淺談小蘇打干法脫硫技術(shù)在軋鋼加熱爐的應(yīng)用

李 麗

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

隨著國(guó)家對(duì)鋼鐵企業(yè)污染物超低排放工作力度的不斷加大，尤其自2019 年，隨著國(guó)家生態(tài)環(huán)境部等五部委聯(lián)合下發(fā)的超低排放意見(jiàn)后，超低排放治理已成為鋼鐵企業(yè)工作的重中之重。天津新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司（以下簡(jiǎn)稱聯(lián)合特鋼公司）注重社會(huì)責(zé)任，率先啟動(dòng)全生產(chǎn)工序煙氣超低排放治理改造工作，軋鋼加熱爐煙氣脫硫改造就是超低排放治理的重要內(nèi)容之一。

聯(lián)合特鋼公司650 熱軋帶鋼生產(chǎn)線配置了130 t/h 蓄熱式連續(xù)推鋼加熱爐，燃高、轉(zhuǎn)爐混合煤氣，廢氣經(jīng)收集后由車間外2 根30 m 排氣筒排放。現(xiàn)加熱爐煙氣二氧化硫均值在80 mg/Nm3左右，無(wú)法穩(wěn)定達(dá)到國(guó)家超低排放標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國(guó)家超低排放要求，軋鋼加熱爐煙氣需要達(dá)到顆粒物≤10 mg/Nm3、SO2≤50 mg/Nm3、NOx≤200 mg/Nm3的超低排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，該加熱爐煙氣需配套二氧化硫治理設(shè)施，從而滿足國(guó)家和天津市地方政府環(huán)保超低排放要求。本文對(duì)加熱爐煙氣治理方案的選擇進(jìn)行了探討，對(duì)小蘇打干法脫硫除塵系統(tǒng)+CO 系統(tǒng)減排+換熱器煙氣加熱系統(tǒng)的加熱爐煙氣治理方案進(jìn)行了介紹，并對(duì)該方案工藝原理、改造內(nèi)容、改造效果進(jìn)行了論述。

1 加熱爐煙氣治理方案的選擇

1.1 加熱爐排放煙氣現(xiàn)狀分析

由于聯(lián)合特鋼公司650 熱軋生產(chǎn)線加熱爐煙氣氮氧化物濃度不高，完全能滿足超低要求，所以，只需對(duì)煙氣二氧化硫進(jìn)行治理。而加熱爐二氧化硫排放濃度不是很高，因此，選擇何種脫硫技術(shù)相當(dāng)關(guān)鍵，而且必須保證脫硫設(shè)施投運(yùn)后不影響加熱爐設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 煙氣治理方案的分析與選擇

（1）聯(lián)合特鋼公司經(jīng)過(guò)與專業(yè)廠家多次的交流探討和外出考察，經(jīng)過(guò)篩選，小蘇打干法脫硫技術(shù)在其他焦?fàn)t生產(chǎn)上多有應(yīng)用，在聯(lián)合特鋼公司高爐熱風(fēng)爐已成功應(yīng)用，而且該技術(shù)具有占地面積小，投資省，建設(shè)速度快，操作簡(jiǎn)便，脫硫灰可綜合利用，沒(méi)有廢水產(chǎn)生，沒(méi)有煙羽，運(yùn)行成本低，可隨意調(diào)節(jié)負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)，完全可引用到軋鋼加熱爐煙氣脫硫上。

（2）為減少、消除換向閥后的煤氣及煙氣換向共用煤煙管道盲區(qū)內(nèi)的CO 排放，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，煤煙管有必要增設(shè)CO 減排裝置。其主要優(yōu)點(diǎn)有：節(jié)能上，減少、消除煤氣排放，節(jié)省煤氣消耗，提高加熱爐工作效率；環(huán)保上，利用煤氣反吹技術(shù)后，減少CO 排放，降低環(huán)境污染；安全上，杜絕管道系統(tǒng)爆燃、爆鳴現(xiàn)象的發(fā)生，提高了加熱爐的安全性；經(jīng)濟(jì)上，每分鐘大約節(jié)約20 立方米煤氣。

（3）由于軋鋼加熱爐排煙溫度偶爾有低于100 ℃的情況，無(wú)法保證一直達(dá)到小蘇打脫硫最佳溫度，需加裝換熱器對(duì)煤煙排煙氣進(jìn)行補(bǔ)熱，保證脫硫效率。

