浅谈钢厂烧结烟气脱硫工艺

于杲旸，解晓明，华玉龙，周 威

(1 中国联合工程有限公司，浙江 杭州 310051；2 陕西兴化集团有限责任公司，陕西 兴平 713100)

随着我国燃煤电力行业的烟气脱硫技术逐步提高，脱硫装置全面投入使用，已基本能够有效控地制电力行业的烟气污染，钢铁、水泥窑、工业炉等行业烟气脱硫成为了当下所需面对的重点。钢铁行业的污染源以烧结烟气中的SO2、氮氧化物(NOx)和二噁英(DXN)等为主，国家环保部门于2012年出台了针对烧结机、球团烟气排放的GB28662-2012《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》；2017年对GB28662-2012进行修改，进一步提高了排放标准；2018年5月生态环境部发布了《钢铁企业超低排放改造工作方案》(征求意见稿)；2019年推出《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》(环大气[2019]35号)，推进实施烧结烟气超低排放标准：粉尘浓度不高于10 mg/m3，SO2浓度不高于35 mg/m3[1]，至此烧结烟气的排放也到达了相当严苛的标准。

1 烧结烟气特点

烧结烟气是将烧结混合料点燃，在高温作用下烧结成块状高炉炉料过程中所产生的含尘烟气，在整个烧结过程中包含着复杂的物理化学反应。在对整个烧结过程研究后可以发现，烧结料层会在几分钟甚至更短的时间内经历剧烈的热交换，温度从70 ℃以下迅速加热到1 300～1 500 ℃，与此同时，还伴随着液相的产生和迅速冷却凝固的过程。在如此复杂环境下产生的烧结烟气与燃煤电力行业的烟气有着显著的差别，其主要具有以下几种特征：

(1)烟气量大。在当前钢铁行业生产过程中，由于漏风率处于40%～50%的范围内，再加之固体料的循环率相对较高，这会导致在生产过程中，一部分空气无法通过烧结料层直接参与生产过程，最终增加了烧结烟气的烟气量[2]。现阶段在钢铁生产过程中，一般为1 500～2 500 Nm3/t成品1 t的烧结矿或350 000～600 000 m3/h；

(2)烟气含氧量，高湿度大。主要是因为烧结工艺的需要，在烧结前，出于提升材料自身的透气性，会增加其中的水分含量，烧结烟气通常含湿量为9%～15%，烧结烟气的含氧量一般为15%～18%[3]。

(3)烟气粉尘含量高且包含多种污染物。粉尘主要由金属、金属氧化物和不完全燃烧物质等组成，在烧结过程中铁及其化合物随着烟气排出，形成含尘量较高的烟气。此外，烟气中还含有少量的CO、二噁英以及重金属。

烧结烟气的这些特征导致了烧结烟气治理难度大，需要整套烟气处理系统能够良好的适应烟气的这些特点以及其不稳定性。因此烧结烟气的治理不能够简单的套用燃煤电力行业的烟气治理技术，需要根据烟气特点合理的选择相关工艺路线。

2 烧结烟气脱硫工艺

烧结烟气脱硫工艺旨在去除以SO2、HCl为主的酸性气体，现阶段我国烟气脱酸工艺按照有无废水排出分为干法，半干法和湿法三种方式。湿法脱硫是将液态吸收剂喷入吸收塔中，在吸收塔中脱硫剂与烟气逆向接触，在塔内进行脱硫，产生液态脱硫废物，湿法脱硫技术已相当成熟，应用也最为广泛。干法脱硫则使用固态脱硫剂，与烟气流进行剧烈的扰动接触，所脱产生的脱硫废物则是固态的该工艺相对简单，但脱硫效率偏低。半干法是以干法和湿法脱硫为基础发展起来的，脱硫剂中会加入一定的水分，可以有效提高脱硫剂的活性，从而达到较高的脱硫效率，所产生的脱硫废弃物相比湿法也更容易处理。在这其中脱硫工艺中应用较为广泛的分别是石灰石-石膏法、旋转喷雾半干法和密相干塔法。

2.1 石灰石-石膏法

石灰石-石膏法是较为成熟的脱硫工艺，也是应用最多的脱硫工艺。法烧结烟气经引风机后进入吸收塔，在吸收塔内，上行烟气与向下喷淋的循环浆液液滴逆流接触，通过化学反应脱去烟气中的SO2、SO3及HCl、HF等酸性气体。

脱硫剂石灰石粉存于石灰石粉仓内，并按照20%的浓度配置成Ca(OH)2溶液储存至制浆箱中，根据系统需要由浆液泵送入脱硫塔浆液池。塔内僵持浆液通过循环泵至吸收塔上部喷淋层，与烟气中的SO2充分接触反应生产CaSO3，在浆池底部通入氧化空气将其氧化成CaSO4。根据吸收塔内的固含量的变化，在达到一定密度时石膏排出泵将排出一定量的石膏浆液，排入石膏沉淀池沉淀。上层清水通过清水输送泵一部分返回吸收塔回收利用，一部分作为废水外排。下层石膏沉淀物定期取出并堆放至附近石膏堆放池，经堆放过滤后石膏含水量在10%左右，可直接作为水泥厂的生产原料。

