钢铁行业烧结烟气脱硫技术的发展
摘要:烧结烟气脱硫是钢铁行业减排的重点，减排形势日趋严峻。本文比较了各种烧结烟气脱硫方法的优劣势、适用范围，分析了目前烧结烟气脱硫技术的发展动态，指出了未来烧结烟气脱硫技术的发展方向。
关键词:烧结烟气;脱硫;减排;钢铁行业
《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》将“主要污染物排放总量减少10%的目标”确定为约束性指标，要求钢铁行业烧结机烟气脱硫等脱硫工程形成脱硫能力30万吨。烧结烟气二氧化硫排放由于二次能源回收率的提高，重点统计企业烧结烟气二氧化硫排放占钢铁行业总排放量的比例也逐步提高，由2000年的51.6%提高到2007年的75%左右。但由于近年来烧结矿料产量增长过快，小烧结机台数众多，平均单台烧结机面积小（120m2 左右），落后产能所占比重过高，烧结烟气脱硫成为钢铁企业SO2减排的重点，减排形势日趋严峻[1] 。
1 钢铁行业烧结烟气的特点
钢铁行业烧结烟气是烧结混合料点火后随台车运行，在高温烧结成型过程中产生的含尘废气。烧结烟气的特点如下：
（1）受原燃料配比和成分、生产要求变化的影响，烧结烟气SO2浓度变化大，在400～5000mg/Nm3之间；
（2）温度变化大，可从80℃～180℃；
（3）流量变化大，波动幅度在40%以上；
（4）水分含量大，在10%～13%之间，且不稳定；
（5）含氧量高，在15%～18%之间；
（6）含有SO2、粉尘，以及HF、HCl、重金属、二恶英类等多种污染成分。
综上所述，烧结烟气的主要特点是排放量大、SO2排放浓度低且波动范围宽、SO2排放总量大等。钢铁行业的烧结烟气与燃煤电厂的烟气有着明显的区别。国内的燃煤电厂烟气脱硫经过多年的摸索，技术和市场成熟，配套政策完善；而烧结烟气脱硫起步较晚，因此烧结烟气脱硫可以借鉴国外的烧结烟气脱硫技术和燃煤电厂的成功经验和教训，但不能简单移植。
2 烧结烟气脱硫方法
烧结烟气脱硫的主要方法有湿法、半干法、活性焦吸附等几种，其中湿法主要又分为石灰石-石膏法、氨- 硫铵法、海水脱硫法、镁法、钠法等；半干法从工艺上作者简介： 刘文权，男， 1969年生， 硕士，高级工程师，主要从事烧结、球团和炼铁工艺、循环经济、节能减排等规划咨询工作。
又分为循环流化床法、密相干塔、旋转喷雾法、NID法等几种；活性焦吸附法是一种干法脱硫技术，在脱硫的同时可实现脱硝、脱二恶英、重金属及粉尘等。
（1）循环流化床法
在流化床中将石灰粉按一定的比例加入烟气中，使石灰粉在烟气中处于流化状态反复反应生成亚硫酸钙。一般采用干态的消石灰粉作为吸收剂，其最大特点是综合造价低、占地面积小、系统简单、水耗低、运行及维护费用低，基本不需要考虑防腐问题，同时可以预留添加活性焦去除二恶英的接口。还可通过选择性脱硫和“多机一塔”来降低脱硫投资。由于烧结烟气中含二恶英、重金属等，国际上烧结烟气脱硫技术主要以干法为主。
（2）活性焦吸附法
脱硫用的活性焦是以煤为原料生产的直径8～ 10mm的柱状活性焦，活性焦烟气脱硫技术的实质是用煤治理燃煤造成的污染。
活性焦烟气脱硫技术工艺过程简单，脱硫过程不消耗水，活性焦可循环使用，副产品易加工处理，不存在废水、废渣等二次污染问题。
活性焦技术在日本的钢铁厂是成熟的技术，日本 25台烧结机中有9台烧结烟气脱硫采用的是活性焦技术。烧结烟气脱硫在日本和韩国等得到了比较广泛的应用， 2000年以后，烧结烟气多采用活性焦干法脱硫技术，如住友金属鹿岛厂NO.2、NO.3烧结机，新日铁名古屋厂 NO.1、NO.2、NO.3烧结机，韩国浦项制铁NO.3、 NO.4烧结机等。
