于杲旸，解曉明，華玉龍，周 威

(1 中國聯(lián)合工程有限公司，浙江 杭州 310051；2 陜西興化集團有限責任公司，陜西 興平 713100)

隨著我國燃煤電力行業(yè)的煙氣脫硫技術(shù)逐步提高，脫硫裝置全面投入使用，已基本能夠有效控地制電力行業(yè)的煙氣污染，鋼鐵、水泥窯、工業(yè)爐等行業(yè)煙氣脫硫成為了當下所需面對的重點。鋼鐵行業(yè)的污染源以燒結(jié)煙氣中的SO2、氮氧化物(NOx)和二噁英(DXN)等為主，國家環(huán)保部門于2012年出臺了針對燒結(jié)機、球團煙氣排放的GB28662-2012《鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標準》；2017年對GB28662-2012進行修改，進一步提高了排放標準；2018年5月生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案》(征求意見稿)；2019年推出《關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》(環(huán)大氣[2019]35號)，推進實施燒結(jié)煙氣超低排放標準：粉塵濃度不高于10 mg/m3，SO2濃度不高于35 mg/m3[1]，至此燒結(jié)煙氣的排放也到達了相當嚴苛的標準。

1 燒結(jié)煙氣特點

燒結(jié)煙氣是將燒結(jié)混合料點燃，在高溫作用下燒結(jié)成塊狀高爐爐料過程中所產(chǎn)生的含塵煙氣，在整個燒結(jié)過程中包含著復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)。在對整個燒結(jié)過程研究后可以發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)料層會在幾分鐘甚至更短的時間內(nèi)經(jīng)歷劇烈的熱交換，溫度從70 ℃以下迅速加熱到1 300～1 500 ℃，與此同時，還伴隨著液相的產(chǎn)生和迅速冷卻凝固的過程。在如此復(fù)雜環(huán)境下產(chǎn)生的燒結(jié)煙氣與燃煤電力行業(yè)的煙氣有著顯著的差別，其主要具有以下幾種特征：

(1)煙氣量大。在當前鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)過程中，由于漏風率處于40%～50%的范圍內(nèi)，再加之固體料的循環(huán)率相對較高，這會導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中，一部分空氣無法通過燒結(jié)料層直接參與生產(chǎn)過程，最終增加了燒結(jié)煙氣的煙氣量[2]?，F(xiàn)階段在鋼鐵生產(chǎn)過程中，一般為1 500～2 500 Nm3/t成品1 t的燒結(jié)礦或350 000～600 000 m3/h；

(2)煙氣含氧量，高濕度大。主要是因為燒結(jié)工藝的需要，在燒結(jié)前，出于提升材料自身的透氣性，會增加其中的水分含量，燒結(jié)煙氣通常含濕量為9%～15%，燒結(jié)煙氣的含氧量一般為15%～18%[3]。

(3)煙氣粉塵含量高且包含多種污染物。粉塵主要由金屬、金屬氧化物和不完全燃燒物質(zhì)等組成，在燒結(jié)過程中鐵及其化合物隨著煙氣排出，形成含塵量較高的煙氣。此外，煙氣中還含有少量的CO、二噁英以及重金屬。

燒結(jié)煙氣的這些特征導(dǎo)致了燒結(jié)煙氣治理難度大，需要整套煙氣處理系統(tǒng)能夠良好的適應(yīng)煙氣的這些特點以及其不穩(wěn)定性。因此燒結(jié)煙氣的治理不能夠簡單的套用燃煤電力行業(yè)的煙氣治理技術(shù)，需要根據(jù)煙氣特點合理的選擇相關(guān)工藝路線。

2 燒結(jié)煙氣脫硫工藝

燒結(jié)煙氣脫硫工藝旨在去除以SO2、HCl為主的酸性氣體，現(xiàn)階段我國煙氣脫酸工藝按照有無廢水排出分為干法，半干法和濕法三種方式。濕法脫硫是將液態(tài)吸收劑噴入吸收塔中，在吸收塔中脫硫劑與煙氣逆向接觸，在塔內(nèi)進行脫硫，產(chǎn)生液態(tài)脫硫廢物，濕法脫硫技術(shù)已相當成熟，應(yīng)用也最為廣泛。干法脫硫則使用固態(tài)脫硫劑，與煙氣流進行劇烈的擾動接觸，所脫產(chǎn)生的脫硫廢物則是固態(tài)的該工藝相對簡單，但脫硫效率偏低。半干法是以干法和濕法脫硫為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，脫硫劑中會加入一定的水分，可以有效提高脫硫劑的活性，從而達到較高的脫硫效率，所產(chǎn)生的脫硫廢棄物相比濕法也更容易處理。在這其中脫硫工藝中應(yīng)用較為廣泛的分別是石灰石-石膏法、旋轉(zhuǎn)噴霧半干法和密相干塔法。

