烧结半干法脱硫技术的应用

摘要半干法作为目前钢铁企业烧结脱硫工艺的一种，既具有湿法脱硫效率高的优点，又具有干法脱硫产物易于处理的特点，是最为实用的一种脱硫工艺。本文主要介绍了一种旋转喷雾半干法，该半干法的工艺过程是将烧结烟气送入吸收塔，同时雾化器将制备好的石灰浆液雾化成30 μm～ 80 μm 雾滴，两者进行化学反应，由于石灰浆液为极细小的雾滴，增大了脱硫剂与SO2接触的面积，所以SO2脱硫率很高，脱硫后的携带固体颗粒的烟气气流再进入到布袋除尘器进行气固分离后，净烟气排入大气; 并简单介绍了基于西门子S7-400 系列PLC 开发的脱硫控制系统的硬件配置、软件设计以及自动控制系统的组成。

0 概述

有研究表明SO2和NOx是雾霾形成的原因之一，为了减少其排放量，国家要求烧结烟气必须脱硫脱硝，并制定了严格的污染物排放标准。污染物在大气中的浓度与排放量多少和气象条件有关，所以为了蓝天白云，环保设备的投入与运行势在必行。目前，烧结机烟气脱硫工艺主要有干法、半干法和湿法。干法工艺主要有活性炭吸附法、ENS 法、GSCA双循环流化床法等。湿法有石灰石-石膏法、硫铵法、双碱液法等。半干法有NID烟道循环法，LJS循环流化床法、SDA旋转喷雾法。我国烧结烟气脱硫， 95%以上都采用湿法或半干法脱硫。从技术、成本上考虑，半干法目前最为实用。半干法在湿态下脱硫，在干态下处理脱硫产物，既具用湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点，又具有干法无废水和废酸排出污染等优点、脱硫后产物易于处理的特点。其中旋转喷雾半干法( 简称SDA) 是半干法其中一种。该工艺先进、成熟、可靠、实用，应用比较广泛。SDA法适用的工艺操作弹性大，能适应不同流量、温度和烟气成分; 能吸收烟气中的酸性成分( HCI /HF /SO2 /SO3) ，流程简单，环节少，占地面积小，工艺布置灵活性相对较高，投资和运行成本都要比湿法低，而且不需增设烟气再加热系统，可使用低质量生石灰; 水耗低，可使用废水，实现综合利用，且脱硫不产生废水。不足之处为价格昂贵且易磨损的旋转雾化器目前仍需从国外进口; 脱硫用的吸收剂为液态浆液，易发生注入管道堵塞、结垢等问题。

1 SDA法工艺原理与流程

烧结机机头烟气经过电除尘器除尘后，由主抽风机直接送入旋转喷雾干燥( SDA) 吸收塔，与被雾化的石灰浆液接触，经过物理、化学反应，其反应过程如下所述:

( 1) SO2与浆液主要反应: SO2 + Ca ( OH)2 →CaSO3+H2O;

( 2) 部分反应: SO2+1 /2O2+ Ca( OH)2→CaSO4+H2O;

( 3) 与其他酸性物质( 如HF / HCI /SO3) 的反应: 2HCI+Ca( OH)2→CaCI+H2O，2HF+Ca( OH)2→CaF2+H2O。

反应之后，气体中的SO2被吸收净化，达到脱硫效果。参与反应的石灰浆液由浆液制备系统完成。首先由外送罐车输送到石灰仓中，根据配比加入到消化罐并加水配制而成，石灰浆液经振动筛筛分后流入石灰浆液罐，配制成合格的石灰浆液。然后根据原烟气SO2浓度由浆液泵定量送入置于吸收塔顶部的浆液顶罐，顶罐内浆液流入吸收塔顶部雾化器内，经雾化器雾化成30 μm ～80 μm 的雾滴，与吸收塔内烟气接触迅速完成吸收SO2的作用，由于石灰浆液为极细小的雾滴，增大了脱硫剂与SO2接触的面积，所以，SO2脱硫率很高( 如图1 所示) 。脱硫并干燥的粉状颗粒部分沉入塔底排出并由罐车外运，其余颗粒随气流进入布袋除尘器进一步净化处理。除尘器除下的粉尘灰因含有未反应的生石灰，采用刮板输送机、罐车送至循环灰仓，由循环灰系统制备成浆液继续使用。经吸收SO2并干燥的含粉料烟气出吸收塔进入布袋除尘器进行气固分离，净烟气由增压风机抽引到烟囱排入大气。

