莱钢4#烧结机烟气脱硫中粉尘的影响与对策

卢永岭，杨 潇，郄建伟，田国福，黄永辉

（山钢股份莱芜分公司 炼铁厂，山东 莱芜 271104）

1 前 言

烧结烟气是烧结混合料在高温烧结成型过程中产生的含尘烟气，具有成分复杂、含尘量大、水分高、温度及SO2浓度波动大等特点。烧结烟气粉尘的主要成分为铁、钙、镁、钾、钠的化合物［1］，此类物质进入到脱硫系统中，被吸收剂吸收，将会生成不溶或可溶性的硫酸盐，影响吸收剂的质量和效率；粉尘中的氯离子对316L设备及管道有强烈腐蚀性；粉尘中的阳离子（如K+、Na+等）进入到胺液中，达到一定程度时，将会结晶析出，堵塞管道和设备；不溶于水的粉尘进入系统中也会对设备管道产生堵塞，影响脱硫系统正常运行。

莱钢4#烧结机烟气脱硫采用有机胺液选择性吸收烧结烟气中的SO2，并在高温下解吸出SO2制取高纯度浓硫酸，实现吸收剂重复利用，具有脱硫效率高、副产物可回收利用、不产生二次污染等优点。烧结烟气中的粉尘严重影响脱硫系统，为此，采用了一系列优化措施。

2 脱硫工艺简介

脱硫工艺（工艺流程见图1）可分烟气除尘、预喷淋、吸收/解吸、胺液净化、制酸、循环冷却水和废水处理等7个子系统。烧结烟气经机头电除尘与增压风机增压后进入喷淋系统，完成对烟气的降温除尘等预处理后进入吸收塔，胺液对烟气中的SO2进行选择吸收，吸收SO2的胺液变为富胺，经过滤后进入解吸塔解吸出SO2，胺液成为贫胺，再泵入吸收塔重复利用。解吸出的SO2输送至制酸系统，生产98%的浓硫酸，而制酸尾气经增压后进入脱硫系统，再次对其中的SO2进行处理，提高烟气净化效果。

图1 脱硫工艺流程

3 脱硫前粉尘的处理

3.1 提高机头除尘器效率

本工艺系统采用半气选脱的方法，即根据烧结生产过程中，不同烧结阶段的烟气含有SO2浓度的不同，集中收集SO2浓度高的烟气进行脱硫。此部分烟气具有碱金属含量大、烟气温度高、烟尘粒径小、烟气干燥的特点。

机头脱硫侧的电除尘器电场有效断面面积185.22 m2，为提高机头除尘器的除尘效率［2］，对烟气进行增湿调质处理，降低烟气比电阻，严格控制除尘器的漏风率，采用均流复荷转板电场和声波清灰等方式，大大提高了除尘效率，除尘器出口粉尘浓度降至80 mg/m3。

3.2 提高喷淋除尘效率

经电除尘后的烟气由增压风机加压后进入喷淋系统，喷淋塔为文丘里洗涤塔，材质为玻璃钢，可耐受温度较低，而烧结烟气温度达120～150 ℃，为防止高温烟气对喷淋塔造成变形损坏，在烟气进入喷淋塔的烟道中设置3 个雾化喷头，利用雾化水对烟气进行降温和预除尘处理，确保进入喷淋塔的烟气温度低于120 ℃。喷淋塔内共设有3 个喷淋层，采用专用螺旋喷头，使喷淋液与自下而上的烟气逆向接触，达到去除NOX、HCl、HF、SO3等酸性物、烟气粉尘和降温的目的。为提高除尘捕沫效果，拆除塔顶折流板式捕沫器，铺设3 层共900 mm 的规整填料，经喷淋后的烟气含尘量可降低至50 mg/m3。因烧结烟气中含有一定量的SO3等酸性物质，被喷淋液吸收后，降低喷淋液的pH值，加速高酸性的喷淋液对设备及管道的腐蚀；另外，喷淋液中粉尘富集到一定程度，会堵塞设备及管道，所以需定期外排废水，以控制喷淋液的pH值和含固量。

喷淋液的温度控制在43 ℃左右，当喷淋液pH值为1时，烟气中的SO2溶于喷淋液较少，可减少SO2随喷淋废水排放损失，增大SO2转化为硫酸的比率，提高硫酸产量，同时降低废水处理负荷，减缓喷淋液对设备的腐蚀速率。

4 胺液净化

4.1 胺液过滤单元

胺液过滤单元（过滤工艺流程见图2）采用微孔过滤技术，操作单元主要有2 台PGR 型过滤机及1台PGH 型压干机。在胺液完成对SO2的吸收时，烟气中残余的粉尘也会进入胺液中，不溶性粉尘达到一定浓度时，将会堵塞设备及管道，并对设备产生磨损。为降低胺液中的粉尘含量，吸收SO2后的富胺液进入到过滤系统，对胺液进行除尘净化处理。设备开机时，过滤机中需要投入珍珠岩粉作为助滤剂，增大设备过滤精度至1 μm。

