卞雙喜

（南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210044）

摘 要：文章致力于煉鐵高爐熱風(fēng)爐脫硫技術(shù)的深入探討與優(yōu)化。首先，通過(guò)介紹煉鐵行業(yè)中脫硫技術(shù)的關(guān)鍵性，強(qiáng)調(diào)其在提高環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)化生產(chǎn)效率及生產(chǎn)高質(zhì)量生鐵方面的重要性。隨后，詳細(xì)闡述高爐煉鐵過(guò)程和熱風(fēng)爐在高爐中的作用及脫硫技術(shù)的基本原理。再次，深入探討脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、設(shè)備選擇與布局，及系統(tǒng)運(yùn)行中關(guān)鍵參數(shù)和控制策略。最后，通過(guò)對(duì)脫硫效果的評(píng)價(jià)方法、系統(tǒng)可能遇到的問(wèn)題和技術(shù)改進(jìn)與性能提升的優(yōu)化策略的詳盡分析，為煉鐵高爐熱風(fēng)爐脫硫系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化和推動(dòng)煉鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了深刻的理論指導(dǎo)和實(shí)踐建議。

關(guān)鍵詞：煉鐵高爐；熱風(fēng)爐；脫硫；環(huán)保；高效生產(chǎn)

1 研究背景和意義

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，煉鐵行業(yè)對(duì)環(huán)保和資源利用的要求越來(lái)越高。硫排放是煉鐵過(guò)程中的環(huán)境問(wèn)題受到業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，因此，煉鐵高爐熱風(fēng)爐脫硫技術(shù)的研究變得尤為重要。通過(guò)對(duì)煉鐵高爐熱風(fēng)爐脫硫技術(shù)的深入研究，不僅可提高煉鐵過(guò)程中硫排放的控制水平，減少對(duì)環(huán)境的不良影響，還有助于提高生產(chǎn)效率，降低能耗，為煉鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 煉鐵高爐熱風(fēng)爐脫硫技術(shù)概述

2.1 高爐煉鐵過(guò)程簡(jiǎn)介

高爐煉鐵是一種主要利用鐵礦石進(jìn)行冶煉的工藝過(guò)程，其基本流程包括鐵礦石的還原、熔融和分離等步驟。在高爐內(nèi)，通過(guò)噴吹煤氣或其他還原劑，將鐵礦石中的氧化鐵還原為金屬鐵，產(chǎn)生高溫的鐵水。同時(shí)，高爐內(nèi)形成的爐渣通過(guò)重力分離，將雜質(zhì)與金屬鐵有效分離。高爐在煉鐵過(guò)程中不僅完成鐵礦石的還原和熔融，還通過(guò)控制溫度、氣氛和流動(dòng)等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵水質(zhì)量的調(diào)控，確保最終產(chǎn)出的生鐵符合工業(yè)生產(chǎn)的要求^［1］ 。

2.2 熱風(fēng)爐在高爐中的作用

高爐煉鐵過(guò)程中，熱風(fēng)爐作為一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，其功能和作用在整個(gè)冶煉過(guò)程中至關(guān)重要。首先，熱風(fēng)爐負(fù)責(zé)產(chǎn)生高溫、高壓的熱風(fēng)，該熱風(fēng)被引入高爐內(nèi)，用于實(shí)現(xiàn)鐵礦石的還原反應(yīng)。通過(guò)高溫?zé)犸L(fēng)的引入，熱風(fēng)爐有效提高了高爐內(nèi)部的溫度，促進(jìn)了還原反應(yīng)的進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)了鐵礦石中的氧化鐵向金屬鐵的還原轉(zhuǎn)化。

