喷雾半干法脱硫工艺在烧结烟气治理中的应用

王殿辉，门雪燕

（安阳市环境科学研究所，河南 安阳 455000）

“十二五”以来，钢铁行业成为我国继电力行业后实施SO2减排的又一个重要领域。钢铁企业烧结工序产生的SO2排放量占钢铁企业SO2总排放量的80%以上。2010年底全国钢铁企业烧结机台数达到1 200余台，根据环保部发布的信息，截至2012年，钢铁企业仅有50%的烧结机安装了脱硫设备，平均脱硫效率仅为38.6%，远没有达到国家节能减排的要求。

烧结机脱硫工程在钢企推行过程中存在的主要技术难点包括烟气中污染物浓度相对较低、脱硫副产物难以利用、多种污染物协同脱除技术尚未完善等。石灰石-石膏法及氨法脱硫工艺因具有技术成熟性高、脱硫效率高且稳定、脱硫产物易于综合利用的特点，在烧结机脱硫综合整治中成为主导工艺。但以上两种脱硫工艺投资较大，运行费用相对较高，脱硫设施建设及运行费用对于部分钢企而言是不小的投入。旋转喷雾干燥（SDA）脱硫工艺具有投资低、运行费用低、占地面积小的特点[1]，该技术如应用于烧结机脱硫行业，能够较好地兼顾污染减排和企业经济效益的要求。

1 烧结机烟气的特点

烧结机是钢铁行业的主要生产设施之一，烧结烟气是烧结混合料点火后，随台车运行，在高温烧结成型过程中产生的废气。烧结烟气的主要特点是：（1）烧结机年作业率较高，达90%以上，烟气排放量大；（2）烟气温度波动幅度较大，波动范围在90～150℃；（3）烟气湿度比较大，一般在10%左右；（4）由于烧结铁矿来源较多，含硫率变化相对较大，烟气中SO2浓度随配料比的变化而发生较大的变化；（5）烧结烟气含氧量高，约占10%～15%左右；（6）含有腐蚀性酸性气体成分[2]。

2 喷雾干燥法烟气脱硫技术的应用

旋转喷雾干燥（SDA）脱硫工艺源于浆液喷雾干燥加工工艺，该工艺应用于脱硫的研究始于20世纪70年代[3]。与传统的湿法脱硫相比，该法具有系统简单、运行维护方便、投资少、运行费用低的特点，在处理低浓度的SO2废气时，其效率与石灰石-石膏法相当，目前多用于中小型热电机组的脱硫。烧结机烟气含SO2浓度相对较低，烟气量大，且旋转喷雾干燥脱硫工艺对占地要求相对湿法脱硫较省，由于以上原因，旋转喷雾干燥（SDA）脱硫工艺在我国多家钢铁企业得到了应用，并取得了良好的效果。

以沙钢180 m2烧结机脱硫工程为例，对旋转喷雾干燥法的设计及其脱硫效果进行分析和探讨。该烧结机脱硫系统总投资5 400万元，目前已投入运行，运转情况良好。180 m2烧结机为目前符合国家产业政策要求的主流烧结机机型，在全国大型钢铁企业中多有分布，具有较高的代表性。旋转喷雾干燥脱硫工艺采用石灰作为吸收剂，石灰经过消化处理，通过湿式球磨研磨配制成一定浓度的石灰浆吸收剂，用泵送到高位料箱，流入高速离心雾化机，经雾化后在旋转干燥喷雾吸收塔与来自烧结工艺的含SO2高温烟气充分接触，石灰浆雾滴中的水分被烟气的显热蒸发，而废气中SO2同时被石灰浆滴吸收，生成的干灰渣通过布袋除尘器除去，净化后烟气达标排放。

采用旋转干燥喷雾吸收塔为设施主体，配套建设烟气系统、布袋除尘器及灰渣处理系统、浆液系统，具体工艺如图1所示：

图1 旋转喷雾干燥脱硫工艺流程

2.1 烟气系统

脱硫烟气从顶部及中部进入脱硫塔，脱硫后烟气进入脱硫布袋除尘器，经除尘后净烟气经60m高烟筒排放。脱硫除尘系统与烧结机主体相对独立，自成体系，脱硫系统引起的烟气压力损失由脱硫增压风机补偿。

2.2 吸收塔系统

吸收塔为空塔结构，顶部安装有烟气分配器、中心烟气分配器及雾化器，全部采用钢结构形式，塔内不设置运动和支撑杆件，也无需设防腐内衬。另外，为保证烟气在塔内的均匀流动，需要在进口烟道设置均流装置，出口设置温度、压力检测装置。