图2 过滤工艺流程

随着设备连续运行，过滤柱上的粉尘产生堆积，过滤精度会提高，但是过滤罐压力升高，造成能耗增加，过滤效率下降。在过滤罐内压力升至0.16 MPa时，需要对过滤机进行反洗再生处理，对过滤罐内含固浓度高的胺液，利用压干机进行压干，滤清液进入胺液系统实现回收利用。压滤饼可以进入烧结配料，进行二次烧结，完成废渣处理。系统设有PLC自动控制装置。

4.2 除盐单元

脱硫系统吸收剂是有机胺液，每个胺分子中含有2个氨基，为确保胺液在生产中的稳定性，在吸收前需对胺液进行盐化处理，利用硫酸盐化胺液，控制硫酸使用量，使胺液中的1个氨基被硫酸根占据，生成稳定性较强的硫酸铵盐，另1个氨基完成对SO2的选择性吸收。烧结烟气中的Cl-、SO3等进入到胺液中将会生成热稳定性盐，不能通过热分解的方式除去，胺液中富集的Cl-、SO42-等离子会占据胺液中的另1个氨基，使胺液丧失吸收SO2的能力。

胺液盐化反应方程式：

胺液吸收反应方程式：

为保证胺液的完全盐化，控制胺液中热稳定性盐的摩尔电荷与胺液的摩尔电荷的比值HSS为1.1～1.3。若胺液盐化不彻底，系统存在较多的游离胺，而游离胺稳定性差，易降解及逃逸造成胺液损失；热稳定性盐含量升高，将占据胺液另1 个氨基，导致胺液的pH 值降低，使胺液降低吸收SO2的能力，同时使胺液失去缓蚀作用加速胺液对设备及管道的腐蚀，所以富集的此部分热稳定性盐必须除去，以确保胺液的活性。

HSS值计算公式：

其中ne-为胺液中负离子摩尔电荷数，ne+为胺液中正离子摩尔电荷数。

因烧结烟气中含有大量的酸性物质，随开机时间的延长，进入到胺液中，生成酸根离子，与胺液反应生成铵盐（取样数据见表1）。

表1 2011年11月10—12日胺液中取样分析数据

由表1可知，在开机的32 h中，胺液中的热稳定性盐及HSS 值处于持续上升状态，HSS 值升高将会降低胺液对SO2的吸收效果，富集的热稳定性盐必须除去，以确保胺液对SO2的吸收能力。

除盐单元采用离子交换工艺，用离子交换树脂选择性吸附胺液中的热稳定性离子，树脂吸收饱和后，采用烧碱对树脂进行再生处理，恢复树脂吸附能力。但烧结烟气中的Fe3+、Cu2+等重金属离子极易使树脂中毒，降低树脂使用周期，胺液中的超微粉尘吸附在树脂表面或进入树脂空隙中，降低树脂表面积，影响树脂使用质量。采用本系统中产生的亚硫酸对树脂进行浸泡擦洗处理，可提高树脂的使用周期及处理能力。

4.3 除氯、除阳单元

烧结烟气中的Cl-、Na+、K+等离子等进入胺液中影响胺液质量。Cl-不仅会使胺液丧失吸收SO2的能力，同时对316L不锈钢腐蚀较严重。为保护316L材质管道及设备，需控制胺液中的Cl-含量低于800×10-6。胺液中的K+、Na+等含量富集到一定浓度时会堵塞管道及设备，也会影响对胺液的分析，所以胺液中的K+、Na+总量需控制在800×10-6以下。采用离子交换树脂吸附胺液中的离子，用系统产生的硫酸或亚硫酸对树脂进行再生，可减少原料使用，降低生产成本。

4.4 冷冻结晶法

在冬季检修时，对胺液进行提浓处理，提浓后胺液存于吸收塔中。经冷却后，出现结晶盐等固体物质，利用自制的简易设备对胺液中的固体杂质进行物理分离。经分析，固体杂质主要成分为结晶盐（硫酸钠、硫酸钾）和单质硫。冷冻结晶法对酸根离子SO42-、Cl-、NO3-等去除效率高［3］，同时也可去除胺液中的单质硫，可降低离子交换单元的工作负荷，避免塔顶冷凝器单质硫的析出，减少原材料（胺液、烧碱、硫酸等）的消耗，降低脱硫生产成本。

5 结 论

莱钢炼铁厂烧结烟气脱硫技术已成功应用于生产，充分结合烧结生产线工艺特点，脱硫效率可以达到95%以上，在总风量450000 m3/h、入口浓度1200～2000 mg/m3的情况下，可实现SO2排放浓度低于100 mg/m3，确保烧结烟气中SO2达标排放。

［1］李志锋，林七女，董晓春，等.烧结机头除尘灰生产氯化钾的应用研究［J］.中国资源综合利用，2010（2）：13-15.

［2］谭松涛，殷征，乔汉东，等.265 m2烧结机机头除尘器运行参数分析［J］.莱钢科技，2009（4）：60-62.

［3］邱正秋.胺法脱二氧化硫溶液中热稳定性盐去除实验研究［J］.天然气化工，2011，36（2）：19-22.