浅谈小苏打干法脱硫技术在轧钢加热炉的应用

李 丽

（天津市新天钢联合特钢有限公司，天津301500）

0 引言

随着国家对钢铁企业污染物超低排放工作力度的不断加大，尤其自2019 年，随着国家生态环境部等五部委联合下发的超低排放意见后，超低排放治理已成为钢铁企业工作的重中之重。天津新天钢联合特钢有限公司（以下简称联合特钢公司）注重社会责任，率先启动全生产工序烟气超低排放治理改造工作，轧钢加热炉烟气脱硫改造就是超低排放治理的重要内容之一。

联合特钢公司650 热轧带钢生产线配置了130 t/h 蓄热式连续推钢加热炉，燃高、转炉混合煤气，废气经收集后由车间外2 根30 m 排气筒排放。现加热炉烟气二氧化硫均值在80 mg/Nm3左右，无法稳定达到国家超低排放标准。根据国家超低排放要求，轧钢加热炉烟气需要达到颗粒物≤10 mg/Nm3、SO2≤50 mg/Nm3、NOx≤200 mg/Nm3的超低排放标准。因此，该加热炉烟气需配套二氧化硫治理设施，从而满足国家和天津市地方政府环保超低排放要求。本文对加热炉烟气治理方案的选择进行了探讨，对小苏打干法脱硫除尘系统+CO 系统减排+换热器烟气加热系统的加热炉烟气治理方案进行了介绍，并对该方案工艺原理、改造内容、改造效果进行了论述。

1 加热炉烟气治理方案的选择

1.1 加热炉排放烟气现状分析

由于联合特钢公司650 热轧生产线加热炉烟气氮氧化物浓度不高，完全能满足超低要求，所以，只需对烟气二氧化硫进行治理。而加热炉二氧化硫排放浓度不是很高，因此，选择何种脱硫技术相当关键，而且必须保证脱硫设施投运后不影响加热炉设备的安全稳定运行。

1.2 烟气治理方案的分析与选择

（1）联合特钢公司经过与专业厂家多次的交流探讨和外出考察，经过筛选，小苏打干法脱硫技术在其他焦炉生产上多有应用，在联合特钢公司高炉热风炉已成功应用，而且该技术具有占地面积小，投资省，建设速度快，操作简便，脱硫灰可综合利用，没有废水产生，没有烟羽，运行成本低，可随意调节负荷等优点，完全可引用到轧钢加热炉烟气脱硫上。

（2）为减少、消除换向阀后的煤气及烟气换向共用煤烟管道盲区内的CO 排放，确保系统安全稳定运行，煤烟管有必要增设CO 减排装置。其主要优点有：节能上，减少、消除煤气排放，节省煤气消耗，提高加热炉工作效率；环保上，利用煤气反吹技术后，减少CO 排放，降低环境污染；安全上，杜绝管道系统爆燃、爆鸣现象的发生，提高了加热炉的安全性；经济上，每分钟大约节约20 立方米煤气。

（3）由于轧钢加热炉排烟温度偶尔有低于100 ℃的情况，无法保证一直达到小苏打脱硫最佳温度，需加装换热器对煤烟排烟气进行补热，保证脱硫效率。

综上所述，最终确定的技术方案为小苏打干法脱硫除尘一体化系统+CO 减排系统+换热器烟气加热系统。

2 加热炉治理改造方案及实施

2.1 加热炉烟气排放设施现状

从空气蓄热室排出的烟气经空气-烟气两位三通换向阀、各段支管及支管电动调节阀，最后经空气侧引风机排入空气-烟气侧钢烟囱（30 m 高）。从煤气蓄热室排出的烟气经煤气-烟气两位三通换向阀、各段支管及支管电动调节阀，最后经煤气侧引风机排入煤气-烟气侧钢烟囱（30 m 高）。每个燃烧控制段（共有三段，即均热段、加热二段、加热一段）的空气侧排烟和煤气侧排烟均设有控制炉压的电动调节阀。空气侧排烟和煤气侧排烟分开进行，即各自有一套独立的排烟管道和烟囱。现有加热炉烟气参数如表1 所示。

表1 现有加热炉烟气参数

2.2 加热炉烟气脱硫除尘改造方案

加热炉烟气脱硫除尘工艺路线为：加热炉烟气→小苏打干法脱硫→布袋除尘器→增压风机→烟囱。

2.2.1 小苏打干法脱硫除尘设施（SDS）

轧钢加热炉煤烟和空烟排烟系统各自配有独立的脱硫除尘系统。小苏打干法脱硫除尘装置主要包括：吸收剂制备系统、烟道及反应器系统、布袋除尘系统、脱硫灰处理系统及仪表电控用气系统等。小苏打干法脱硫除尘工艺流程如图1 所示。

图1 工艺流程示意图

从加热炉原有引风机前引出烟气进入脱硫反应器，在反应器内喷入NaHCO3（小苏打）超细粉，NaHCO3超细粉在高温烟气的作用下分解出高活性Na2CO3和CO2，活性强的Na2CO3与烟气中的SO2及其他酸性介质充分接触发生化学反应，烟气中的SO2被吸收净化。

