摘要:鋼鐵工業(yè)是造成大氣污染比較嚴重的行業(yè)之一,而燒結工序又是鋼鐵工業(yè)的主要污染源。燒結煙氣脫硫成為鋼鐵企業(yè)SO2 減排的重點,減排形勢日趨嚴重。本文闡述了鋼鐵企業(yè)燒結煙氣的現(xiàn)狀,介紹了國內外常見的幾種燒結煙氣脫硫技術及其特點,指出了我國鋼鐵企業(yè)在選擇燒結煙氣脫硫工藝技術時要重點考慮的因素。

關鍵詞:鋼鐵,燒結煙氣,脫硫

20 世紀90 年代以來,中國鋼鐵業(yè)快速發(fā)展,粗鋼產(chǎn)量已連續(xù)12 年居世界首位。2008 年,中國粗鋼產(chǎn)量達到510048 億噸, 約占世界粗鋼產(chǎn)量的 37.6 %,是世界上最大的鋼材生產(chǎn)國和消費國。

隨著鋼鐵工業(yè)的跨越式發(fā)展,環(huán)境污染問題也越來越嚴重�！秶窠�(jīng)濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》要求,十一五期間,我國鋼鐵企業(yè)GDP 能耗降低20 % ,主要污染物排放總量減少10 %[ 1 ] ,這是具有約束性的強制性指標。根據(jù)我國重點鋼鐵企業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,燒結工序SO2 排放量占鋼鐵行業(yè)排放量的比例逐年提高,由2000 年的5116 %提高到2007 年的75 % ,燒結煙氣脫硫成為鋼鐵企業(yè)SO2 減排的重點,減排形勢日趨嚴重。

1 　我國鋼鐵業(yè)燒結煙氣脫硫現(xiàn)狀

在鋼鐵企業(yè)的SO2 排放中, 燒結工序煙氣的 SO2 排放占總量的40 %～75 %。目前燒結工序的 SO2 排放量在2142～3122kg/ t ,經(jīng)過治理后的排放量在018～210kg/ t 。至2008 年底,國內已經(jīng)裝備燒結煙氣脫硫裝置的企業(yè)有包鋼、濟鋼、柳鋼、石鋼、三明、梅鋼、寶鋼、邯鋼、韶鋼、昆鋼等企業(yè),國家環(huán)境保護部等部門已經(jīng)對其實際脫硫效果進行了評估。

隨著國家節(jié)能減排力度的不斷加強,鋼鐵企業(yè)加快了建設燒結脫硫工程的步伐,2009 年擬建燒結煙氣脫硫裝置的鋼鐵企業(yè)有幾十家,主要有宣鋼、攀鋼、柳鋼、武鋼、梅鋼、萊鋼、馬鋼、漣鋼、杭鋼等企業(yè),選擇的脫硫工藝主要有循環(huán)硫化床、石灰石- 石膏法、氨 - 硫銨法、密相干塔法等。

2 　國內外燒結煙氣脫硫方法

燃煤電廠煙氣脫硫技術經(jīng)過多年的摸索,技術和市場成熟,配套政策完善,而我國鋼鐵行業(yè)燒結煙氣脫硫剛剛起步,燒結煙氣脫硫可以借鑒國外燒結煙氣脫硫技術和燃煤電廠的成功經(jīng)驗和教訓,但不能簡單移植,要根據(jù)燒結煙氣的特點和企業(yè)的情況而定。

2.1 　燒結煙氣特點

鋼鐵行業(yè)燒結煙氣是燒結混合料點火后隨臺車運行,在高溫燒結過程中產(chǎn)生的含塵廢氣。燒結煙氣具有以下特點:

1) 不穩(wěn)定性。由于燒結自身工藝不穩(wěn)定,原料成份和配比不穩(wěn)定,所產(chǎn)生的煙氣流量、溫度、SO2 濃度會有大幅度變動,且變化頻率高。煙氣流量變化可高達30 %以上,煙氣溫度變化可在80～180 ℃范圍內變化,SO2 濃度值取決于所用鐵礦粉、溶劑、燃料及其他添加物成分等,變化范圍在400～5000mg/ Nm3 之間;