2.1 石灰石-石膏法

石灰石-石膏法是較為成熟的脫硫工藝，也是應(yīng)用最多的脫硫工藝。法燒結(jié)煙氣經(jīng)引風機后進入吸收塔，在吸收塔內(nèi)，上行煙氣與向下噴淋的循環(huán)漿液液滴逆流接觸，通過化學(xué)反應(yīng)脫去煙氣中的SO2、SO3及HCl、HF等酸性氣體。

脫硫劑石灰石粉存于石灰石粉倉內(nèi)，并按照20%的濃度配置成Ca(OH)2溶液儲存至制漿箱中，根據(jù)系統(tǒng)需要由漿液泵送入脫硫塔漿液池。塔內(nèi)僵持漿液通過循環(huán)泵至吸收塔上部噴淋層，與煙氣中的SO2充分接觸反應(yīng)生產(chǎn)CaSO3，在漿池底部通入氧化空氣將其氧化成CaSO4。根據(jù)吸收塔內(nèi)的固含量的變化，在達到一定密度時石膏排出泵將排出一定量的石膏漿液，排入石膏沉淀池沉淀。上層清水通過清水輸送泵一部分返回吸收塔回收利用，一部分作為廢水外排。下層石膏沉淀物定期取出并堆放至附近石膏堆放池，經(jīng)堆放過濾后石膏含水量在10%左右，可直接作為水泥廠的生產(chǎn)原料。

該工藝技術(shù)成熟，脫硫吸收劑價格便宜，脫硫效率很高，一般能達到95%以上，副產(chǎn)物CaSO4·5H2O可以得到進一步利用，系統(tǒng)運行也相當穩(wěn)定。但該工藝運行費用較高，初始投資較大，對燒結(jié)煙氣的適用性也相對較差，且濕法脫硫過程中會產(chǎn)生部分廢水，這些廢水需要經(jīng)過處理達標后才能向外排放，且所需設(shè)置的廢水處理裝置占地面積大，往往鋼鐵企業(yè)都沒有預(yù)留足夠的空間，此外難以處理對二氧化硫以外的其他有毒物質(zhì)。

工藝特點：

(1)脫硫效率高。脫硫后的煙氣不但SO2濃度很低，脫硫效率≥98%，HF、HCl脫除率≥99%，而且煙氣含塵量也大大減少，減少了半干法或干法脫硫工藝后續(xù)的除塵設(shè)施。

(2)技術(shù)成熟，運行可靠性高。國外的石灰石—石膏法脫硫裝置投運率達98%以上，由于其發(fā)展歷史長、技術(shù)成熟、運行經(jīng)驗多，能夠保障脫硫裝置年運行時間。

(3)系統(tǒng)適應(yīng)性強，脫硫系統(tǒng)適應(yīng)煙氣流量及SO2含量的波動范圍大的特點。

(4)脫硫副產(chǎn)物便于綜合利用。脫硫副產(chǎn)物石膏綜合利用，不僅可降低運行費用，而且可減少脫硫副產(chǎn)物處置費用。

2.2 密相干塔法

密相干塔法的工藝是以干粉狀的鈣基化合物作為脫硫劑，燒結(jié)煙氣由干塔頂部進入，煙氣在密相塔內(nèi)與加濕活化的脫硫劑從上到下并流充分接觸、反應(yīng)。加濕活化后的脫硫劑具有良好的流動性和活性，煙氣在吸收塔內(nèi)流速較低，停留時間長，可以保證脫硫反應(yīng)的進行，經(jīng)過脫硫塔后煙氣中還有少量的SO2在除塵器口進一步與吸收劑發(fā)生反應(yīng)，保證了脫硫系統(tǒng)效率。脫硫灰落入脫硫塔底部的集灰斗，通過斗式提升機不斷輸送至脫硫塔頂部的加濕機內(nèi)，使脫硫灰不斷與 SO2反應(yīng)，直至脫硫灰失效。

