摘要: 從中國燒結(jié)煙氣SO2 排放的嚴(yán)峻形勢出發(fā),論述了燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)及SO2 的控制方法,介紹了石灰2石膏法、氨2硫酸銨法、密相塔法、循環(huán)流化床法、MEROS 法和活性炭法等幾種典型燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)的工藝原理,分析了中國燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展,通過研究提出了選擇性脫硫方法與實(shí)施方案,并論述了燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)的選定原則與發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞: 鋼鐵冶金,燒結(jié),節(jié)能減排,脫硫

1 　燒結(jié)煙氣脫硫勢在必行

2008 年1 月3 日發(fā)布的《國家酸雨和二氧化硫污染防治“十一五”規(guī)劃》要求:確保到2010 年全國 SO2 排放總量比2005 年減少10 % ,控制在2 294.4 萬t 以內(nèi)。中國工業(yè)SO2 排放大部分來自于燃煤電廠,但隨著電廠脫硫改造的快速發(fā)展,鋼鐵工業(yè)SO2 的排放量形勢嚴(yán)峻,僅次于火電行業(yè)和建材業(yè),而燒結(jié)工序又是鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生SO2 的主要污染源,因此鋼鐵工業(yè)燒結(jié)工序成為國家控制SO2 減排的重點(diǎn)區(qū)域。

2007 年10 月15 日頒布的《鋼鐵工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)燒結(jié)(球團(tuán)) 》(征求意見稿) ,明確規(guī)定: 現(xiàn)有企業(yè)自2008 年7 月1 日實(shí)施之日起執(zhí)行現(xiàn)有企業(yè)SO2 排放限值(600 mg/ m3 ) ,自2010 年7 月1 日起執(zhí)行新建企業(yè)SO2 排放限值(100 mg/ m3 ) 。新建企業(yè)自標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之日起執(zhí)行新建企業(yè)SO2 排放限值(100 mg/ m3 ) 。

2008 年4 月8 日頒布的《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)鋼鐵行業(yè)(燒結(jié)) 》,于2008 年8 月1 日正式實(shí)施,明確了燒結(jié)機(jī)頭SO2 產(chǎn)生量標(biāo)準(zhǔn):一級≤0.9 kg/ t ,二級≤ 1.5 kg/ t ,三級≤310 kg/ t 。

由此可見,國家已經(jīng)從排放總量與排放濃度兩個方面對燒結(jié)煙氣SO2 排放進(jìn)行了控制,標(biāo)準(zhǔn)非常嚴(yán)格,無論是現(xiàn)有企業(yè)還是新建企業(yè)都應(yīng)建設(shè)煙氣脫硫裝置,才能達(dá)到SO2 排放國家標(biāo)準(zhǔn),而目前中國已投產(chǎn)的燒結(jié)煙氣脫硫裝置不多,鋼鐵工業(yè)減排壓力巨大,加速燒結(jié)煙氣脫硫意義重大,勢在必行。

2 　燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)及SO2 排放的控制

2. 1 　燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)

燒結(jié)煙氣特點(diǎn)分以下幾個方面[1 ] 。

(1) 煙氣量大。每生產(chǎn)1 t 燒結(jié)礦,大約產(chǎn)生 4 000～6 000 m3 煙氣。

(2) 煙氣溫度較高。隨燒結(jié)工況變化,煙氣溫度一般在120～180 ℃。

(3) 煙氣粉塵濃度高。粉塵主要以鐵及其化合物為主,由于使用不同的原料還可能含有微量重金屬元素。

(4) 含濕量大。為了提高燒結(jié)料層的透氣性, 混合料在燒結(jié)前加水制粒,按體積比計(jì)算,水分含量一般在10 %左右。

(5) 含有害氣體。煙氣中含有一定量的SOx 、 NOx 、HCl 和HF 等,它們遇水后將形成酸雨,腐蝕金屬構(gòu)件。此外,還含有對人體健康危害極大的二噁英和呋喃等。

(6) 含SO2 濃度相對較低。隨原料硫負(fù)荷等因素的變化,國內(nèi)企業(yè)一般在1 000～3 000 mg/ m3 。 (7) 不穩(wěn)定性。由于燒結(jié)工況波動,煙氣量、煙氣溫度、SO2 濃度等經(jīng)常發(fā)生變化,陣發(fā)性強(qiáng)。