2) 含水量大, 燒結煙氣水分含量可達8 %～ 12 %。

3) 煙氣含塵顆粒更細和重金屬含量更多,除含有 SO2 外,還含有HF、HCL 、二噁英等。

2.2 　燒結煙氣脫硫方法及特點

燒結煙氣脫硫的主要方法有濕法、半干法、活性炭吸附等,其中濕法主要分為石灰石- 石膏法、氨- 硫銨法、海水脫硫法等;半干法從工藝上分為循環(huán)流化床法、密相干塔等;活性焦吸附法是一種干法脫硫技術,在脫硫同時可實現(xiàn)脫硝、脫二噁英、脫重金屬等。

1) 石灰石- 石膏法。燒結煙氣經(jīng)增壓風機增壓后進入吸收塔。在吸收塔內與制備系統(tǒng)打入的石灰漿液充分混合,除去煙氣中SO2 后經(jīng)除霧器排入煙囪。吸收塔的石膏漿液通過石膏排出泵送入石膏水力旋流站濃縮,濃縮后的石膏漿液即可以進入真空皮帶脫水機脫水后儲存,石膏可用于加工石膏板,作為水泥中的緩凝劑[ 2 ] 。

石灰石- 石膏法主要的主要特點為脫硫效率高, 可達95 %;系統(tǒng)運行可靠,適應燒結機煙氣變化能力更強;脫硫劑價格便宜。但系統(tǒng)占地面積大,投資及運行費用高,系統(tǒng)需防腐,不能去除重金屬、二噁英等污染物,容易造成二次污染。適合于水資源和石灰石充足且石膏可以實現(xiàn)再利用地區(qū)的鋼鐵企業(yè)。

2) 氨- 硫銨法。主要工藝為燒結煙氣經(jīng)增壓風機增壓后,進入脫硫塔中部,高溫煙氣在該段冷卻,發(fā)生氣液傳質和傳熱、化學吸收過程,煙氣中SO2 與吸收劑反應生成亞硫酸銨和亞硫酸氫銨,反應后的漿液在脫硫塔底部的氧化池進行氧化為硫酸銨。硫酸銨漿液蒸發(fā)結晶后儲存。

氨- 硫銨法的主要特點為反應速度快,脫硫劑利用率高,脫硫效率高,可達95 % ,副產(chǎn)物硫酸銨市場容量大,系統(tǒng)阻力小,能耗低,占地面積相對較小。但脫硫劑氨價格高,使脫硫成本高,系統(tǒng)需防腐,不能去除重金屬、二噁英等多種污染物。可以利用焦化工業(yè)副產(chǎn)物焦化氨,以廢制廢,實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟,降低運行成本。適用于有焦化工業(yè)、電力供應緊張且場地狹小的鋼鐵企業(yè)。

3) 海水脫硫法。主要工藝為利用豐富的海水作為脫硫劑,吸收煙氣中的SO2 最終產(chǎn)生穩(wěn)定的硫酸鹽,調節(jié)脫硫后溶液PH 值,滿足我國海水PH 值大于618 的排放標準,以保證海洋環(huán)境安全,使溶液直接排入大海。

海水脫硫法的主要特點為節(jié)約淡水資源,系統(tǒng)維護量小、能耗和運行費用低,建設周期短,脫硫效率大于95 % ,工藝流程簡單,設備集中,占地小,基建投資低。當燒結煙氣中的SO2 濃度高于1500mg/ m3 時脫硫效果會降低。目前此法在電廠有應用,燒結機還未進行應用,仍需進一步開發(fā),沿海鋼鐵企業(yè)可以考慮其可行性。