2.3 除尘及灰渣处理

旋转喷雾干燥脱硫工艺为半干法脱硫，除尘系统的稳定运行是脱硫效率达到设计要求的重要保证。该配套袋式除尘器对滤袋质量要求较高，滤袋材料需抗氧化、耐酸碱、拒水，寿命不低于2 a。按照180m2烧结机风量设计，除尘器入口风量为8.1×105m3/h，过滤面积大于1.3×104m2。袋式除尘器宜采用脉冲喷吹方式除灰，但所使用压缩空气需经脱油、脱水处理。设计除尘效率在98.5%～99.4%之间。

除尘灰由卸灰阀、刮板机、斗提机等输送设备进行输灰，将脱硫灰一部分送至制浆系统配料，多数输送至脱硫灰仓。喷雾干燥系统出来的最后脱硫产物以CaSO3为主，但同时含有大量未反应完的吸收剂Ca（OH）2、CaSO4、CaCO3和Fe2O3等[4]，以上物质组成粉状固体且成分较为复杂，较难综合利用，但由于该企业配套建设有矿渣微粉生产线，该除尘灰可直接送至微粉线原料仓生产微粉产品，从而解决了脱硫产物的处置问题。

2.4 浆液系统

浆液系统采用普通的石灰制浆，与湿法工艺的制浆工艺基本相同，但要求浆液细度更高。生石灰粉通过气力输送进入原料仓内。仓下料位进行计量检测，将生石灰定量放入消化罐。消化罐内设隔板，配两台浆液搅拌器。桨液分两路，正常工作时一路溢流至振动筛，消化罐底部设排空管，排空管上装有调节阀，调节排到振动筛上的浆液量，筛出大于16目的颗粒直接排至地面上的沉沙槽，筛下浆液流到浆液罐。浆液通过浆液罐下的渣浆泵、阀门和管道输送到脱硫塔上部的顶罐内，浆液在脱硫塔内被雾化器雾化成30～80 μm的雾滴，并与烟气中的SO2发生反应，从而达到脱除SO2的目的，同时烧结机废气显热瞬间干燥塔内的石灰液滴，使之形成干固体粉装料并由除尘器捕集。根据设计，在满负荷条件下石灰消耗量在0.37 t/h，低负荷条件下0.094 t/h。

3 旋转喷雾干燥脱硫系统运行参数分析

3.1 浆液pH值控制

旋转喷雾干燥脱硫采用消石灰作为脱硫剂，浆液的酸碱值是影响脱硫效率、脱硫产物成分的重要因素，虽然干法脱硫不需要考虑脱硫后硫酸钙过多堵塞管道的问题，但为了保持整个系统的稳定运行，要求pH值控制在6.9～8.9之间，从而可以保证较高的脱硫效率。

3.2 钙硫比

钙硫比是指进入系统的Ca（OH）2的摩尔数与SO2的摩尔数之比。在进口烟气浓度一定的情况下，脱硫效率随钙硫比的增加而增大，但当脱硫率增加至90%后，即使继续提高钙硫比，脱硫率提高放缓而吸收剂的利用率将会显著降低[5]。因此合理地选择脱硫效率，对节约吸收剂的用量、降低运行费用是非常必要的。本次烧结机脱硫效率设计为85%以上，其钙硫比确定为1.04～1.09之间。

3.3 进出口烟气温度控制

吸收塔出口烟气的平均温度与烟气绝热饱和温度的差值（即近绝热饱和温度）对系统脱硫效率影响较大，热烟气和吸收剂在吸收塔内通过充分的接触完成传热、传质的过程，热量的传递多数是在气液两相间进行。浆滴内所含的水分接受烟气的热量而汽化，并得到干燥，同时，热烟气则被降温。在烟气绝热饱和温度恒定的情况下，出口烟气温度越低、湿度越大，近绝热饱和温度就越低，浆滴干燥的时间就越长，从而延长了浆滴吸收SO2的时间，吸收塔的脱硫效率就越高[6]。但在实际中，由于要考虑到后续袋式除尘器的结露、板结的现象，出塔温度必须高于烟气露点温度10～20℃，故脱硫系统出口温度设计值为大于80℃，实际中控制在108～110℃之间。

3.4 烟气中污染物浓度控制

旋转喷雾干燥脱硫工艺中，其脱硫效率受烟气中SO2浓度影响较大，在相同的钙硫比条件下，入口烟气浓度控制在1 000 mg/L以下，则系统脱硫效率可达到85%，如入口烟气中SO2浓度高于2 000mg/L，则脱硫效率明显降低，仅能维持在70%以上。故该工艺处理低浓度SO2废气效果明显，根据企业烧结机半年监测数据统计，烧结机烟气中SO2浓度在790～950 mg/L之间（企业主要使用国内矿，如采用国外矿，浓度更低）。