在脫硫過(guò)程中，熱風(fēng)爐發(fā)揮著重要的作用。鐵礦石中硫的含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致生鐵質(zhì)量下降，并對(duì)環(huán)境造成不良影響。熱風(fēng)爐通過(guò)提供適當(dāng)?shù)臍夥蘸蜏囟葪l件，促使高爐內(nèi)硫與還原氣體發(fā)生反應(yīng)，生成易揮發(fā)的硫化氫。這一反應(yīng)是脫硫的關(guān)鍵步驟，通過(guò)熱風(fēng)爐的精確控制，可最大限度地將硫從鐵水中移除，提高生鐵的質(zhì)量。

此外，熱風(fēng)爐還在高爐內(nèi)部形成了一定的熱風(fēng)流動(dòng)，有助于爐內(nèi)溫度的均勻分布，防止?fàn)t料結(jié)塊，提高了冶煉的穩(wěn)定性和效率。通過(guò)對(duì)熱風(fēng)爐操作參數(shù)的調(diào)節(jié)，如熱風(fēng)溫度、流量和氣氛的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐煉鐵過(guò)程的精確調(diào)控，從而優(yōu)化生產(chǎn)條件，提高脫硫效果，降低對(duì)環(huán)境的不良影響。

2.3 脫硫技術(shù)的基本原理

脫硫技術(shù)在高爐煉鐵過(guò)程中的應(yīng)用是為了降低硫在生鐵中的含量，提高產(chǎn)品質(zhì)量并減少對(duì)環(huán)境的污染。其基本原理主要包括吸收和氧化兩個(gè)關(guān)鍵機(jī)理。

首先，吸收是一種常見的脫硫機(jī)理，通常通過(guò)在高爐內(nèi)引入適當(dāng)?shù)奈談?shí)現(xiàn)。吸收劑往往是堿性物質(zhì)，如石灰石（CaCO₃ ）或者堿性水溶液。在高爐內(nèi)，這些吸收劑與硫氣（SO₂ ）反應(yīng)，生成相對(duì)穩(wěn)定的化合物，例如硫酸鹽。這個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

CaCO₃+SO₂+O₂→CaSO₄+CO₂↑

這里，CaSO₄ 是生成的硫酸鹽，CO₂ 是產(chǎn)生的二氧化碳，而這些化合物在后續(xù)的處理過(guò)程中可以被更容易地分離和處理。

其次，氧化是另一種脫硫的關(guān)鍵機(jī)理。在高爐煉鐵過(guò)程中，氧化通常通過(guò)引入氧氣或者其他氧化劑實(shí)現(xiàn)。

氧化劑的引入使得硫氣被氧氣氧化成二氧化硫（SO₂ ）：

S+O₂→SO₂ 

接著，二氧化硫可能會(huì)進(jìn)一步氧化為三氧化硫（SO₃ ）：

2SO₂+O₂→2SO₃ 

這些氧化反應(yīng)帶有放熱的性質(zhì)，提供了附加的熱能，有助于維持高爐內(nèi)的溫度。

3 熱風(fēng)爐脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行

3.1 脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于高爐煉鐵過(guò)程的環(huán)保效果和生產(chǎn)效率至關(guān)重要。在設(shè)計(jì)脫硫系統(tǒng)時(shí)，需要考慮一系列關(guān)鍵原則，其中設(shè)備選型和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)過(guò)程中的兩個(gè)核心方面。

首先，在設(shè)備選型方面，需要選擇合適的脫硫設(shè)備以確保高效脫硫效果。常見的脫硫設(shè)備包括濕法脫硫和干法脫硫系統(tǒng)。濕法脫硫系統(tǒng)主要通過(guò)噴射適量的吸收劑，如石灰漿液，與硫氣反應(yīng)生成硫酸鹽，并通過(guò)排除廢水的方式將硫排除。干法脫硫系統(tǒng)則依賴于固態(tài)吸收劑，如活性炭或氫氧化鈣，吸附硫氣并形成易處理的固體廢物。設(shè)備的選型應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)的規(guī)模、硫含量、處理效率以及對(duì)環(huán)境的影響，以達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保效果^［2］ 。

