摘要半干法作為目前鋼鐵企業(yè)燒結(jié)脫硫工藝的一種，既具有濕法脫硫效率高的優(yōu)點(diǎn)，又具有干法脫硫產(chǎn)物易于處理的特點(diǎn)，是最為實(shí)用的一種脫硫工藝。本文主要介紹了一種旋轉(zhuǎn)噴霧半干法，該半干法的工藝過程是將燒結(jié)煙氣送入吸收塔，同時(shí)霧化器將制備好的石灰漿液霧化成30 μm～ 80 μm 霧滴，兩者進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，由于石灰漿液為極細(xì)小的霧滴，增大了脫硫劑與SO2接觸的面積，所以SO2脫硫率很高，脫硫后的攜帶固體顆粒的煙氣氣流再進(jìn)入到布袋除塵器進(jìn)行氣固分離后，凈煙氣排入大氣; 并簡(jiǎn)單介紹了基于西門子S7-400 系列PLC 開發(fā)的脫硫控制系統(tǒng)的硬件配置、軟件設(shè)計(jì)以及自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成。

0 概述

有研究表明SO2和NOx是霧霾形成的原因之一，為了減少其排放量，國家要求燒結(jié)煙氣必須脫硫脫硝，并制定了嚴(yán)格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。污染物在大氣中的濃度與排放量多少和氣象條件有關(guān)，所以為了藍(lán)天白云，環(huán)保設(shè)備的投入與運(yùn)行勢(shì)在必行。目前，燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫工藝主要有干法、半干法和濕法。干法工藝主要有活性炭吸附法、ENS 法、GSCA雙循環(huán)流化床法等。濕法有石灰石-石膏法、硫銨法、雙堿液法等。半干法有NID煙道循環(huán)法，LJS循環(huán)流化床法、SDA旋轉(zhuǎn)噴霧法。我國燒結(jié)煙氣脫硫， 95%以上都采用濕法或半干法脫硫。從技術(shù)、成本上考慮，半干法目前最為實(shí)用。半干法在濕態(tài)下脫硫，在干態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物，既具用濕法脫硫反應(yīng)速度快、脫硫效率高的優(yōu)點(diǎn)，又具有干法無廢水和廢酸排出污染等優(yōu)點(diǎn)、脫硫后產(chǎn)物易于處理的特點(diǎn)。其中旋轉(zhuǎn)噴霧半干法( 簡(jiǎn)稱SDA) 是半干法其中一種。該工藝先進(jìn)、成熟、可靠、實(shí)用，應(yīng)用比較廣泛。SDA法適用的工藝操作彈性大，能適應(yīng)不同流量、溫度和煙氣成分; 能吸收煙氣中的酸性成分( HCI /HF /SO2 /SO3) ，流程簡(jiǎn)單，環(huán)節(jié)少，占地面積小，工藝布置靈活性相對(duì)較高，投資和運(yùn)行成本都要比濕法低，而且不需增設(shè)煙氣再加熱系統(tǒng)，可使用低質(zhì)量生石灰; 水耗低，可使用廢水，實(shí)現(xiàn)綜合利用，且脫硫不產(chǎn)生廢水。不足之處為價(jià)格昂貴且易磨損的旋轉(zhuǎn)霧化器目前仍需從國外進(jìn)口; 脫硫用的吸收劑為液態(tài)漿液，易發(fā)生注入管道堵塞、結(jié)垢等問題。

1 SDA法工藝原理與流程

燒結(jié)機(jī)機(jī)頭煙氣經(jīng)過電除塵器除塵后，由主抽風(fēng)機(jī)直接送入旋轉(zhuǎn)噴霧干燥( SDA) 吸收塔，與被霧化的石灰漿液接觸，經(jīng)過物理、化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)過程如下所述:

( 1) SO2與漿液主要反應(yīng): SO2 + Ca ( OH)2 →CaSO3+H2O;

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

( 3) 與其他酸性物質(zhì)( 如HF / HCI /SO3) 的反應(yīng): 2HCI+Ca( OH)2→CaCI+H2O，2HF+Ca( OH)2→CaF2+H2O。

反應(yīng)之后，氣體中的SO2被吸收凈化，達(dá)到脫硫效果。參與反應(yīng)的石灰漿液由漿液制備系統(tǒng)完成。首先由外送罐車輸送到石灰倉中，根據(jù)配比加入到消化罐并加水配制而成，石灰漿液經(jīng)振動(dòng)篩篩分后流入石灰漿液罐，配制成合格的石灰漿液。然后根據(jù)原煙氣SO2濃度由漿液泵定量送入置于吸收塔頂部的漿液頂罐，頂罐內(nèi)漿液流入吸收塔頂部霧化器內(nèi)，經(jīng)霧化器霧化成30 μm ～80 μm 的霧滴，與吸收塔內(nèi)煙氣接觸迅速完成吸收SO2的作用，由于石灰漿液為極細(xì)小的霧滴，增大了脫硫劑與SO2接觸的面積，所以，SO2脫硫率很高( 如圖1 所示) 。脫硫并干燥的粉狀顆粒部分沉入塔底排出并由罐車外運(yùn)，其余顆粒隨氣流進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)一步凈化處理。除塵器除下的粉塵灰因含有未反應(yīng)的生石灰，采用刮板輸送機(jī)、罐車送至循環(huán)灰倉，由循環(huán)灰系統(tǒng)制備成漿液繼續(xù)使用。經(jīng)吸收SO2并干燥的含粉料煙氣出吸收塔進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)行氣固分離，凈煙氣由增壓風(fēng)機(jī)抽引到煙囪排入大氣。