2. 2 　燒結(jié)過程SO2 排放的控制

燒結(jié)過程SO2 排放的控制方法可分為3 類:過程前控制(從原料和配料抓起) ,過程中控制(抑制 SO2 產(chǎn)生) 和過程后控制(排放煙氣的處理) 。

(1) 過程前控制

通過適當(dāng)配入含硫低的原料(主要是含鐵料) 控制燒結(jié)煙氣中SO2 的排放量,這種方法簡單有效, 日本在20 世紀(jì)70 年代建設(shè)的現(xiàn)代化大型燒結(jié)廠大都采取了這種方法。但是低硫原料的使用會受到企業(yè)自身采購實(shí)力、地理位置和成本等諸多因素限制, 就目前原料短缺的現(xiàn)狀來看,難以全面推廣應(yīng)用。

(2) 過程中控制

在燒結(jié)原料中配加固硫劑,與燒結(jié)過程中產(chǎn)生的SO2 反應(yīng),生成在高溫不易產(chǎn)生分解的復(fù)合物或化合物,并阻止其它含硫物質(zhì)的分解,達(dá)到固硫、減少SO2 排放的目的。這種方法與電廠的燃煤固硫劑相似,但是會增加高爐硫負(fù)荷,增大高爐渣量,造成焦比升高。還會由于添加固硫劑而帶入雜質(zhì),影響燒結(jié)礦品位。

(3) 過程后控制

煙氣脫硫( FGD) 是目前世界上已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用的脫硫方式,是控制SO2 排放的有效手段。常用的煙氣脫硫技術(shù)有20 余種,按工藝特點(diǎn)可分為濕法、半干法和干法3 類。

濕法脫硫技術(shù)包括: 石灰2石膏法、氨2硫酸銨法、Mg (OH) 2 法、海水法、雙堿法、鋼渣石膏法、有機(jī)胺法、離子液循環(huán)吸收法等。

半干法脫硫技術(shù)包括:密相塔法、循環(huán)流化床法、MEROS 法、NID 法、ENS 法、L EC 法、電子束照射法( EBA) 、噴霧干燥法等。

干法脫硫技術(shù)包括:活性炭法等。

目前,中國已建成燒結(jié)煙氣脫硫裝置的企業(yè)有寶鋼(石灰2石膏法) 、石鋼(密相塔法) 、昆鋼及紅河分廠(密相塔法) 、柳鋼(氨2硫酸銨法) 、三鋼(循環(huán)流化床法) 和濟(jì)鋼(循環(huán)流化床法) 等;脫硫裝置在建的有馬鋼(MEROS 法) 、攀鋼(循環(huán)流化床法和離子液循環(huán)吸收法) 和邯鋼(循環(huán)流化床法) 等;當(dāng)前,首鋼京唐鋼鐵公司、鞍鋼、武鋼和太鋼等企業(yè)都處在脫硫方案論證階段。

3 　典型的燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)

3. 1 　石灰2石膏法

石灰2石膏法是一種典型的濕法脫硫技術(shù),其原理是燒結(jié)煙氣首先利用冷卻塔進(jìn)行冷卻增濕,然后進(jìn)入吸收塔與石灰漿液進(jìn)行脫硫反應(yīng),同時(shí)向吸收塔中的漿液鼓入空氣,氧化后的漿液再經(jīng)濃縮、脫水,生成純度90 %以上的石膏。石灰2石膏法技術(shù)成熟,脫硫效率高,副產(chǎn)物也可利用[2 ] 。

3. 2 　氨2硫酸銨法

氨2硫酸銨法是一種濕法脫硫技術(shù),是把燒結(jié)廠的煙氣脫硫與焦化廠的煤氣脫氨相結(jié)合的一種“化害為利”的綜合處理工藝。其原理是用亞硫酸銨制成的吸收液與燒結(jié)煙氣中的SO2 反應(yīng),生成亞硫酸氫氨。再與氨氣反應(yīng),生成亞硫酸銨溶液,以此溶液為吸收液再與SO2 反應(yīng)。往復(fù)循環(huán),亞硫酸銨溶液濃度逐漸增高,達(dá)到一定濃度后,將部分溶液提取出來,使之氧化,濃縮成為硫酸銨被收回。該法脫硫效率高,副產(chǎn)物可利用。

