小苏打干法烟气脱硫系统的研究

郝艳强

（天津市新天钢联合特钢有限公司天津 301500）

0 引言

目前国家对大气环境治理和保护工作不断加强，减少工业气体排放中SO2的含量已成为当今大气环境治理的当务之急，而燃气锅炉烟气脱硫是钢铁企业环境治理的重要内容。根据天津市《火电厂大气污染物排放标准》DB12/810-2018的要求，自2019年7月1日起，现有燃气锅炉烟气要达到SO2≤20 mg/Nm3、颗粒物≤5 mg/Nm3的超低排放标准。

天钢联合特钢现有5台燃气锅炉，为实现燃气锅炉烟气的超低排放，满足国家环保要求，公司配套实施了燃气锅炉烟气脱硫工程。本文介绍了天钢联合特钢燃气锅炉脱硫项目的工艺流程、技术特点和实施效果，对脱硫系统调试、运行过程中存在的问题进行了分析总结，为今后锅炉烟气脱硫工程的完善提出了改进方向。

1 小苏打干法脱硫技术原理及设计指标

通过对国内各钢铁企业燃气锅炉烟气脱硫工艺运行情况的分析、研究、比较，天钢联合特钢燃气锅炉脱硫工艺确定选用先进、成熟的SDS小苏打干法脱硫技术，实现对燃气锅炉烟气SO2含量的控制和消除，实现锅炉烟气的超低排放标准。

1.1 小苏打干法脱硫工艺简介

小苏打干法脱硫喷射技术是将粒径20～25 um的高效脱硫剂（主要成分为NaHCO3）均匀喷射在烟气管道内,脱硫剂在烟气管内被热的烟气激活，其表面积增大后与烟气中的酸性物质充分接触并进行化学反应，烟气中的酸性物质被吸收净化[1]。然后被吸收酸性物质的净化烟气进入布袋除尘系统，对烟气中的脱硫产物残留进一步净化，最后净烟气由增压引风机抽至烟囱排放。在增压风机出口处安装CEMS烟气监测系统用于检测脱硫效果，CEMS检测系统可以对烟尘中的SO2、NOx和颗粒物浓度进行连续在线监测。

1.2 小苏打干法脱硫的化学反应

（1）主要化学反应：

（2）与其他酸性物质（如SO3等）的反应：

1.3 燃气锅炉烟气脱硫系统设计参数及指标

燃气锅炉烟气脱硫除尘系统设计参数如表1所示，燃气锅炉烟气脱硫除尘设计指标如表2所示。

表1 燃气锅炉烟气脱硫除尘系统设计参数

表2 燃气锅炉烟气脱硫除尘设计指标

2 SDS脱硫系统的组成

SDS脱硫系统根据功能可以分为三部分：小苏打制备站（即磨机系统）、除尘系统、烟气输送系统。SDS脱硫系统的总流程图如图1所示。

图1 SDS脱硫系统的总流程图

2.1 制备站系统

制备站系统是将以纯度≥98%，最大含水量≤0.5%，粒径小于500μm的碳酸氢钠原料经给料装置送入磨机进行研磨，研磨后粒径为20～25μm的碳酸氢钠粉经给料风机连续吹入烟气管道。制备站是整个脱硫系统的原料制备系统，工序复杂，控制繁琐。

为将该系统的控制做的更加完善，经反复的实验，实现了该系统的计算机自动控制。系统在运行过程中，操作人员可以直接监测设备启动、停止时间和运行状态，当某一个设备出现故障时自动控制系统将自动停止设备运行，待故障清除后再次启动系统。制备站计算机操作界面如图2所示。

图2 制备站计算机操作界面

2.2 除尘系统

除尘系统主要由四部分组成：机体、滤袋组装、清灰系统、电控系统。除尘器机体分为若干个仓室，仓室之间是相互隔离的，每个仓室安装有进口手动阀门和出口提升阀。仓室内装有滤袋用于收集烟尘，通过仓室进出口阀门可以将仓室从除尘系统中隔离，实现滤袋在线检修更换。

