烧结烟气石灰石-石膏湿法脱硫技术的突破
环境保护部环境政策研究中心 曹凤中   中国环境科学研究院 刘骏
    《国家环境保护“十一五”规划》提出：“到2010年，二氧化硫年排放量由2005年的2549万吨削减10%减少
到2295万吨，其中要求钢铁行业必须在增产不增污的前提下，实现二氧化硫年减排30万吨的目标”。钢铁行业生产
过程中产生二氧化硫总量，占全国排放总量的11％以上，仅次于电力企业，而烧结烟气工艺排放的二氧化硫占绝大
部分，因此，解决烧结烟气脱硫问题成为目前节能减排的关键所在。
    我国约在2004年开始进行烧结烟气脱硫工作，至2009年上半年，采用的工艺有双碱法工艺、氨-硫铵法工艺、
石灰石-石膏湿法脱硫工艺、离子液法工艺、循环流化床脱硫工艺、旋转喷雾工艺、活性炭吸附工艺、有机胺工艺等
十多种。到目前为止，建成、在建和拟建烧结烟气脱硫装置约30多套，干湿大约各占一半。
一、新的湿法烧结烟气脱硫技术有创新
    在长期的实践中，我国一些公司在借鉴国外先进技术的基础上，自主研发了应用于烧结机烟气脱硫工程的新技
术。例如由永清公司研发的石灰石-石膏湿法（空塔喷淋）烟气脱硫工艺技术，成功应用于湘钢脱硫设施的现场。
该技术对石灰石-石膏湿法脱硫进行了多项创新。
    创新一——防结垢 采用完全空塔喷淋吸收，结构设计合理，塔内气液接触区无任何类似填料、气体分布管等
增大气液接触表面的结构件，从塔的结构设计上就避免结垢附着物的出现，完全做到了无结垢、无堵塞，勿需任何
停车清洗。
    同时采用专利防结垢技术，通过控制对浆池充分注氧和控制浆液的pH值波动范围等多种复合措施来防止石膏
复合晶垢的生成，一方面避免石膏结垢，另一方面有利于二水硫酸钙结晶的长大，使石膏浆液脱水易于进行，确保
了石膏中二水硫酸钙含量达到90％以上，石膏浆液经真空皮带脱水机脱水后游离水含量小于10％，防结垢，恰到
好处。
    创新二——防堵 采用专用的雾化喷嘴防堵，将吸收浆液雾化到小于2100μm细小微粒分布在气相中，以增大
气液的接触面，该独到的构思使得气液接触面积比类似填料、气体分布管等分散形式要大数十倍，气液在吸收区接
触充分，采用计算机模拟喷嘴布置，保证每层喷淋浆液200%覆盖率，无死区、传热、传质速度快，脱硫效率高。
不仅如此，塔内吸收区除了喷嘴外，无任何气流阻挡物，烟气通过吸收塔的阻力低，其烟气系统阻力只有循环流化
床法的40％左右，也只有气喷旋冲法的42％左右。由于烟气系统阻力低，其增压风机电耗也较上述方法低。
    创新三——防腐 针对脱硫系统腐蚀介质多且复杂，采用了组合式防腐技术。在吸收塔入口“干湿”交界面处，
腐蚀环境非常恶劣，在此处采用高镍基不锈钢贴衬进行防腐，具有很好的效果。在吸收塔和浆液输送的管道内，浆
液中含有混合稀酸（硫酸、亚硫酸、盐酸、氢氟酸等）以及石膏等固体颗粒、不仅对设备和管道造成腐蚀，而且对
设备和管道冲刷严重。根据上述工况，采用碳钢内衬丁基橡胶进行防腐和抗磨蚀等多种技术。既有效地防止了设备
和管道的腐蚀，又有效地降低了装置建设费用。
    创新四——防冒雨 在没有烟气再热系统的情况下，为了避免湿法脱硫“烟囱雨”现象发生，首先，在选择吸
收塔顶部的除雾器时采用双级除雾，并在最后一级喷淋层与第一级除雾器之间留足气液分离空间，使气液尽可能在
此空间分离完全，防止液滴卷入气流中下落；其次，在设计塔顶烟囱时，由于烟气温降会有烟囱壁冷凝液出现，采
取降低烟气流速，控制烟气流速在卷液临界流速之下等措施，防止烟气带走塔壁冷凝液而下落。除外还需防止除雾
器局部堵塞而使流经除雾器的气速加快，确保不会有石膏浆液或水滴透过除雾器而直接被烟气带入到塔顶烟囱中而
下落。
    采用大型流体计算软件CFX对吸收塔内烟气速度场、压力场、温度场进行模拟，从而实现吸收塔液气比、烟气
流速、温度、钙硫比、pH值、浆液停留时间、浓度、吸收塔压降、脱硫效率等参数的综合优化，确保FGD运行能