工藝特點：

(1)流程相對簡單，所需設(shè)備較少，占地面積較小，能夠靈活布置。

(2)整個脫硫系統(tǒng)密閉負壓運行，有效避免了煙氣泄露和二次揚塵問題，脫硫系統(tǒng)設(shè)置有煙氣進口及旁路擋板門，不影響原有的燒結(jié)系統(tǒng)。

(3)系統(tǒng)耗水量低，通常循環(huán)脫硫劑的含濕量為3%～5%，系統(tǒng)通過控制加水量使塔內(nèi)始終處于理想的脫硫反應(yīng)條件，維持比較高的脫硫效率。

(4)整套系統(tǒng)腐蝕性低，脫硫效率較高，設(shè)備能夠穩(wěn)定運行。

圖2 密相干塔法工藝流程示意圖

2.3 旋轉(zhuǎn)噴霧半干法

在脫硫塔內(nèi)燒結(jié)煙氣與旋轉(zhuǎn)噴霧器霧化后的石灰漿液充分接觸，其漿液中的水分被蒸發(fā)，煙氣中的SO2被反應(yīng)吸收，生成CaSO3和CaSO4顆粒物[4-5]。在制漿系統(tǒng)中加入生石灰形成石灰漿液，將石灰漿液送至脫硫塔頂部的旋轉(zhuǎn)噴霧器，霧化形成50 μm的霧滴，形成如此細小的霧滴后增大了脫硫劑與煙氣中SO2等酸性氣體的接觸表面積，能夠迅速與SO2反應(yīng)，達到一個相當可觀的脫硫效率。在高溫煙氣作用下，噴入塔內(nèi)的霧滴與形成的CaSO3和CaSO4顆粒物能迅速干燥，不產(chǎn)生廢水。

工藝特點：

(1)該工藝適應(yīng)能力強，彈性大，在面對燒結(jié)煙氣不同的工況時都能穩(wěn)定運行。

(2)流程相對簡單，所需設(shè)備較少，占地面積較小，能夠靈活布置。

(3)空塔結(jié)構(gòu)，整個吸收塔的阻力低，能夠有效節(jié)省運行成本。

(4)整套設(shè)備無需防腐，無廢水產(chǎn)生，脫硫效率也能達到90%以上。

圖3 旋轉(zhuǎn)噴霧半干法工藝流程示意圖

3 燒結(jié)煙氣脫硫工藝對比

干法、半干法與濕法的工藝各有優(yōu)勢，從凈化效果、投資大小、運行技術(shù)、經(jīng)濟性能等方面進行如下比較：

(1)SO2脫除效率。一般而言濕法脫硫效率略高于干法和半干法，以石灰石-石膏法為例脫硫效率最高可以到達97%以上，干法和半干法雖然不能達到濕法這么高的效率，由于工藝在不斷地改進，也能達到90%以上。

(2)投資與占地面積。干法與半干法的工藝相對簡單，較濕法而言設(shè)備少，占地面積小，一般濕法投資會比較大，但這個投資優(yōu)勢并不明顯。

(3)運行情況。濕法工藝設(shè)備更易腐蝕，設(shè)備材質(zhì)要求更高，吸收塔也需要做防腐處理，而干法和半干法的防腐要求相對就會低。濕法運行更穩(wěn)定，但會產(chǎn)生一定的廢水，廢水中含有重金屬和氯離子，而廢水處理難度有比較大。

綜上比較，各脫硫工藝各有自己的優(yōu)勢，在選擇工藝的時候要具體分析，根據(jù)企業(yè)自身的情況，綜合比較，確定一種符合企業(yè)本身特定的脫硫工藝。根據(jù)之前已建成的環(huán)保裝置看，以石灰石-石膏法為主，主要是濕法的脫硫效率高，但隨著干法與半干法工藝的不斷發(fā)展，其脫硫效率已經(jīng)可以滿足國家排放標準。在最近幾年新建項目中，干法與半干法得到了越來越多的應(yīng)用，我國的燒結(jié)煙氣脫硫工藝正在由濕法向干法與半干法轉(zhuǎn)變[6]。

4 結(jié) 論

燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展到目前這個階段，各項脫硫工藝已經(jīng)相當成熟，各工藝的優(yōu)缺點也已被摸索清晰，而隨著越來越嚴苛的環(huán)保要求，如何根據(jù)企業(yè)自身特點選擇一項合適的脫硫工藝成為了企業(yè)所要面對的頭號問題。本文從燒結(jié)煙氣特點入手分析了各項工藝的優(yōu)缺點，為企業(yè)在選擇工藝時做出了參考。