脱硫后粉状颗粒灰随烟气一同进入布袋除尘器，脱硫生成的固态灰与烟气中的粉尘一起被高效捕集，附着在布袋上的脱硫剂可进一步对烟气进行脱硫，脱硫后的烟气通过烟囱外排，外排烟气中SO2及颗粒物含量均达到超低排放要求。脱硫除尘副产物钠盐收集后进行统一处理。煤-烟侧与空-烟侧袋式除尘器设计参数如表2 所示。

表2 低压脉冲袋式除尘器设计参数

2.2.2 加热炉烟气脱硫原理

NaHCO3（小苏打）用作烟气脱硫的吸附剂，通过化学吸附去除烟气中的SO2，同时，它还可通过物理吸附去除一些无机和有机微量物质。

（1）将NaHCO3细粉直接喷入高温烟气中，在高温下碳酸氢钠分解生成Na2CO3、H2O 和CO2。具体反应式如下：

（2）新产生的Na2CO3在生成瞬间有高度的反应活性，可自发地与烟气中的硫氧化物进行反应，生产固态脱硫产Na2SO4和CO2气体。具体反应式如下：

2.2.3 加热炉烟气脱硫除尘排放设计指标

表4 为加热炉烟气脱硫除尘排放设计指标。

表4 加热炉烟气排放设计指标

2.3 加热炉烟气系统改造实施内容

（1）轧钢加热炉排烟分煤烟和空烟，各自配有独立的脱硫除尘系统。从原有空烟、煤烟引风机前的烟道分别将烟气引出，进入到各自独立的脱硫除尘系统。脱硫除尘装置出口分别增设空烟、煤烟钢制烟囱各一根。

（2）煤烟管增设CO 减排系统。主要改造方式为在换向阀换向（即换向阀的煤气阀板切断）后，采用一种中介气体将换向阀和烧嘴之间的公共管道内的煤气吹到炉内进行燃烧，这样再换向时，公共管道内存在的就是这种中介气体。然后换向阀的煤烟阀板打开，进行正常的排烟工作，这样就不会有煤气被吸入到烟气管道，避免了煤气浪费以及排放污染。本方案选择煤烟烟气作为吹扫气体。

（3）采用燃烧炉加换热器形式对煤烟排烟进行补热，燃烧炉后的补热烟气排入空烟侧。补热燃料采用高炉煤气（天然气伴烧），确保将加热炉烟气温度提高30 ℃以上。烟进补热系统主要包括：高炉煤气燃烧器、点火装置、炉前燃料系统、火焰检测器及助燃风系统等。如加热炉烟气温度满足小苏打脱硫温度要求，可不用进行补热，减少能源使用。

3 改造效果

3.1 加热炉烟气系统脱硫改造效果显著

从联合特钢公司650 带钢生产线加热炉烟气脱硫除尘系统改造后运行情况看，小苏打干法脱硫技术完全能够满足加热炉总体技术要求以及项目设计指标，设备运行稳定、安全、可靠，运行至今未出现因为脱硫除尘系统故障造成加热炉停机情况。具体优点总结如下：

（1）系统简单、操作维护方便，运行阻力小、运行费用低，脱硫运行成本在2 元/吨材左右；对烟气工况适应性强，脱硫效率高，脱硫效率在90%以上。

（2）对脱硫剂的品质要求不高，市场供应充足；脱硫剂直接使用小苏打干粉，不存在腐蚀的问题，运行至今未出现除尘器糊袋和输灰系统堵塞现象。

（3）系统自动化程度高。脱硫剂采用了自动给料系统，喷射量可根据烟气二氧化硫含量自动调节，减小工人劳动强度的同时避免了脱硫剂的浪费。

（4）SDS 系统脱硫剂及脱硫副产物均为干态，脱硫系统运行不需要用水，也不产生废水；脱硫后烟气温度较高，远大于烟气露点温度，无需脱白，感官效果好，整套脱硫系统不需做防腐处理。

（5）副产物脱硫灰可循环利用，即将脱硫灰少量掺入脱硫剂中重复使用，从而减少了脱硫剂采购费用；

（6）充分利用现有空余场地，两套脱硫除尘系统做到了投资省、占地少、建设快；

3.2 二氧化硫减排成效显著

表5 为改造后脱硫除尘设备运行数据。从表5在线监测数据可以看出，改造后加热炉烟气二氧化硫排放浓度很低，且数据相对稳定，排放数值远低于国家超低排放要求，完全满足设计指标要求。经初步核算年可减少二氧化硫排放量74.69 吨，具有很好的环境效益和社会效益。

表5 改造后脱硫除尘设备运行数据

5 结论

650 生产线加热炉烟气系统脱硫改造实践表明，采用SDS 干法烟气脱硫工艺，对轧钢加热炉烟气中的SO2进行治理，无废水产生，脱硫效率高，投资、运行成本低，运行操作简便、稳定。在目前环保要求日趋严格的大环境下，结合本脱硫工程实际运行情况，从技术的成熟性、稳定性、可靠性以及满足环保高要求方面考虑，SDS 脱硫工艺是轧钢加热炉烟气系统脱硫改造的优选工艺。

联合特钢公司650 生产线130 t/h 加热炉烟气脱硫除尘系统的成功使用，开拓了加热炉烟气脱硫的新局面，它是全国第一例引用SDS 脱硫工艺的轧钢加热炉烟气脱硫工程，为钢铁行业轧钢加热炉烟气脱硫的顺利开展奠定了基础、提供了借鉴。