该工艺技术成熟，脱硫吸收剂价格便宜，脱硫效率很高，一般能达到95%以上，副产物CaSO4·5H2O可以得到进一步利用，系统运行也相当稳定。但该工艺运行费用较高，初始投资较大，对烧结烟气的适用性也相对较差，且湿法脱硫过程中会产生部分废水，这些废水需要经过处理达标后才能向外排放，且所需设置的废水处理装置占地面积大，往往钢铁企业都没有预留足够的空间，此外难以处理对二氧化硫以外的其他有毒物质。

工艺特点：

(1)脱硫效率高。脱硫后的烟气不但SO2浓度很低，脱硫效率≥98%，HF、HCl脱除率≥99%，而且烟气含尘量也大大减少，减少了半干法或干法脱硫工艺后续的除尘设施。

(2)技术成熟，运行可靠性高。国外的石灰石—石膏法脱硫装置投运率达98%以上，由于其发展历史长、技术成熟、运行经验多，能够保障脱硫装置年运行时间。

(3)系统适应性强，脱硫系统适应烟气流量及SO2含量的波动范围大的特点。

(4)脱硫副产物便于综合利用。脱硫副产物石膏综合利用，不仅可降低运行费用，而且可减少脱硫副产物处置费用。

2.2 密相干塔法

密相干塔法的工艺是以干粉状的钙基化合物作为脱硫剂，烧结烟气由干塔顶部进入，烟气在密相塔内与加湿活化的脱硫剂从上到下并流充分接触、反应。加湿活化后的脱硫剂具有良好的流动性和活性，烟气在吸收塔内流速较低，停留时间长，可以保证脱硫反应的进行，经过脱硫塔后烟气中还有少量的SO2在除尘器口进一步与吸收剂发生反应，保证了脱硫系统效率。脱硫灰落入脱硫塔底部的集灰斗，通过斗式提升机不断输送至脱硫塔顶部的加湿机内，使脱硫灰不断与 SO2反应，直至脱硫灰失效。

工艺特点：

(1)流程相对简单，所需设备较少，占地面积较小，能够灵活布置。

(2)整个脱硫系统密闭负压运行，有效避免了烟气泄露和二次扬尘问题，脱硫系统设置有烟气进口及旁路挡板门，不影响原有的烧结系统。

(3)系统耗水量低，通常循环脱硫剂的含湿量为3%～5%，系统通过控制加水量使塔内始终处于理想的脱硫反应条件，维持比较高的脱硫效率。

(4)整套系统腐蚀性低，脱硫效率较高，设备能够稳定运行。

图2 密相干塔法工艺流程示意图

2.3 旋转喷雾半干法

在脱硫塔内烧结烟气与旋转喷雾器雾化后的石灰浆液充分接触，其浆液中的水分被蒸发，烟气中的SO2被反应吸收，生成CaSO3和CaSO4颗粒物[4-5]。在制浆系统中加入生石灰形成石灰浆液，将石灰浆液送至脱硫塔顶部的旋转喷雾器，雾化形成50 μm的雾滴，形成如此细小的雾滴后增大了脱硫剂与烟气中SO2等酸性气体的接触表面积，能够迅速与SO2反应，达到一个相当可观的脱硫效率。在高温烟气作用下，喷入塔内的雾滴与形成的CaSO3和CaSO4颗粒物能迅速干燥，不产生废水。

工艺特点：

(1)该工艺适应能力强，弹性大，在面对烧结烟气不同的工况时都能稳定运行。

(2)流程相对简单，所需设备较少，占地面积较小，能够灵活布置。

(3)空塔结构，整个吸收塔的阻力低，能够有效节省运行成本。

(4)整套设备无需防腐，无废水产生，脱硫效率也能达到90%以上。

图3 旋转喷雾半干法工艺流程示意图

3 烧结烟气脱硫工艺对比

干法、半干法与湿法的工艺各有优势，从净化效果、投资大小、运行技术、经济性能等方面进行如下比较：

(1)SO2脱除效率。一般而言湿法脱硫效率略高于干法和半干法，以石灰石-石膏法为例脱硫效率最高可以到达97%以上，干法和半干法虽然不能达到湿法这么高的效率，由于工艺在不断地改进，也能达到90%以上。

(2)投资与占地面积。干法与半干法的工艺相对简单，较湿法而言设备少，占地面积小，一般湿法投资会比较大，但这个投资优势并不明显。

(3)运行情况。湿法工艺设备更易腐蚀，设备材质要求更高，吸收塔也需要做防腐处理，而干法和半干法的防腐要求相对就会低。湿法运行更稳定，但会产生一定的废水，废水中含有重金属和氯离子，而废水处理难度有比较大。

综上比较，各脱硫工艺各有自己的优势，在选择工艺的时候要具体分析，根据企业自身的情况，综合比较，确定一种符合企业本身特定的脱硫工艺。根据之前已建成的环保装置看，以石灰石-石膏法为主，主要是湿法的脱硫效率高，但随着干法与半干法工艺的不断发展，其脱硫效率已经可以满足国家排放标准。在最近几年新建项目中，干法与半干法得到了越来越多的应用，我国的烧结烟气脱硫工艺正在由湿法向干法与半干法转变[6]。

4 结 论

烧结烟气脱硫技术发展到目前这个阶段，各项脱硫工艺已经相当成熟，各工艺的优缺点也已被摸索清晰，而随着越来越严苛的环保要求，如何根据企业自身特点选择一项合适的脱硫工艺成为了企业所要面对的头号问题。本文从烧结烟气特点入手分析了各项工艺的优缺点，为企业在选择工艺时做出了参考。