耗低、吸收效率高。
    新技术的使用，使氧化效率达到99.8%以上，有利于石膏脱水，使脱硫石膏中二水硫酸钙含量平均达到90.64
％，半水亚硫酸钙的含量低于0.2%，含水量＜10％，在自然干燥或140℃烘干后用作水泥缓凝剂或纸面石膏板，其
品质完全满足相关国家标准要求，其性能优于天然石膏。
    除外，还采取了各种措施使永清的烧结烟气脱硫技术接近了国际先进水平。
二、新型湿法烧结烟气脱硫技术对烧结机烟气的适应性
    1. 对烟气流量波动的适应性
    该技术根据烧结烟气流量变化大（烟气量负荷30%~100%）、波动幅度大且无规律的工况特点，采取了烟气流量
跟踪调节控制技术，使主装置引风机排出的烟气量与脱硫装置增压风机吸进的烟气量保持等量同步。消除了脱硫装
置设置对烧结工况带来的干扰，使烧结、脱硫装置运行互不干扰，完全适配。上述措施的采用，不仅稳定了烧结和
脱硫装置运行，而且使风机运行功耗与电动机输出功耗保持相等。从而节省装置运行能耗。
    2. 对烟气温度波动的适应性
    根据烧结烟气温度变化大（100℃~200℃），采取了双向喷淋降温调节控制技术，在烧结烟温大幅波动的状态下，
该双向喷淋降温装置能很好稳定塔内吸收区的温度，保证二氧化硫在塔内连续、稳定地吸收，减少了烟温波动对吸
收系统的冲击。一方面确保了系统脱硫率稳定且达到预定的指标，另一方面降温措施很好地保护了吸收塔内壁的橡
胶衬层，延长了防腐衬层的使用寿命。上述针对性措施有力，实施效果显著。
    3.对烟气中二氧化硫浓度波动的适应性
    该技术根据脱硫装置进出口烟气流量、烟气中二氧化硫浓度、脱硫效率、吸收塔pH值等，自动跟踪调节脱硫剂
加入量，完全适应烟气中二氧化硫浓度波动的要求。
三、新技术在湘钢360m2烧结脱硫项目中的经济性分析
    该新技术在湘钢360m2烧结脱硫项目中得到了成功应用，经过一年的运行，脱硫效率稳定在92%以上，吸收剂
利用率高，Ca/S低，吸系统阻力小，自动化程度高，运行成本较低，所需运行人员较少。且由于系统可靠性高，检
修维护工作量小，对机组和配件以及设备范围内的维护主要是保证安全工作。维修费用仅为增压风机、浆液循环泵、
水泵等设备的基本维护，而水力旋流器、计量装置等关键设备全部或部分采用进口，为非常成熟可靠的产品，性能
稳定，维护量小。湿烟气所经过的烟道、吸收塔等内壁，均采用可靠而有效的防腐措施，所以只需在大修期内进行
必要的检查和维护，在保证寿命期内维护量很小。因此该工程的运行成本相对较低。
四、烧结烟气脱硫技术具有广泛的发展前景
    我国还将烧结烟气脱硫技术列为2020年钢铁行业科技发展指南和科技发展规划重点开发课题。但到目前为止，
我国5亿吨左右的烧结矿产能配套建设烟气脱硫装置的烧结矿产能不足3000万吨，还有4亿多吨烧结矿产能需配套
建设烧结烟气脱硫设施，技术研发和推广的市场空间巨大。
    面对巨大的市场，湿法烧结烟气脱硫技术还应进行深入探讨。
    1. 永清公司的烧结烟气脱硫技术具有一定的先进性，但在脱硫效率、能源利用效率方面距国际水平还有一些差
距，仍需努力攀登。
    2. 脱硫、脱硝、脱二噁英、脱HF/HCl/SO3等酸性气体、脱重金属于一体的一体化烧结烟气脱硫技术，极有可
能逐步取代单组分脱硫技术。
    3. 工艺布置灵活、节地、投资节省、运营成本低、二次污染小、副产物综合利用价值高的技术将成发展的主流。
对湿法来讲固体废弃物的处理一直是人们关注的焦点，从目前来讲永清已经解决了这一问题，但是还应储备新的技
术。
    4. 发展低碳经济已经是国际发展的大趋势。从烧结烟气脱硫技术来讲，“钙基法”脱硫的同时，排放二氧化碳，
理论上，每脱除1吨SO2，需开采石灰石1.6吨，外排石膏2.69吨，外排CO2 0.69吨。这个问题是减排了二氧化
硫增加了二氧化碳，需要引起重视。