活性炭法的原理是燒結(jié)機(jī)排出的煙氣經(jīng)旋風(fēng)除塵器簡(jiǎn)單除塵后, 粉塵濃度從1 000 mg/ m3 降為 250 mg/ m3 ,由主風(fēng)機(jī)排出。煙氣經(jīng)升壓鼓風(fēng)機(jī)后送往移動(dòng)床吸收塔,并在吸收塔入口處添加脫硝所需的氨氣。煙氣中的SOx 、NOx 在吸收塔內(nèi)進(jìn)行反應(yīng),生成的硫酸和銨鹽被活性炭吸附除去。吸附了硫酸和銨鹽的活性炭送入脫離塔,經(jīng)加熱至400 ℃ 左右即可解吸出高濃度SO2 。解吸出的高濃度SO2 可以用來(lái)生產(chǎn)高純度硫磺(99.95 %以上) 或濃硫酸 (98 %以上) ,再生后的活性炭經(jīng)冷卻篩去除雜質(zhì)后送回吸收塔進(jìn)行循環(huán)使用?；钚蕴糠ㄔ谶M(jìn)行煙氣處理過(guò)程中煙氣溫度并沒(méi)有下降,故無(wú)需再對(duì)處理后的煙氣加熱來(lái)進(jìn)行排放,這有別于其它脫硫技術(shù)。

活性炭法具有脫除污染物功能強(qiáng)、占地面積小、副產(chǎn)物可利用、不產(chǎn)生二次污染等許多優(yōu)點(diǎn)。

4 　中國(guó)燒結(jié)煙氣脫硫的發(fā)展

4. 1 　應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究促進(jìn)技術(shù)開(kāi)發(fā)

對(duì)首鋼、鞍鋼、攀鋼和石鋼等多家企業(yè)的燒結(jié)煙氣SO2 濃度進(jìn)行實(shí)地測(cè)量,得出的普遍結(jié)論是沿?zé)Y(jié)機(jī)運(yùn)行方向SO2 濃度呈現(xiàn)出兩頭低、中間高的特點(diǎn)。但是隨著燒結(jié)機(jī)規(guī)模、原料硫負(fù)荷、配比、堿度、操作參數(shù)、煙氣含氧量等因素不同[6 ] ,SO2 的總排放濃度從300～5 000 mg/ m3 不等,差異很大; SO2 濃度沿?zé)Y(jié)機(jī)運(yùn)行方向分布曲線的峰值位置可能發(fā)生偏移,各個(gè)因素的具體影響程度,需要從應(yīng)用基礎(chǔ)理論上進(jìn)行研究,輔以相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn),從而對(duì)燒結(jié)煙氣SO2 的生成、排放機(jī)理進(jìn)行深入研究,為后續(xù)煙氣脫硫裝置的開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

4. 2 　燒結(jié)煙氣脫硫工藝的選擇

4. 2. 1 　技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)與運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

(1) 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)

有些脫硫技術(shù)雖然在燒結(jié)煙氣脫硫領(lǐng)域有成功實(shí)例,但是由于企業(yè)間的原燃料條件等不同,不能簡(jiǎn)單照搬;有些脫硫技術(shù)雖然在電廠應(yīng)用獲得成功,但是由于燒結(jié)煙氣與電廠煙氣性質(zhì)差異很大,所以也不能簡(jiǎn)單地移植;有些脫硫技術(shù)理論成熟,尚無(wú)工業(yè)應(yīng)用實(shí)例,也可能要從發(fā)展前景上仔細(xì)斟酌。任何一種脫硫技術(shù),企業(yè)都應(yīng)該根據(jù)自身的原燃料和工藝條件進(jìn)行論證。

(2) 運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)主要包括燒結(jié)脫硫裝置的安全性和可靠性。例如:石灰2石膏法較易腐蝕、磨損,有時(shí)甚至導(dǎo)致管路堵塞;氨2硫酸銨法當(dāng)脫硫劑焦化氨水不足時(shí),需要補(bǔ)充液氨,液氨屬于化學(xué)危險(xiǎn)品,運(yùn)輸、存儲(chǔ)要求較高,而且要防范氨氣殘留溢出的危險(xiǎn);循環(huán)流化床法由于煙氣量波動(dòng)常會(huì)引起吸收劑的流化狀態(tài)不穩(wěn)定,要避免出現(xiàn)堵塞、失流、塌床等現(xiàn)象的發(fā)生[7 ] ;海水脫硫法因燒結(jié)煙氣成分復(fù)雜可能有時(shí)會(huì)污染海域;電子束照射法必須要有嚴(yán)格龐大的放射線防護(hù)設(shè)施,其產(chǎn)生的臭氧對(duì)脫硫裝置常有腐蝕。當(dāng)然,每一技術(shù)都存在一定的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),關(guān)鍵在于如何對(duì)其進(jìn)行有效的完善和改進(jìn),最大程度地降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

4. 2. 2 　投資成本與運(yùn)行成本

(1) 投資成本

濕法煙氣脫硫技術(shù),如石灰2石膏法和氨2硫酸銨法,由于工藝比較復(fù)雜,投資較大;半干法煙氣脫硫技術(shù),如密相塔法和循環(huán)流化床法,由于取消了濕法脫硫工藝中的制漿、增稠和脫水等設(shè)備,工藝比較簡(jiǎn)單,投資較少;活性炭法由于設(shè)備造價(jià)高,活性炭?jī)r(jià)格貴,尤其硫資源回收處理等外圍系統(tǒng)復(fù)雜,投資巨大且運(yùn)行費(fèi)用很高。