其次，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面，需要考慮如何合理布局脫硫設(shè)備，確保其與高爐煉鐵系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行。一般而言，脫硫系統(tǒng)應(yīng)與高爐主體結(jié)構(gòu)緊密銜接，以便高效傳遞熱能和物質(zhì)。合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅包括脫硫設(shè)備的布局，還需考慮管道連接、氣流分布等細(xì)節(jié)。此外，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注重對(duì)脫硫系統(tǒng)與整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的集成，以最大程度地提高能源利用效率，降低維護(hù)成本。

3.2 脫硫設(shè)備選擇與布局

脫硫設(shè)備的選擇與布局是煉鐵高爐熱風(fēng)爐脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響著脫硫效果和整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的高效性與穩(wěn)定性。

脫硫設(shè)備的選擇需要綜合考慮不同類型的脫硫技術(shù)及其適用場(chǎng)景。濕法脫硫通常采用噴淋塔、吸收塔等設(shè)備，通過(guò)液體吸收劑噴淋來(lái)與硫氣發(fā)生反應(yīng)，形成易處理的硫酸鹽。干法脫硫則主要包括旋風(fēng)除塵器、電除塵器等，其特點(diǎn)是通過(guò)固態(tài)吸收劑吸附硫氣。干法脫硫的設(shè)備工藝如圖 1 所示。選擇合適的設(shè)備需要考慮硫氣濃度、處理量、成本效益等多個(gè)因素，以確保設(shè)備能夠適應(yīng)高爐實(shí)際工藝條件，達(dá)到高效的脫硫效果。

在脫硫設(shè)備的布局方面，要確保設(shè)備與高爐的協(xié)同運(yùn)行。一般而言，脫硫設(shè)備應(yīng)布置在高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)附近，以便在系統(tǒng)運(yùn)行中更好地協(xié)同工作。合理的布局應(yīng)考慮設(shè)備之間的熱能傳遞、廢氣處理和硫酸鹽產(chǎn)物的排除等問(wèn)題。此外，布局還需充分考慮設(shè)備的維護(hù)和操作便捷性，以確保系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。

為了提高系統(tǒng)運(yùn)行的高效性和穩(wěn)定性，脫硫設(shè)備的選擇與布局還需要結(jié)合先進(jìn)的控制系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵參數(shù)，如溫度、壓力、氣流速度等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的精確控制，調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，以適應(yīng)不同工況，保障脫硫效果的最優(yōu)化。

3.3 系統(tǒng)運(yùn)行中的關(guān)鍵參數(shù)和控制策略

在煉鐵高爐熱風(fēng)爐脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行中，深入了解系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)和制定有效的控制策略是確保系統(tǒng)高效運(yùn)行和脫硫效果最優(yōu)化的關(guān)鍵步驟。首先，需要關(guān)注的是多個(gè)方面的關(guān)鍵參數(shù)，其中溫度是至關(guān)重要的因素。脫硫反應(yīng)對(duì)溫度敏感，因此需要確保系統(tǒng)處于適宜的溫度范圍，以提高反應(yīng)速率和脫硫效果。此外，氣流速度、吸收劑濃度、硫氣濃度等參數(shù)也是影響脫硫效果的重要因素。詳細(xì)監(jiān)測(cè)和分析這些參數(shù)的變化，深入了解它們之間的相互關(guān)系，為后續(xù)的控制策略制定提供了必要的基礎(chǔ)^［3］ 。

在控制策略方面，建立智能化的監(jiān)控系統(tǒng)是至關(guān)重要的。采用先進(jìn)的儀表和傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)采集和高精度監(jiān)測(cè)。通過(guò)建立這樣的監(jiān)控系統(tǒng)，可以獲得系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，為制定自動(dòng)控制策略提供支持。例如，在溫度方面，系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)調(diào)整燃燒系統(tǒng)和熱風(fēng)爐的操作參數(shù)，以保持系統(tǒng)溫度在最佳范圍內(nèi)。對(duì)于氣流速度等參數(shù)，通過(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)調(diào)控。

