浅谈钢铁厂燃气锅炉烟气SDS干法脱硫除尘超低排放技术

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浅谈钢铁厂燃气锅炉烟气SDS干法脱硫除尘超低排放技术

作者：祝  文，岳  琳，谭栋栋，陈  勇，杨  战，樊彦玲

西安西矿环保科技有限公司

编辑：电力行业节能环保公众服务平台

摘   要：针对钢铁行业日益严格的污染物排放标准，本文研究了钢铁厂自备电厂燃气锅炉的烟气排放特性，并对其脱硫除尘超低排放技术进行详细分析。通过对比现有湿法脱硫和半干法脱硫技术的优缺点，提出了一种更适用于钢铁厂燃气锅炉烟气工况的SDS干法脱硫除尘超低排放技术路线。

关键词：钢铁厂;燃气锅炉;SDS干法脱硫除尘;超低排放;

钢铁行业是仅次于火电厂的第二大气体污染物排放产业。2019年4月28日，生态环境部、国家发展改革委等五部委联合印发《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，正式拉开了钢铁行业超低排放改造的序幕。

钢铁企业超低排放是指对所有生产环节(含原料场、烧结、球团、炼焦、炼铁、炼钢、轧钢、自备电厂等，以及大宗物料产品运输)均实施升级改造，其中自备电厂燃气锅炉的超低排放指标限值为:颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度小时均值分别不高于5,35,50 mg/Nm3。

由于自备电厂下游用户用电和蒸汽负荷的需求波动较大，导致锅炉负荷和排烟温度的波动较大。同时，锅炉燃料中高炉煤气、焦炉煤气及转炉煤气的配比份额随上游钢厂煤气储量的变化而频繁变化，导致燃烧所产生烟气的湿度和SO2浓度不断波动，给钢铁厂燃气锅炉烟气的超低排放治理带来困难。

1 燃气锅炉烟气治理技术现状
1.1 现有脱硫除尘技术介绍

当前普遍采用的燃气锅炉脱硫除尘技术包括以下三种:

1.1.1 石灰石-石膏湿法脱硫技术

该工艺以石灰石粉作为脱硫剂，将其与水混合制成含固量15%～20%的吸收浆液，采用浆液泵输送至脱硫塔内，通过喷淋与烟气逆向接触，吸收烟气中的SO2并生成副产物CaSO4·2H2O。净化后的烟气经除雾器除雾后达标排放，副产物CaSO4·2H2O经脱水后生成干石膏，实现综合利用。

1.1.2 CFB半干法脱硫除尘技术

该工艺以消石灰粉、生石灰粉作为脱硫剂。来自燃气锅炉的烟气在脱硫塔底部先与脱硫剂、循环脱硫灰充分预混合，进行初步脱硫反应，随后通过脱硫塔下部的文丘里管加速向上运动，进入CFB床体。在CFB床体内气、固两相流产生激烈的湍动而充分混合接触，脱硫剂颗粒在被烟气携带上升过程中随着絮状物的形成和解体而不断下落、提升，使得气、固间的滑移速度大大提高。同时，脱硫塔顶部结构进一步强化了絮状物的返回路径，从而提高了塔内床层颗粒的密度和钙硫比，延长了脱硫剂的反应时间，实现SO2超低排放。净化后的烟气经布袋除尘器高效除尘后，实现粉尘超低排放。

1.1.3 SDA半干法脱硫除尘技术

该工艺以消石灰、生石灰作为脱硫剂，脱硫剂被制浆成8%～12%的Ca(OH)2浆液，通过浆液泵输送至脱硫塔顶部的旋转雾化器，在雾化轮10000 r/min的高速旋转作用下被雾化成众多30～50μm的雾滴，使浆液比表面积大大提高。热烟气进入脱硫塔后与浆液充分接触，烟气中的SO2被充分吸收，同时雾滴水分被加热蒸发，形成脱硫副产物。少量产物直接从脱硫塔底部排出，大部分产物则随烟气进入脱硫塔后的除尘器被过滤捕集，再通过气力输送至循环灰仓进行再利用，经处理后的洁净烟气则实现达标排放。