綜上所述，最終確定的技術(shù)方案為小蘇打干法脫硫除塵一體化系統(tǒng)+CO 減排系統(tǒng)+換熱器煙氣加熱系統(tǒng)。

2 加熱爐治理改造方案及實(shí)施

2.1 加熱爐煙氣排放設(shè)施現(xiàn)狀

從空氣蓄熱室排出的煙氣經(jīng)空氣-煙氣兩位三通換向閥、各段支管及支管電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，最后經(jīng)空氣側(cè)引風(fēng)機(jī)排入空氣-煙氣側(cè)鋼煙囪（30 m 高）。從煤氣蓄熱室排出的煙氣經(jīng)煤氣-煙氣兩位三通換向閥、各段支管及支管電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，最后經(jīng)煤氣側(cè)引風(fēng)機(jī)排入煤氣-煙氣側(cè)鋼煙囪（30 m 高）。每個(gè)燃燒控制段（共有三段，即均熱段、加熱二段、加熱一段）的空氣側(cè)排煙和煤氣側(cè)排煙均設(shè)有控制爐壓的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥?？諝鈧?cè)排煙和煤氣側(cè)排煙分開(kāi)進(jìn)行，即各自有一套獨(dú)立的排煙管道和煙囪?，F(xiàn)有加熱爐煙氣參數(shù)如表1 所示。

表1 現(xiàn)有加熱爐煙氣參數(shù)

2.2 加熱爐煙氣脫硫除塵改造方案

加熱爐煙氣脫硫除塵工藝路線為：加熱爐煙氣→小蘇打干法脫硫→布袋除塵器→增壓風(fēng)機(jī)→煙囪。

2.2.1 小蘇打干法脫硫除塵設(shè)施（SDS）

軋鋼加熱爐煤煙和空煙排煙系統(tǒng)各自配有獨(dú)立的脫硫除塵系統(tǒng)。小蘇打干法脫硫除塵裝置主要包括：吸收劑制備系統(tǒng)、煙道及反應(yīng)器系統(tǒng)、布袋除塵系統(tǒng)、脫硫灰處理系統(tǒng)及儀表電控用氣系統(tǒng)等。小蘇打干法脫硫除塵工藝流程如圖1 所示。

圖1 工藝流程示意圖

從加熱爐原有引風(fēng)機(jī)前引出煙氣進(jìn)入脫硫反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)噴入NaHCO3（小蘇打）超細(xì)粉，NaHCO3超細(xì)粉在高溫?zé)煔獾淖饔孟路纸獬龈呋钚訬a2CO3和CO2，活性強(qiáng)的Na2CO3與煙氣中的SO2及其他酸性介質(zhì)充分接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，煙氣中的SO2被吸收凈化。

脫硫后粉狀顆粒灰隨煙氣一同進(jìn)入布袋除塵器，脫硫生成的固態(tài)灰與煙氣中的粉塵一起被高效捕集，附著在布袋上的脫硫劑可進(jìn)一步對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫，脫硫后的煙氣通過(guò)煙囪外排，外排煙氣中SO2及顆粒物含量均達(dá)到超低排放要求。脫硫除塵副產(chǎn)物鈉鹽收集后進(jìn)行統(tǒng)一處理。煤-煙側(cè)與空-煙側(cè)袋式除塵器設(shè)計(jì)參數(shù)如表2 所示。

表2 低壓脈沖袋式除塵器設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2.2 加熱爐煙氣脫硫原理

NaHCO3（小蘇打）用作煙氣脫硫的吸附劑，通過(guò)化學(xué)吸附去除煙氣中的SO2，同時(shí)，它還可通過(guò)物理吸附去除一些無(wú)機(jī)和有機(jī)微量物質(zhì)。

（1）將NaHCO3細(xì)粉直接噴入高溫?zé)煔庵校诟邷叵绿妓釟溻c分解生成Na2CO3、H2O 和CO2。具體反應(yīng)式如下：

（2）新產(chǎn)生的Na2CO3在生成瞬間有高度的反應(yīng)活性，可自發(fā)地與煙氣中的硫氧化物進(jìn)行反應(yīng)，生產(chǎn)固態(tài)脫硫產(chǎn)Na2SO4和CO2氣體。具體反應(yīng)式如下：

2.2.3 加熱爐煙氣脫硫除塵排放設(shè)計(jì)指標(biāo)

表4 為加熱爐煙氣脫硫除塵排放設(shè)計(jì)指標(biāo)。

表4 加熱爐煙氣排放設(shè)計(jì)指標(biāo)

2.3 加熱爐煙氣系統(tǒng)改造實(shí)施內(nèi)容

（1）軋鋼加熱爐排煙分煤煙和空煙，各自配有獨(dú)立的脫硫除塵系統(tǒng)。從原有空煙、煤煙引風(fēng)機(jī)前的煙道分別將煙氣引出，進(jìn)入到各自獨(dú)立的脫硫除塵系統(tǒng)。脫硫除塵裝置出口分別增設(shè)空煙、煤煙鋼制煙囪各一根。

（2）煤煙管增設(shè)CO 減排系統(tǒng)。主要改造方式為在換向閥換向（即換向閥的煤氣閥板切斷）后，采用一種中介氣體將換向閥和燒嘴之間的公共管道內(nèi)的煤氣吹到爐內(nèi)進(jìn)行燃燒，這樣再換向時(shí)，公共管道內(nèi)存在的就是這種中介氣體。然后換向閥的煤煙閥板打開(kāi)，進(jìn)行正常的排煙工作，這樣就不會(huì)有煤氣被吸入到煙氣管道，避免了煤氣浪費(fèi)以及排放污染。本方案選擇煤煙煙氣作為吹掃氣體。