2 控制系統(tǒng)

2.1 硬件配置

以400 m2 燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫崗位為例: 自動(dòng)控制系統(tǒng)選用兩臺(tái)操作站，一臺(tái)工程師站，并采用光纖通訊與燒結(jié)主控制室內(nèi)設(shè)有一臺(tái)操作站。另采用網(wǎng)絡(luò)通訊與燒結(jié)控制系統(tǒng)進(jìn)行連鎖設(shè)置及數(shù)據(jù)交換。1套西門子S7-400 系列PLC，操作站之間通過以太網(wǎng)交換機(jī)與PLC 連接，共計(jì)11 個(gè)ET200M 遠(yuǎn)程站，使用17 個(gè)AI 模塊，3個(gè)AO 模塊，33 個(gè)DI 模塊，12個(gè)DO 模塊。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

SDA 脫硫系統(tǒng)控制軟件包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)控制模塊、用戶界面模塊等。PLC軟件部分采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想，整個(gè)功能分為若干具有一定獨(dú)立性的模塊，包括制漿系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、霧化器系統(tǒng)、輸灰清灰系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、公輔系統(tǒng)等子系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)軟件使用Wincc 監(jiān)控程序軟件設(shè)計(jì)，主要包括數(shù)據(jù)采集顯示、數(shù)據(jù)處理及保存、順序控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)等。

2.2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要采集于脫硫設(shè)備狀態(tài)信號(hào)( 開關(guān)量值) ，監(jiān)視脫硫裝置運(yùn)行情況。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障及異常情況發(fā)生時(shí)，畫面以燈光、色變、閃爍等形式向崗位人員報(bào)警提示。主要畫面包括流程圖畫面、報(bào)警畫面、趨勢(shì)圖畫面等。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理和保存

該系統(tǒng)對(duì)一些過程量數(shù)值( 模擬量值) 進(jìn)行采集及處理，崗位人員可根據(jù)采樣周期、保存時(shí)間長(zhǎng)度來進(jìn)行選擇數(shù)據(jù)的保存。

2.2.3 順序控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要根據(jù)工藝要求實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的啟動(dòng)、停止、連鎖選擇等要求，該系統(tǒng)以各個(gè)子功能組成，具備順控、自動(dòng)、手動(dòng)等控制方式。

2.2.4 閉環(huán)控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用PID 閉環(huán)控制功能，具有自動(dòng)、手動(dòng)控制方式，主要包括消化水流量控制、霧化器漿液流量控制、石灰漿液流量控制、漿液濃度控制等系統(tǒng)組成。

3 脫硫效果

國家頒布的《GB28662-2012 鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定要求，SO2的排放限值為200 mg /m3，其中京津冀、長(zhǎng)三角和珠三角特別限制為180 mg /m3。以400 m2 燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫崗位為例，該燒結(jié)需處理煙氣量252×104 m3 /h，分別在脫硫進(jìn)出口煙道安裝煙塵連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)( CEMS 系統(tǒng)) ，該崗位采用雪迪龍SCS-900 煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要有氣體分析儀、在線粉塵煙度計(jì)、皮托管流速計(jì)等組成。檢測(cè)內(nèi)容包括: 煙氣流量、SO2含量、O2含量、溫度、壓力、NOx含量、CO 等信號(hào)。其中，氣體分析儀采用西門子ULTRAMAT 23 氣體分析儀，主要分析SO2含量、NOx、O2含量等?，F(xiàn)隨機(jī)抽取2018 年4 月其中10 天的每日SO2含量進(jìn)行對(duì)比分析，詳情見表1。

從表1 可以看出，脫硫后日平均值遠(yuǎn)低于180 mg /m3，脫硫效率平均值為93.24%，達(dá)到了良好的效果。

4 結(jié)語

目前，燒結(jié)凈化裝置主要以脫硫?yàn)橹?，但隨著國務(wù)院印發(fā)《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》出臺(tái)，強(qiáng)調(diào)以提高環(huán)境質(zhì)量為核心，實(shí)施最嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)制度，主要污染物排放總量大幅減少，全面推進(jìn)達(dá)標(biāo)排放和污染減排，二氧化硫、氮氧化物污染物排放總量減少。所以，鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣的脫硝工作應(yīng)逐步展開，鋼鐵行業(yè)單一脫硫面臨著調(diào)整工藝的要求，集脫硫、脫硝、脫二噁英、脫HF / HCI /SO3等酸性氣體的一體化裝置將得到重視，目前可供鋼鐵行業(yè)選擇的燒結(jié)煙氣脫硫脫硝的技術(shù)主要有: 低溫?zé)煔馔瑫r(shí)脫硫脫硝除塵技術(shù)、活性炭技術(shù)和煙氣氧化脫硝+濕法脫硝+濕電技術(shù)。相信隨著環(huán)保技術(shù)一步步成熟，鋼鐵行業(yè)終會(huì)實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)國家的生態(tài)文明建設(shè)與小康社會(huì)目標(biāo)相適應(yīng)的生活環(huán)境。