1.2 技术路线对比分析

表1所示为三种常用燃气锅炉脱硫除尘技术的优缺点对比。

表1 现有燃气锅炉烟气脱硫除尘技术路线对比

由表1可看出，以上三种脱硫工艺在燃气锅炉烟气治理中均存在不足之处。因此，本文介绍了一种纯干法脱硫除尘工艺。

2 SDS干法脱硫除尘技术简介
2.1 技术原理及路线

SDS干法脱硫除尘技术以小苏打作为脱硫剂，经空气分级研磨机研磨后生成NaHCO3超细粉(D90≤20μm)，燃气锅炉烟气经过煤气加热器换热降温后进入干法脱硫(SDS)反应器，与由高效气力输送装置喷射的NaHCO3超细粉充分混合、接触。在高温烟气(140℃以上)作用下，NaHCO3分解出高活性的Na2CO3和CO2，活性强的Na2CO3与烟气中的SO2及其他酸性物质充分接触并发生化学反应，脱除烟气中SO2。过程所涉及化学反应包括:

主要反应:

副反应:

反应生成的干燥脱硫副产物Na2SO4随气流进入布袋除尘器，通过袋式除尘器的高效过滤捕集后可进行化工产品再利用，并最终实现烟气中SO2及粉尘的超低排放。

SDS干法脱硫除尘系统组成包括:脱硫剂储存及制粉系统、SDS脱硫反应器系统、布袋除尘器系统、副产物处理系统等，具体工艺流程如图1所示。

图1 SDS干法脱硫除尘工艺流程图

2.2 技术特点介绍

SDS干法脱硫除尘技术具有以下技术特点:

1)工艺系统简单，设备可靠耐用，特别适用于小流量、低负荷烟气的达标排放治理;

2)脱硫效率可达90%以上，脱硫剂利用率高;

3)脱硫系统为全干态运行，无废水产生，无二次污染;

4)脱硫过程的系统温降小，烟囱出口排烟温度高、相对湿度低，下游设备无需进行防腐处理;

5)系统操作维护方便，调节灵活，可控性好，自动化程度高;

6)副产物Na2SO4为化工产品，可回收再利用。

将该技术应用于工程实际，具有如下优点:

1)项目一次投资费用低，运行费用低;

2)系统施工周期短;

3)脱硫除尘设备占地面积小，设备布置灵活，特别适用于改造项目。

3 燃气锅炉烟气SDS干法脱硫除尘技术优势

(1)由于燃气锅炉负荷波动大，若采用CFB半干法脱硫除尘工艺，系统低负荷时容易造成CFB半干法脱硫塔出现“塌床”，影响脱硫效果。而SDS干法脱硫除尘技术可根据锅炉负荷的波动，通过灵活、精确调整NaHCO3超细粉的喷入量，稳定实现SO2及粉尘超低排放。

(2)燃气锅炉的排烟温度和烟气湿度波动大，若采用SDA半干法脱硫除尘工艺，当烟气温度较低、湿度较大时，通过雾化器喷射的脱硫浆液(含固量12%左右)与烟气接触并蒸干后，烟气温度大幅降低，相对湿度显著增大，容易出现脱硫塔粘壁、物料板结以及布袋“糊袋”问题。

而SDS干法脱硫除尘工艺通过设置高温烟气再循环系统，抽取经空预器换热的锅炉一次热风或经省煤器换热的高温热烟气并喷入脱硫反应器内，可稳定实现NaHCO3超细粉的高温受热分解，从而满足SO2超低排放要求，同时充分提高脱硫反应器出口烟气温度，避免布袋“糊袋”。

(3) SDS脱硫除尘工艺不存在脱硫灰再循环系统，布袋除尘入口粉尘浓度较低(≤2000 mg/Nm3)，除尘灰生成量较小。以230 t/h燃气锅炉为例，除尘灰生成量≤10 t/d，无需强制设置灰库储存系统，可利用除尘灰斗进行临时储存，通过机械刮板机将脱硫灰输送至吨袋打包机，打包后直接外运，大大降低了灰库储存仓、气力输送系统等一次投资费用，同时降低了输灰系统故障率。

(4) SDS干法脱硫除尘工艺的烟气相对湿度和系统温降小，出口排烟温度高，无尾部烟道腐蚀和“湿烟雨”问题产生。

4 结论

SDS干法脱硫除尘技术的系统结构简单、运行稳定可靠、工艺适应性强、一次投资费用低、设备占地面积小，目前已广泛应用于焦化烟气脱硫除尘超低排放治理领域，可针对燃气锅炉负荷波动大、SO2初始浓度低、烟气湿度波动大等特性，充分满足SO2和颗粒物超低排放的要求。未来，必将成为钢铁行业燃气锅炉超低排放治理领域的主流技术。

作者简介：祝文(1988—)，陕西咸阳人，学士，中级职称，研究方向:大气污染治理。

来源：山东化工