烧结机烟气中含有氯化物、HF、SO3等强酸性气体，以上气体酸优先与SO2发生反应，如采用石膏法脱硫，以上气体如被浆液吸收后容易腐蚀塔体，同时浆液中可溶解物质增多影响浆液对SO2的吸收效率，但半干法脱硫无需考虑该问题，浆液中即使吸收了强酸性气体，经浆液吸收后可直接干化，不会出现结垢、腐蚀等现象，烧结机烟气中含氧量较高，导致较多的CaSO4产生，采用湿法脱硫可能会影响管道的顺畅流动，但干法脱硫中，生成较多的CaSO4对设施运行基本无影响，仅仅在灰渣中CaSO4成分相对其他湿法脱硫工艺比例要大。故综上所述，旋转喷雾干燥脱硫工艺能够适应烧结机烟气的要求。

4 脱硫系统运行效果分析

该工程2013年5月份通过在线验收，脱硫工程处理效果见表1：

表1 脱硫工程处理效果

根据监测结果，脱硫工程外排烟气中SO2浓度能够满足GB 28662-2012《钢铁球团、烧结工业大气污染物排放标准》中新建企业标准SO2≤200 mg/m3的要求达标排放。运行期间，工程脱硫效率稳定在85.8%～91%之间，符合设计≥85%的要求，脱硫系统运行期间创造了良好的环境效益。

根据脱硫工程试运行6个月的综合数据分析该脱硫系统运行费用如表2所示：

表2 脱硫成本分析

由上表可见，公司脱硫系统运行成本约为5.27元/t烧结矿，相对于国内普遍采用的石灰石石膏法脱硫可降低30%的成本，在脱硫费用构成中，运行电费占总费用的86.1%，主要由于半干法脱硫的特点，需要配套建设除尘器系统、浆液系统，其耗电量较大。钢铁企业多数配套建设有自备石灰厂、电厂等，相应可有效降低生产运行成本。

5 小结与探讨

（1）旋转喷雾干燥脱硫工程建设及运行费用相对石膏法、氨法较低，为保证系统的有效运行，主塔及管道应做保温处理，袋式除尘器滤袋材质应耐酸碱、抗氧化，通过调整合适的钙硫比、温度等控制参数，可保证工艺脱硫效率稳定在85%～91%之间，该效率可以保证烧结机烟气稳定达标排放，同时运行费用控制在较为经济的范围内。

（2）半干法脱硫灰渣综合利用较困难，石灰石法脱硫产物石膏、氨法脱硫产物硫氨均可作为副产品出售，具有一定的附加值。但半干法脱硫产物目前主要做填埋处理，其脱硫产物处置困难是制约该法推广的重要因素，随着目前钢企多元化经营、地区循环经济的发展，很多钢企配套建设有矿渣微粉生产线回收钢渣，该脱硫产物可用于微粉配料使用，从而使废渣得到综合利用，并取得较好的经济效益。

旋转喷雾干燥法脱硫工艺投资低，操作工艺简单，虽然仍采用石灰浆作为吸收剂，但干法工艺不易发生堵塞，故障率低，维护简单，适宜处理烟气量大、浓度较低的废气，旋转喷雾干燥法用于烧结烟气治理，能够在较低的投入下取得较高的脱硫效率，且具有占地面积较小、适应性强的特点，适宜在我国钢铁企业烧结机烟气综合整治中推广。

[1]谷吉林.旋转喷雾干燥法（SDA）脱硫工艺系统应用及问题思考[C]//第四届全国脱硫工程技术研讨会论文集，2006（09）：49.

[2]杨帆.烧结机烟气脱硫技术分析[J].环境污染与防治：网络版，2009（04）：1-3.

[3]谷吉林.旋转喷雾干燥法（SDA）脱硫工艺系统的应用研究[J].中国环保产业，2007（6）：38-39.

[4]郭斌，卞京凤，任爱玲，等.烧结烟气半干法脱硫灰理化特性[J].中南大学学报：自然科学版，2010，41（1）：387-389.

[5]潘朝群.喷雾干燥法烟气脱硫工艺评述[J].重庆环境科学，2003，25（8）：43-46.

[6]李玉忠，马春元，董勇.半干法烟气脱硫工艺中的近绝热饱和温度[J].环境保护科学，2003，29（4）：5-8.