仓室入口手阀打开，含尘气体在除尘风机的吸力进入下灰斗，自重较大的粉尘颗粒落入灰斗，细小粉尘随气流进入中箱体，经滤袋净化处理后的烟气由除尘风机送入烟囱排放。当滤袋上的粉尘积压超过设定的除尘阻力时，电控系统发出信号启动电磁脉冲阀，高压气体反吹振打滤袋，促使滤袋上的积尘落入灰斗，灰斗中的积尘经卸料器进入灰仓储存。操作人员可以根据实际运行状况更改除尘反吹振打参数，在箱体反吹振打运行时，为保护煤气发电系统不受影响，要时刻监视反吹气源压力，当气源压力下降时，按下暂停按钮，停止反吹操作。除尘器参数设定画面如图3所示。

图3 除尘器参数设定画面

2.3 烟气输送系统

烟气输送系统是整个脱硫系统的核心部分，主要设备为增压风机，它将通过除尘系统净化的烟气抽出，通过烟气管道送至烟囱排至大气中。筹建过程中根据负荷大小选择增压风机的类型：20T锅炉以新的低压增压引风机取代了原引风机，其余几套脱硫系统分别在原引风机后增加了高压增压引风机，投入使用后效果良好。

3 提高SDS脱硫功效的保障措施

为了更好的发挥SDS脱硫系统的功能，达到脱硫设计指标，实现燃气锅炉烟气超低排放的目标，需着重从两方面进一步完善。

3.1 搭建通讯网络

鉴于该工程为原锅炉发电的后期配套工程，设备安装场地有限，控制流程较多，又是在锅炉发电生产过程中建设，如何建立一套既能达到环保要求又能高效运转，且不影响原发电系统的正常运行的烟气脱硫自控系统是本项目研究的重点。由于该项目为发电项目的后续工程，要充分考虑与原发电系统的网络通讯。为方便系统配置及后期维护，选择了与发电系统相同的DCS系统作为烟气脱硫系统的控制平台，通过TCP/IP协议与原发电系统进行数据交换，建立了高效的冗余网络通讯。网络通讯图如图4所示。

图4 网络通讯图

该网络实现了原锅炉发电系统与新建的脱硫系统数据的实时共享，使用双网络通讯将新建的脱硫系统与原锅炉发电系统组成在同一网络构架中，使脱硫与发电之两个系统之间的联络更加便捷，相互之间的联锁得到保障。

3.2 脱硫自动化控制的实现

在四套发电燃气锅炉脱硫项目中，在投料控制上使用了原始的PID控制，即通过测量出口SO2浓度控制卸料阀电机频率的大小，进而控制小苏打投入量的快慢；对于20T/h的燃气锅炉，由于在实际运行过程中烟气量小，PID调控困难、控制滞后，给料卸料阀电机以正常频率运行时SO2含量会迅速降至0，当卸料阀电机停止时SO2含量会迅速升高，这种状况在环保数据显示上就出现了极大的误差，而且出现卸料阀电机频繁启停现象，虽然电机功率小，但是频繁启停也会对整个磨机系统造成很大的影响，基于这种状况我们抛开了传统的PID控制，使用了根据SO2含量不同分频率控制卸料器的控制模型，该方案实施后，20 T/h的锅炉脱硫系统卸料器的启停次数明显下降，SO2含量一直在控制范围内。具体控制方案如表3所示。

表3 不同SO2含量卸料器频率控制方案

4 结语

随着SDS小苏打干法脱硫的投运，天钢联合特钢5台燃气锅炉烟气排放达到SO2≤20 mg/Nm3、颗粒物≤5 mg/Nm3的超低排放标准。而完善的网络对接，使发电和脱硫的数据衔接达到无延时传输，在连锁控制上做到了事半功倍的效果。但在系统调试和运行过程中也出现了一些问题。

（1）由于自动投料控制尚不成熟，使烟气出口SO2的含量值波动大，为实现超低排放，人工干预现象时有发生。

（2）在20T/h锅炉脱硫系统卸料器使用的分频率模型控制，由于SO2分频段数值还在进一步实验中，离预期的效果还有一定的差距，需要后期不断的对历史数据进行积累和比对，力求达到更佳的效果。

上述问题需要在以后的生产中不断研究、探索和改进，确保脱硫净化系统长期、安全、稳定运行，将脱硫效果达到最佳。