4) 循環(huán)流化床法。主要工藝為煙氣從吸收塔底部進入,經(jīng)文丘里管加速后與加入的吸收劑(消石灰) 、循環(huán)灰(通過循環(huán)斜槽返回吸收塔) 及水發(fā)生反應,除去煙氣中的SOX、HCL 、HF、CO2 等氣體。攜帶大量吸收劑、吸附劑和反應產(chǎn)物的煙氣從吸收塔頂部側向下行進入脫硫布袋除塵器,進行氣固分離。經(jīng)氣固分離后的煙氣含塵量不超過50mg/ Nm3 ,凈煙氣通過煙囪排往大氣,脫硫效率大于90 %。

循環(huán)流化床法的主要特點為系統(tǒng)阻力小,能耗低,運行費用相對較低;占地面積小,無需防腐,投資較低;脫硫副產(chǎn)物成分復雜,無法利用,相對濕法脫硫效果低。適合于水資源缺乏地區(qū)的企業(yè)和缺少建設土地的老舊燒結改造。

5) 密相干塔法。密相塔煙氣脫硫技術是結合德國先進技術,開發(fā)研制適合中國國情的一種半干法燒結煙氣脫硫技術,是將細粉狀的脫硫劑在加濕器內加濕,將水均勻分配到循環(huán)脫硫灰顆粒的表面,加濕后的粉料與SO2 反應,生成CaSO3 和CaSO4 ,同時降低煙氣溫度[ 3 ] 。經(jīng)過幾代工程實踐和改進,目前也是比較成熟的鋼鐵企業(yè)燒結煙氣脫硫技術。

密相塔煙氣脫硫的工藝流程簡單,設備少,操作容易;物料不結塊,流動性好;操作溫度高于露點,沒有腐蝕或冷凝現(xiàn)象,無廢水產(chǎn)生;適應性強,對煙氣負荷、SO2 濃度、溫度的變化適應能力極強,脫硫效率高,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,系統(tǒng)簡單容易控制,投資較低,運行成本低。循環(huán)灰和煙氣在塔內的速度和停留時間可達到理想的預定設計值,這也是脫硫塔煙氣脫硫技術的一大優(yōu)勢。

6) 活性炭吸附法�；钚蕴繜煔饷摿蚣夹g工藝流程較簡單,它是靠活性碳表面孔隙進行吸附,副產(chǎn)物為硫酸或硫磺,工藝系統(tǒng)主要包括:預除塵系統(tǒng)、吸附系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、解吸系統(tǒng)和副產(chǎn)物回收系統(tǒng)。經(jīng)過燒結除塵器除塵后的燒結煙氣進入活性炭吸附塔,在吸附塔內完成脫硫反應,凈化后的煙氣經(jīng)煙囪排入大氣。吸附了SO2 等氣體的活性炭層進入解吸塔,通過加熱的方式把SO2 解吸出來,生成高濃度SO2 氣體。解吸后的活性炭經(jīng)篩分后返回吸附塔循環(huán)使用[ 4 ] 。在整個脫硫過程中不消耗水,無廢水、廢渣產(chǎn)生,且活性炭再生后可重復利用,脫硫同時可實現(xiàn)脫硝、脫二噁英、凈化HCL 、HF 和重金屬等,但它的投資及運行費用均較高,能耗大。在日本、韓國已得到了廣泛應用。針對我國國情,目前在我國鋼鐵行業(yè)還沒有得到應用,仍需進一步開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的技術, 以便盡快應用。

3 　結束語

日前,幾種比較常見的燒結煙氣脫硫工藝技術, 在投資、脫硫效益、運行費用、副產(chǎn)品回收利用等方面各有不同特點,尚不能說哪一種工藝流程為最佳方案,也不能說哪一種技術最為成熟,鋼鐵企業(yè)燒結煙氣脫硫剛剛起步,需重點關注投資、運行費用、技術成熟度、設備壽命、脫硫效率、脫硫裝置布置、脫硫劑的來源、副產(chǎn)品的處置等關鍵問題,脫硫工藝技術的選取要用系統(tǒng)工程的理論觀點,根據(jù)各企業(yè)的具體情況,進行技術經(jīng)濟綜合對比慎重選取。

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