2 控制系统

2.1 硬件配置

以400 m2 烧结机烟气脱硫岗位为例: 自动控制系统选用两台操作站，一台工程师站，并采用光纤通讯与烧结主控制室内设有一台操作站。另采用网络通讯与烧结控制系统进行连锁设置及数据交换。1套西门子S7-400 系列PLC，操作站之间通过以太网交换机与PLC 连接，共计11 个ET200M 远程站，使用17 个AI 模块，3个AO 模块，33 个DI 模块，12个DO 模块。

2.2 软件设计

SDA 脱硫系统控制软件包括数据采集模块、数据处理模块、数据控制模块、用户界面模块等。PLC软件部分采用面向对象的程序设计思想，整个功能分为若干具有一定独立性的模块，包括制浆系统、烟气系统、雾化器系统、输灰清灰系统、风机系统、公辅系统等子系统。监控系统软件使用Wincc 监控程序软件设计，主要包括数据采集显示、数据处理及保存、顺序控制系统、闭环控制系统等。

2.2.1 数据采集系统

该系统主要采集于脱硫设备状态信号( 开关量值) ，监视脱硫装置运行情况。当设备出现故障及异常情况发生时，画面以灯光、色变、闪烁等形式向岗位人员报警提示。主要画面包括流程图画面、报警画面、趋势图画面等。

2.2.2 数据处理和保存

该系统对一些过程量数值( 模拟量值) 进行采集及处理，岗位人员可根据采样周期、保存时间长度来进行选择数据的保存。

2.2.3 顺序控制系统

该系统主要根据工艺要求实现对设备的启动、停止、连锁选择等要求，该系统以各个子功能组成，具备顺控、自动、手动等控制方式。

2.2.4 闭环控制系统

该系统采用PID 闭环控制功能，具有自动、手动控制方式，主要包括消化水流量控制、雾化器浆液流量控制、石灰浆液流量控制、浆液浓度控制等系统组成。

3 脱硫效果

国家颁布的《GB28662-2012 钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》规定要求，SO2的排放限值为200 mg /m3，其中京津冀、长三角和珠三角特别限制为180 mg /m3。以400 m2 烧结机烟气脱硫岗位为例，该烧结需处理烟气量252×104 m3 /h，分别在脱硫进出口烟道安装烟尘连续监测系统( CEMS 系统) ，该岗位采用雪迪龙SCS-900 烟气连续监测系统，该系统主要有气体分析仪、在线粉尘烟度计、皮托管流速计等组成。检测内容包括: 烟气流量、SO2含量、O2含量、温度、压力、NOx含量、CO 等信号。其中，气体分析仪采用西门子ULTRAMAT 23 气体分析仪，主要分析SO2含量、NOx、O2含量等。现随机抽取2018 年4 月其中10 天的每日SO2含量进行对比分析，详情见表1。

从表1 可以看出，脱硫后日平均值远低于180 mg /m3，脱硫效率平均值为93.24%，达到了良好的效果。

4 结语

目前，烧结净化装置主要以脱硫为主，但随着国务院印发《“十三五”生态环境保护规划》出台，强调以提高环境质量为核心，实施最严格的环境保护制度，主要污染物排放总量大幅减少，全面推进达标排放和污染减排，二氧化硫、氮氧化物污染物排放总量减少。所以，钢铁行业烧结烟气的脱硝工作应逐步展开，钢铁行业单一脱硫面临着调整工艺的要求，集脱硫、脱硝、脱二噁英、脱HF / HCI /SO3等酸性气体的一体化装置将得到重视，目前可供钢铁行业选择的烧结烟气脱硫脱硝的技术主要有: 低温烟气同时脱硫脱硝除尘技术、活性炭技术和烟气氧化脱硝+湿法脱硝+湿电技术。相信随着环保技术一步步成熟，钢铁行业终会实现绿色发展，从而实现国家的生态文明建设与小康社会目标相适应的生活环境。