另外，對(duì)于濕法脫硫系統(tǒng)而言，液體吸收劑的循環(huán)和補(bǔ)給是需要特別關(guān)注的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)監(jiān)測(cè)吸收劑濃度、流量等參數(shù)，可以制定合理的補(bǔ)給策略，確保系統(tǒng)中吸收劑得到充分利用。這包括在脫硫反應(yīng)中消耗的吸收劑量和總供給吸收劑量之間的平衡，通過(guò)調(diào)整補(bǔ)給策略，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和脫硫效果的最優(yōu)化。

4 脫硫效果分析與優(yōu)化策略

4.1 脫硫效果的評(píng)價(jià)方法

脫硫效果的評(píng)價(jià)是煉鐵高爐熱風(fēng)爐脫硫系統(tǒng)性能分析的關(guān)鍵步驟，合理選擇評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)對(duì)于系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)至關(guān)重要。在進(jìn)行脫硫效果評(píng)價(jià)時(shí)，常采用的方法和指標(biāo)主要包括硫去除效率、廢氣中硫含量、吸收劑利用率等。

首先，硫去除效率是評(píng)價(jià)脫硫效果的核心指標(biāo)之一。硫去除效率表示通過(guò)脫硫系統(tǒng)處理后，從原始燃料中去除的硫的百分比。其計(jì)算公式為：

硫去除效率的提高意味著系統(tǒng)更有效地剔除了硫污染物，是系統(tǒng)性能改進(jìn)的直觀指標(biāo)。

其次，廢氣中硫含量也是一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過(guò)在系統(tǒng)出口處監(jiān)測(cè)廢氣中的硫含量，可以直觀地了解系統(tǒng)對(duì)硫的處理效果。低廢氣中硫含量表明系統(tǒng)成功地將硫排除，有助于降低對(duì)環(huán)境的污染。

另一個(gè)關(guān)鍵的指標(biāo)是吸收劑利用率。對(duì)于濕法脫硫系統(tǒng)，吸收劑（如石灰漿液）的利用率反映了其在脫硫過(guò)程中的有效利用程度。吸收劑的充分利用對(duì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性都具有重要意義。吸收劑利用率的計(jì)算方式為：

通過(guò)監(jiān)測(cè)和分析這些評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以全面了解脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行調(diào)整。

4.2 系統(tǒng)運(yùn)行中可能遇到的問(wèn)題分析

首先，脫硫效果不理想。這可能由于各種因素引起，包括吸收劑濃度不足、溫度過(guò)低、硫氣濃度波動(dòng)等。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析系統(tǒng)運(yùn)行中的關(guān)鍵參數(shù)，特別是硫含量、溫度和吸收劑濃度等，可以幫助確定具體問(wèn)題的根本原因。對(duì)于吸收劑不足的情況，可能需要調(diào)整噴淋量或者增加吸收劑的濃度；對(duì)于溫度過(guò)低的情況，可能需要調(diào)整燃燒系統(tǒng)或者熱風(fēng)爐的運(yùn)行參數(shù)。

其次，系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)的不穩(wěn)定可能導(dǎo)致脫硫效果的波動(dòng)，甚至系統(tǒng)的停機(jī)。這可能由于設(shè)備故障、控制系統(tǒng)不穩(wěn)定、吸收劑循環(huán)不暢等原因引起。對(duì)于這類問(wèn)題，需要進(jìn)行系統(tǒng)故障診斷，包括儀表檢測(cè)、傳感器校準(zhǔn)、設(shè)備維護(hù)等，確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

第三，廢棄物處理。濕法脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水中含有硫酸鹽等物質(zhì)，需要經(jīng)過(guò)合理的處理和處置，以防止對(duì)環(huán)境造成二次污染。技術(shù)改進(jìn)的切入點(diǎn)可能在于優(yōu)化廢水處理工藝，提高廢水處理效率，減少環(huán)境負(fù)擔(dān)。