活性焦在脱除烟气中SOX的同时，还可以利用活性焦的吸附性能脱除NOX、二恶英和Hg等污染物，具有一套装置脱除多种污染物的功能，是一项一体化的先进的烟气净化技术，有望成为未来烧结烟气脱硫发展的方向。虽然在目前经济危机的背景下，投资、运行费用相对偏高，但通过开发自主知识产权技术、提高国产化率或多台一机（多台烧结机共用一套脱硫装置）等途径，可降低投资和运行费用，尽早推广应用。据悉，贵州宏福总公司建立的第一套具有自主知识产权的活性焦可资源化烟气脱硫技术工业示范装置，运行良好，于2005年 10月通过国家级鉴定。
（3）氨－硫铵法
湿式氨法是成熟工艺，具有脱硫效率高、能耗低、运行费用低等特点。副产品为硫酸铵，可用作化肥。但由于烧结烟气中含有重金属和二恶英等污染物，因此氨法脱硫的副产物硫铵在用于化肥生产时存在一定的不确定性。
（4）石灰石－石膏法
石灰石-石膏法是技术成熟、运行状况稳定的脱硫工艺，但由于其副产物石膏在我国没有销路，被迫废弃，造成二次污染，投资和运行成本太高。
日本JFE公司、住友金属公司和神户制钢公司等都有石灰石－石膏法废气脱硫装置。日本、德国采用石灰石－石膏法脱硫成功的重要原因是两国都缺乏天然石膏资源，他们把石灰石－石膏法烟气脱硫副产物石膏作为重要的石膏资源，既解决了本国石膏缺乏的问题，又解决了烟气脱硫副产品的出路问题，并相应降低了脱硫成本。美国的天然石膏较为丰富，烟气脱硫副产石膏无出路，由于美国地域较为宽广，故一般采取抛弃的方法处理石膏[2] 。而我国人均土地资源有限，硫磺等资源缺乏，但天然石膏资源丰富。因而美、日、德等发达国家脱硫副产物出路的解决方式并不适合我国。
（5）海水脱硫法
海水脱硫的技术优势是可直接使用丰富的海水作为脱硫剂，不消耗淡水资源和其他脱硫剂；同时不产生废弃物，经处理后的海水可以返回大海。海水脱硫法在电力行业已有成功应用的经验，虽然在烧结厂还没有采用，但从技术上是可行的，国内的东方锅炉股份公司已掌握了此项技术。
海水脱硫是近年来国内引进、发展的一项新技术。 1999年深圳西部电厂4号300MW机组引进了挪威ABB环保工程公司的海水脱硫技术，这是我国成功运行的第一套海水脱硫设施；厦门嵩屿电厂和青岛电厂海水脱硫项目现已建成投入运行。
（6）氧化镁法
镁法烟气脱硫技术是用氧化镁作为脱硫剂，氧化镁与水反应生成氢氧化镁，再与二氧化硫溶于水生成的亚硫酸溶液进行酸碱中和反应，反应生成亚硫酸镁和硫酸镁，亚硫酸镁氧化后生成硫酸镁。
3 烧结烟气脱硫工艺比较
理想的烧结烟气脱硫工艺应该是技术成熟可靠、风险小、投资省、运行成本低、脱硫剂来源广泛、副产品易于处理并且不会产生二次污染，能回收高质量有广阔应用市场的脱硫副产品，占地面积小且符合循环经济理念要求。通过“高效化”、“资源化”、“综合化”最终实现烟气脱硫成本的“经济化”目标。烧结烟气脱硫工艺的特点主要有：
（1）石灰石－石膏法
脱硫剂为石灰石，副产物是石膏。优势：脱硫效率高（90%～98%）；系统稳定可靠；脱硫剂价格便宜。
劣势：占地面积大；投资及运行费用高；副产物脱硫石膏应用途径有待拓宽；不能去除重金属、二恶英等多种污染物。
（2）氨－硫铵法
脱硫剂是液氨或浓氨水，副产物是硫铵。优势：反应速度快，吸收剂利用率高，脱硫效率高（90%～98%）；副产物硫酸铵市场容量大；系统阻力小，电耗低，可利用原烟气系统风机，占地面积相对较小。
劣势：系统需重防腐；作为吸收剂的氨价格较高，影响脱硫成本；不能去除及重金属、二恶英等多种污染物。
（3）循环流化床法、NID法、MEROS法、密相干塔法脱硫剂是石灰，副产物是亚硫酸钙和硫酸钙的混合干粉。
优势：系统阻力低，水耗、电耗小、运行费用相对较低；吸收塔占地面积小，不需要考虑防腐，投资相对较小。