(2) 運(yùn)行成本

投資成本是一次性的,而運(yùn)行成本是長(zhǎng)期的?？紤]這兩個(gè)因素時(shí),要把運(yùn)行成本放在第一位。運(yùn)行成本主要與脫硫劑和副產(chǎn)物有關(guān)。

①脫硫劑

脫硫劑的用量和價(jià)格與運(yùn)行成本的高低有很大關(guān)系。石灰2石膏法、密相塔法、循環(huán)流化床法等使用的脫硫劑為石灰或者石灰石,氨2硫酸銨法使用的脫硫劑為氨水(焦化氨水或者液氨) ,活性炭法使用的是活性炭。

對(duì)于使用石灰或者石灰石作為脫硫劑的脫硫系統(tǒng),鈣硫比是影響系統(tǒng)脫硫效率和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要參數(shù),它是指加入系統(tǒng)的新脫硫劑中鈣的摩爾數(shù)與煙氣中被脫除的硫的摩爾數(shù)的比值。中國(guó)石灰石資源豐富,除上海、香港、澳門(mén)外,在各省區(qū)均有分布。氨2硫酸銨法的脫硫劑可以使用焦化氨水,做到 “以廢制廢”,但首先要求企業(yè)要有焦化廠,而且焦化廠的氨水產(chǎn)量與燒結(jié)脫硫所需基本平衡。

活性炭法的活性炭損耗較高,即使循環(huán)使用,每脫除1 t SO2 ,活性炭損失在150 kg 左右。因活性炭?jī)r(jià)格較貴,通過(guò)選擇特殊的原料和炭化活化工藝制成性能優(yōu)越、價(jià)格低廉的脫硫活性炭是一重要的課題。日本東北大學(xué)有山達(dá)郎教授與北京科技大學(xué)合作,研究開(kāi)發(fā)用廢木材、廢紙屑和廢塑料等有機(jī)廢棄物加工活性炭工藝,活性炭產(chǎn)品的強(qiáng)度和比表面積均達(dá)到使用要求[8 ] 。

②副產(chǎn)物與循環(huán)經(jīng)濟(jì)

按照循環(huán)經(jīng)濟(jì)的原則,脫硫副產(chǎn)物的價(jià)值高低、能否利用已經(jīng)成為影響脫硫技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

石灰2石膏法是目前燒結(jié)脫硫最成熟的技術(shù),副產(chǎn)物為純度90 %以上的石膏,日本20 世紀(jì)70 年代建設(shè)的燒結(jié)脫硫裝置廣泛采用,中國(guó)寶鋼目前也已采用。但由于日本缺乏天然石膏,副產(chǎn)物含硫石膏可以得到利用。而中國(guó)存在大量廉價(jià)天然石膏,除浙江、福建、黑龍江3 省外,所有地區(qū)都有非常豐富的天然石膏資源,已探明的天然石膏資源大約為 570 億t ,脫硫石膏的利用受到影響。

活性炭法和氨2硫酸銨法的脫硫副產(chǎn)物均可回收。其中活性炭法的副產(chǎn)物為硫磺和濃硫酸,應(yīng)用前景廣闊。氨2硫酸銨法的脫硫副產(chǎn)物為硫酸銨化肥,純度可達(dá)96 %以上,進(jìn)一步研究其微量重金屬含量及對(duì)農(nóng)作物的影響,也是一個(gè)重要的課題。

4. 2. 3 　二次排放

(1) 氣體排放

對(duì)于以石灰石、石灰和碳酸鹽作脫硫劑的濕法和半干法脫硫技術(shù),在生成脫硫劑的前道工序和脫硫過(guò)程中都會(huì)有CO2 排放。例如: 石灰2石膏法每處理1 t SO2 要排放017 t CO2 ,因此燒結(jié)煙氣脫硫要與控制CO2 排放,需同步考慮。

(2) 固體排放

目前,以石灰石、石灰作脫硫劑的半干法脫硫技術(shù),如密相塔法和循環(huán)流化床法等,脫硫副產(chǎn)物也為石膏,可用作干混砂漿主料、水泥緩凝劑、建筑材料和筑路材料等。其中密相塔法脫硫副產(chǎn)物(石膏為主) 用于生產(chǎn)干混砂漿,其中的膠凝材料全部使用冶金生產(chǎn)固體廢棄物,不需加入水泥。干混砂漿技術(shù)是為改變傳統(tǒng)的在建筑工地現(xiàn)場(chǎng)配置砂漿易造成質(zhì)量不穩(wěn)定和污染環(huán)境的問(wèn)題而逐漸形成的砂漿生產(chǎn)與使用方法。這項(xiàng)技術(shù)不但能夠使得砂漿生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)從建筑工地轉(zhuǎn)向工廠車(chē)間,從而形成高效、環(huán)保的流水作業(yè)方式,而且還有利于大量使用各種固體廢棄物。用密相塔法脫硫副產(chǎn)物制造干混砂漿的技術(shù)已在石家莊附近得到應(yīng)用,效果良好。