35t/h 热风冲天炉烟气脱硫技术探索及应用

林 彤，张银涛，马 辉，王艳杰，赵永生，马振航，孙明虎

（潍柴（潍坊）材料成型制造中心有限公司，山东潍坊 261199）

0 引言

2019 年生态环境部发布了《关于加强重污染天气应对夯实应急减排措施的指导意见》，对铸造企业的大气污染物排放、重污染天气下的应急减排提出了要求，其中明确规定：非A 级铸造企业在重污染天气时涉及工序强制停产，因此冲天炉烟气中SO2的排放处理迫在眉睫。

1 冲天炉烟气污染物来源

冲天炉是将主要原材料（生铁、废钢、回炉料）、焦炭、辅料（石灰石、硅铁、锰硅合金）等分批次加入炉内，经风嘴吹入高温空气，最终熔化出铁液的设备。冲天炉在熔炼过程中，因焦炭的燃烧、金属炉料的预热、熔化等过程会排放出大量气体及固体有害物质的烟尘，冲天炉大气污染废气主要包括粉尘和SO2、NOx等有害气体。大气污染物主要来源见表1，大气污染物排放限值要求见表2。

表1 大气污染物主要来源

表2 工业炉窑（冲天炉）大气污染物排放限值

2 冲天炉烟气脱硫技术探讨及应用

2.1 烟气脱硫工艺探讨

目前烟气脱硫技术种类达几十种，按脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫分为：湿法、半干法、干法三大类脱硫工艺。

EC&S 35t/h 热风冲天炉于2007 年投产使用，现场布局比较紧凑，烟气中SO2浓度低，并且冲天炉系统本身自带除尘器，通过表3 比较各种脱硫方法以及结合现场实际情况，综合考虑选用“SDS钠基干法脱硫”干法脱硫工艺。

表3 烟气脱硫工艺比较

2.2 SDS 钠基干法脱硫工艺介绍

SDS 钠基干法脱硫工艺是目前国内应用于超低排放非常先进的技术，也是较为成熟的主流SDS 干法烟气脱硫技术。该工艺采用NaHCO3作为脱硫剂，脱硫剂在高温烟气的作用下激活热分解，烟气中的SO2与激活的脱硫剂充分接触并发生化学反应而被去除。

完成的主要化学反应为：

SDS 钠基干法脱硫工艺优点：

（1）系统简单，工艺流程紧凑，操作维护方便，运行成本低；（2）无脱硫塔，占地面积小；（3）无脱硫废水产生，节省污水处理费用；（4）原材料来源丰富。

SDS 钠基干法脱硫工艺缺点：

（1）SO2浓度超过1000 mg/Nm3时，脱硫效果差；（2）温度要求较严格，最佳热解效率的温度区间为140～250 ℃，低于该温度脱硫效率大幅度下降；（3）脱硫过程中产生固体副产物，需要增设除尘系统。

2.3 冲天炉烟气脱硫工艺应用

冲天炉烟气脱硫系统主要由脱硫剂制备系统、气力输送系统、电气仪表控制系统等组成。工艺流程（见图1）：冲天炉烟气→冷却器→袋式除尘器→引风机→烟囱排放。干法脱硫生成的粉尘经过现有的袋式除尘器过滤收集，废气通过引风机从烟囱排放。

图1 冲天炉尾气脱硫工艺流程图

烟气脱硫系统（见图2）具备手动与自动模式，自动模式下能够与冲天炉设备进行联动，与冲天炉设备同步启停。在冲天炉控制室设置远程控制及报警显示装置，能够实时监控脱硫设备运行状态。

图2 冲天炉烟气脱硫系统操作界面

烟气脱硫系统具有在线自动调节功能，依据在线检测系统SO2浓度实时调整NaHCO3喷入量和喷入时间。

烟气脱硫系统具有烟气温度检测装置，一般情况下，烟气温度在140～250 ℃之间，NaHCO3吸附剂的活性较高，在冷却器进出口管道选取两个点作为NaHCO3加入位置，根据各种工况下烟气实时温度，自动选择脱硫剂喷入点，确保烟气脱硫效果。

2.3.1 脱硫剂制备系统

研磨机是脱硫剂制备系统的关键设备，其选型及配置直接关联到系统的脱硫效率、脱硫剂的消耗量及系统达标运行的稳定性。由于运输和储存的原因，NaHCO3原料通常是粗颗粒，如果要保证较高的反应活性，脱硫剂必须有较大的比表面积，因此需将NaHCO3研磨到800 目以上（20 μm以下），然后由喷射系统将NaHCO3喷入烟气管道中，脱硫效率可以达到95%以上。

研磨机设有主电机和分级磨机，其中分级磨机为变频电机，可控制出口物料粒度。NaHCO3大颗粒物料经过旋转阀均匀进入研磨机，磨机研磨盘和分级轮在电机带动下高速旋转，NaHCO3物料受到高速旋转的研磨盘撞击之后粉碎，符合要求的物料经分级轮进入下游系统中，大颗粒通过特制气流导向环作用重新进入研磨区再次粉碎，直至粒径达到设计要求。

NaHCO3脱硫剂为一次使用，不需循环利用。脱硫剂喷入量按NaHCO3与SO2摩尔比为2:1，喷入量可根据出口SO2浓度实时调整。

2.3.2 气力输送系统

合格的NaHCO3采用气力输送系统输送到管道中与烟气进行混合接触，吸收净化后的含粉尘的烟气进入布袋除尘器进行处理。

2.3.3 智能控制系统

冲天炉烟气脱硫设备智能控制系统采用组态王上位机、西门子S7-200SMART 系列PLC、西门子变频器、称量系统及智能仪表等组成；该控制系统可根据现场引风管道的温度情况智能识别NaHCO3的加入位置，根据SO2浓度智能调节NaHCO3加入多少，并且通过程序控制，实现多个故障及报警提示。

3 结论

通过烟气脱硫系统，根据冲天炉烟气中SO2实时浓度和烟气温度，自动控制NaHCO3喷入量和喷入点，可以实现低成本的运行，并且满足烟气环保排放指标的要求。