4.3 技術(shù)改進(jìn)與性能提升的優(yōu)化策略

為實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)性能的提升，必須采用有效的技術(shù)改進(jìn)策略，深入分析系統(tǒng)的弱點(diǎn)，并有針對(duì)性地提出

改進(jìn)建議。首先，改進(jìn)脫硫劑的選擇和配比。對(duì)于濕法脫硫系統(tǒng)，不同種類的吸收劑有不同的反應(yīng)特性和吸收效率，因此優(yōu)化選擇和合理配比吸收劑可以提高脫硫效果?？赡艿母倪M(jìn)策略包括嘗試新型吸收劑、調(diào)整吸收劑的濃度等，以尋求更高效的硫去除效果。

其次，改進(jìn)高爐操作參數(shù)，如提高高爐溫度和調(diào)整氣氛，以優(yōu)化脫硫反應(yīng)條件。通過(guò)增加高爐溫度，可以提高硫的揮發(fā)性，有助于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。此外，調(diào)整氣氛，使其更加還原性，可以促進(jìn)硫的還原反應(yīng)，有助于提高脫硫效果。

另一個(gè)優(yōu)化策略是改進(jìn)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。引入先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)，通過(guò)對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精確調(diào)控，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的智能化。這不僅能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還有助于在不同工況下調(diào)整操作參數(shù)，以達(dá)到最佳的脫硫效果。

此外，可以考慮引入先進(jìn)的脫硫設(shè)備和技術(shù)。例如，采用更高效的濕法脫硫設(shè)備，改進(jìn)噴淋塔結(jié)構(gòu)或者優(yōu)化濕法脫硫工藝，以提高硫酸鹽的形成和分離效率。對(duì)于干法脫硫系統(tǒng)，可以考慮引入新型的固態(tài)吸收劑，提高其吸附硫的效能^［4］ 。

最后，對(duì)系統(tǒng)的廢棄物處理進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)也是一個(gè)重要的方向。優(yōu)化廢水處理工藝，提高廢水處理效率，減少對(duì)環(huán)境的不良影響。這可能包括采用更先進(jìn)的廢水處理設(shè)備、優(yōu)化廢水處理工藝流程等。

5 結(jié)束語(yǔ)

在煉鐵高爐熱風(fēng)爐脫硫研究中，通過(guò)深入分析煉鐵高爐熱風(fēng)爐脫硫技術(shù)的背景、原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，深刻理解了該技術(shù)在提高生鐵質(zhì)量、減少環(huán)境污染方面的關(guān)鍵作用。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中可能遇到的問(wèn)題的分析，發(fā)現(xiàn)了提升系統(tǒng)性能的潛在瓶頸。進(jìn)一步通過(guò)技術(shù)改進(jìn)與性能提升的優(yōu)化策略，尋求了提高脫硫效果和系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的途徑。這些研究為煉鐵行業(yè)在高效脫硫、節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展方面提供了科學(xué)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信在未來(lái)的工程實(shí)踐中，這些研究將為煉鐵生產(chǎn)的環(huán)保與高效做出更為重要的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

［1］肖俊軍，孫同華，畢傳光，等.高爐煤氣脫硫技術(shù)措施探討［C］.//2019 年全國(guó)高爐煉鐵學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2019：425-429.

［2］楊凡.高爐熱風(fēng)爐煙氣脫硫超低排放改造方案分析［J］.冶金動(dòng)力，2022，（5）：101-105.

［3］許芳芳.高爐熱風(fēng)爐煙氣脫硫技術(shù)的研究［J］.警戒線，2020，（39）：157-158.

［4］向葉楠.高爐熱風(fēng)爐煙氣脫硫脫硝工藝選擇及應(yīng)用［J］.中國(guó)資源綜合利用，2023，41（5）：174-176+189.