3. 3 　密相塔法

密相塔法是一種典型的半干法脫硫技術(shù),其原理是利用干粉狀的鈣基脫硫劑,與布袋除塵器除下的大量循環(huán)灰一起進(jìn)入加濕器進(jìn)行增濕消化,使混合灰的水分含量保持在3 %～5 %,然后循環(huán)灰由密相塔上部進(jìn)料口進(jìn)入反應(yīng)塔內(nèi)。大量循環(huán)灰進(jìn)入塔后,與由塔上部進(jìn)入的含SO2 煙氣進(jìn)行反應(yīng)。含水分的循環(huán)灰有極好的反應(yīng)活性和流動性,另外塔內(nèi)設(shè)有攪拌器,不僅克服了粘壁問題而且增強(qiáng)了傳質(zhì), 使脫硫效率可達(dá)90 %以上。脫硫劑不斷循環(huán)使用, 有效利用率達(dá)98 %以上。最終脫硫產(chǎn)物由灰倉排出循環(huán)系統(tǒng),通過氣力輸送裝置送入存儲倉[3 ] 。

3. 4 　循環(huán)流化床法

循環(huán)流化床法是一種半干法脫硫技術(shù),其原理是將生石灰消化后引入脫硫塔內(nèi),在流化狀態(tài)下與通入的煙氣進(jìn)行脫硫反應(yīng),煙氣脫硫后進(jìn)入布袋除塵器除塵,再由引風(fēng)機(jī)經(jīng)煙囪排出,布袋除塵器除下的物料大部分經(jīng)吸收劑循環(huán)輸送槽返回流化床循環(huán)使用。由于循環(huán)流化使脫硫劑整體形成較大反應(yīng)表面,脫硫劑與煙氣中的SO2 充分接觸,脫硫效率較高[4 ] 。

3. 5 　MEROS 法

MEROS 法是一種半干法脫硫技術(shù),其原理是將添加劑均勻、高速并逆流噴射到燒結(jié)煙氣中,然后利用調(diào)節(jié)反應(yīng)器中的高效雙流(水/ 壓縮空氣) 噴嘴加濕冷卻燒結(jié)煙氣。離開調(diào)節(jié)反應(yīng)器之后,含塵煙氣通過脈沖袋濾器,去除煙氣中的粉塵顆粒。為了提高氣體凈化效率和降低添加劑費(fèi)用,濾袋除塵器中的大多數(shù)分離粉塵循環(huán)到調(diào)節(jié)反應(yīng)器之后的氣流中。其中部分粉塵離開系統(tǒng),輸送到中間存儲筒倉。 MEROS 法集脫硫、脫HCl 和HF 于一身,并可以使 VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物) 可冷凝部分幾乎全部去除,運(yùn)行結(jié)果表明: 噴消石灰脫硫效率為80 % ,噴 Na HCO3 脫硫效率大于90 %[5 ] 。

3. 6 　活性炭法

活性炭法是一種集除塵、脫硫、脫硝與脫除二噁英4 種功能于一體的干法脫硫技術(shù)。典型的活性炭法有日本新日鐵于1987 年在名古屋鋼鐵廠3 號燒結(jié)機(jī)設(shè)置的一套利用活性炭吸附燒結(jié)煙氣脫硫、脫硝裝置,處理煙氣量為90 萬m3 / h ,投資55 億日元, 年運(yùn)行費(fèi)用約10 億日元。經(jīng)過多年的運(yùn)行,發(fā)現(xiàn)該裝置不僅可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高的脫硫率(95 %) 和脫硝率(40 %) ,而且能夠有效脫除二噁英和具有良好的除塵效果?，F(xiàn)在名古屋鋼鐵廠的1 、2 號燒結(jié)機(jī)也應(yīng)用該裝置(煙氣處理量130 萬m3 / h) ,并于1999 年 7 月投產(chǎn)使用。日本J FE 福山廠的4 、5 號燒結(jié)機(jī)也使用了活性炭法, 煙氣處理量分別達(dá)到了110 萬m3 / h 和170 萬m3 / h ,活性炭消耗量分別為100 t/ 月和150 t/ 月,脫硫率80 %、除塵率60 %、脫二噁英率98 %、二噁英排放濃度可降到0.01～0.05 ng/ m3 。