（3）采用燃燒爐加換熱器形式對(duì)煤煙排煙進(jìn)行補(bǔ)熱，燃燒爐后的補(bǔ)熱煙氣排入空煙側(cè)。補(bǔ)熱燃料采用高爐煤氣（天然氣伴燒），確保將加熱爐煙氣溫度提高30 ℃以上。煙進(jìn)補(bǔ)熱系統(tǒng)主要包括：高爐煤氣燃燒器、點(diǎn)火裝置、爐前燃料系統(tǒng)、火焰檢測(cè)器及助燃風(fēng)系統(tǒng)等。如加熱爐煙氣溫度滿足小蘇打脫硫溫度要求，可不用進(jìn)行補(bǔ)熱，減少能源使用。

3 改造效果

3.1 加熱爐煙氣系統(tǒng)脫硫改造效果顯著

從聯(lián)合特鋼公司650 帶鋼生產(chǎn)線加熱爐煙氣脫硫除塵系統(tǒng)改造后運(yùn)行情況看，小蘇打干法脫硫技術(shù)完全能夠滿足加熱爐總體技術(shù)要求以及項(xiàng)目設(shè)計(jì)指標(biāo)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、安全、可靠，運(yùn)行至今未出現(xiàn)因?yàn)槊摿虺龎m系統(tǒng)故障造成加熱爐停機(jī)情況。具體優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下：

（1）系統(tǒng)簡(jiǎn)單、操作維護(hù)方便，運(yùn)行阻力小、運(yùn)行費(fèi)用低，脫硫運(yùn)行成本在2 元/噸材左右；對(duì)煙氣工況適應(yīng)性強(qiáng)，脫硫效率高，脫硫效率在90%以上。

（2）對(duì)脫硫劑的品質(zhì)要求不高，市場(chǎng)供應(yīng)充足；脫硫劑直接使用小蘇打干粉，不存在腐蝕的問(wèn)題，運(yùn)行至今未出現(xiàn)除塵器糊袋和輸灰系統(tǒng)堵塞現(xiàn)象。

（3）系統(tǒng)自動(dòng)化程度高。脫硫劑采用了自動(dòng)給料系統(tǒng)，噴射量可根據(jù)煙氣二氧化硫含量自動(dòng)調(diào)節(jié)，減小工人勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)避免了脫硫劑的浪費(fèi)。

（4）SDS 系統(tǒng)脫硫劑及脫硫副產(chǎn)物均為干態(tài)，脫硫系統(tǒng)運(yùn)行不需要用水，也不產(chǎn)生廢水；脫硫后煙氣溫度較高，遠(yuǎn)大于煙氣露點(diǎn)溫度，無(wú)需脫白，感官效果好，整套脫硫系統(tǒng)不需做防腐處理。

（5）副產(chǎn)物脫硫灰可循環(huán)利用，即將脫硫灰少量摻入脫硫劑中重復(fù)使用，從而減少了脫硫劑采購(gòu)費(fèi)用；

（6）充分利用現(xiàn)有空余場(chǎng)地，兩套脫硫除塵系統(tǒng)做到了投資省、占地少、建設(shè)快；

3.2 二氧化硫減排成效顯著

表5 為改造后脫硫除塵設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。從表5在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，改造后加熱爐煙氣二氧化硫排放濃度很低，且數(shù)據(jù)相對(duì)穩(wěn)定，排放數(shù)值遠(yuǎn)低于國(guó)家超低排放要求，完全滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。經(jīng)初步核算年可減少二氧化硫排放量74.69 噸，具有很好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。

表5 改造后脫硫除塵設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

650 生產(chǎn)線加熱爐煙氣系統(tǒng)脫硫改造實(shí)踐表明，采用SDS 干法煙氣脫硫工藝，對(duì)軋鋼加熱爐煙氣中的SO2進(jìn)行治理，無(wú)廢水產(chǎn)生，脫硫效率高，投資、運(yùn)行成本低，運(yùn)行操作簡(jiǎn)便、穩(wěn)定。在目前環(huán)保要求日趨嚴(yán)格的大環(huán)境下，結(jié)合本脫硫工程實(shí)際運(yùn)行情況，從技術(shù)的成熟性、穩(wěn)定性、可靠性以及滿足環(huán)保高要求方面考慮，SDS 脫硫工藝是軋鋼加熱爐煙氣系統(tǒng)脫硫改造的優(yōu)選工藝。

聯(lián)合特鋼公司650 生產(chǎn)線130 t/h 加熱爐煙氣脫硫除塵系統(tǒng)的成功使用，開(kāi)拓了加熱爐煙氣脫硫的新局面，它是全國(guó)第一例引用SDS 脫硫工藝的軋鋼加熱爐煙氣脫硫工程，為鋼鐵行業(yè)軋鋼加熱爐煙氣脫硫的順利開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)、提供了借鑒。