劣势：脱硫效率相对低于湿法脱硫工艺；脱硫副产物成分复杂，特别是脱硫灰中的亚硫酸钙含量过高不好利用，基本采用抛弃、堆存处理。
（4）活性焦吸附法
靠活性焦表面孔隙吸附，副产物是硫酸或硫磺等。优势：脱硫过程不消耗水；活性焦可再生后重复利用；副产物为硫酸或硫磺等，无二次污染；脱硫效率高，环保效益好；综合运行成本低；脱硫同时可实现脱硝、脱二恶英、重金属及粉尘等。
劣势：有一定的硫回收条件；不适合低浓度烟气；投资及运行费用高，投资比一般脱硫工艺高5～6倍。
（5）海水脱硫法
最终生产稳定的硫酸盐，调节脱硫溶液的pH值后，可直接排入大海。
优势：工艺流程相对简单、设备集中、占地少，基建投资较低；脱硫剂为天然海水，且过程中不产生额外副产品，没有固体副产品排放；节约淡水资源、耗电量较低、系统维护量小，投资和运行费用较低；建设周期短。
劣势：只适合中、低浓度SO2烟气，烟气中SO2浓度超过1500mg/m3 时，脱硫效率将降低到85%左右；只能在沿海地区建设；运行成本较高。
（6）氧化镁法
副产品为硫酸镁或亚硫酸镁。
优势：副产品再利用价值高；脱硫效率高，脱硫剂消耗量少，能耗低；运行和维护费用低。劣势：投资较高；适用范围有限。
（7）有机胺法
靠有机胺液吸附，副产物是硫酸。
优势：脱硫效率高；有机胺液可脱附后重复利用；副产物为硫酸或硫磺等，无二次污染。
劣势：一次性投资大；再生蒸汽消耗量大，能耗较高；需要硫酸回收等下游装置。
4 国内烧结烟气脱硫发展动态
（1）已投产的烧结烟气脱硫装置企业
至2008年底，国内已实施烧结烟气脱硫的钢铁企业共10家（含包钢除氟脱硫），国内权威部门对部分已进行了评估。已投产的烧结烟气脱硫装置情况见表1。
 |
（2）2009年新建和在建的烧结烟气脱硫企业
随着国家节能减排力度的不断加强，钢铁企业加快了建设烧结烟气脱硫工程的步伐。2009年新建和在建的烧结烟气脱硫的企业情况见表2。
 |
目前，采用的烧结烟气脱硫技术的主要来源和方法见表3。
5 结语
（1）钢铁企业选择烧结烟气脱硫应综合考虑技术的优劣势、投资、运行成本、脱硫装置布置、副产物的综合利用、脱硫剂的来源和风险等因素，并进行技术经济综合比选，通过比较，并结合企业的具体情况，合理、慎重地选择烧结烟气脱硫工艺。
（2）结合国内外烧结烟气脱硫实践和日益严格的环保要求（需具备脱硫、脱硝、脱二恶英和脱重金属等功能），目前国内较有发展前景的脱硫工艺以干法为主，活性焦烟气脱硫技术有望成为未来烧结烟气脱硫的发展方向。
（3）循环流化床等干法脱硫具有耗水、耗电量小，占地面积小和运行费用低等优点，适合于我国缺水地区等内陆型钢铁企业和缺少建设场地的老旧烧结改造。
（4）活性焦干法具有脱硫、脱硝和脱二恶英等功能，副产物可再生利用。应鼓励开发具有自主知识产权的技术，降低投资和运行费用。
（5）氨－硫铵法可利用焦化氨源“以废制废”，降低运行成本，适合于配备焦化厂的大型钢铁联合企业建设。但由于烧结烟气中含有重金属和二恶英等污染物，给氨法脱硫副产物硫铵能否用于化肥生产带来了一定的不确定性。
（6）采用石灰石-石膏法，应充分考虑国情和脱硫副产物石膏的资源化利用技术。
（7）海水脱硫技术受地域影响较大，沿海钢铁厂可考虑海水脱硫技术的可行性。
参考文献：
[1] 单尚华，李春风.加快实施烧结烟气脱硫促进区域环境改善[J].冶金经济与 管理，2006（4）:10-14.
[2] 李庭寿，苏笑鹏.烧结烟气脱硫技术[C].2006年全国炼铁生产技术会议暨炼铁 年会文集:484-487.
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
