼加熱爐煙氣脫硫工程，為鋼鐵行業軋鋼加熱爐煙氣脫硫的順利開展奠定了基礎、提供了借鑒。