钢铁工业烧结烟气脱硫技术的探讨
摘要:钢铁工业是造成大气污染比较严重的行业之一,而烧结工序又是钢铁工业的主要污染源。烧结烟气脱硫成为钢铁企业SO2 减排的重点,减排形势日趋严重。本文阐述了钢铁企业烧结烟气的现状,介绍了国内外常见的几种烧结烟气脱硫技术及其特点,指出了我国钢铁企业在选择烧结烟气脱硫工艺技术时要重点考虑的因素。
关键词:钢铁,烧结烟气,脱硫
20 世纪90 年代以来,中国钢铁业快速发展,粗钢产量已连续12 年居世界首位。2008 年,中国粗钢产量达到510048 亿吨, 约占世界粗钢产量的 37.6 %,是世界上最大的钢材生产国和消费国。
随着钢铁工业的跨越式发展,环境污染问题也越来越严重。《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》要求,十一五期间,我国钢铁企业GDP 能耗降低20 % ,主要污染物排放总量减少10 %[ 1 ] ,这是具有约束性的强制性指标。根据我国重点钢铁企业统计数据表明,烧结工序SO2 排放量占钢铁行业排放量的比例逐年提高,由2000 年的5116 %提高到2007 年的75 % ,烧结烟气脱硫成为钢铁企业SO2 减排的重点,减排形势日趋严重。
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1 我国钢铁业烧结烟气脱硫现状
在钢铁企业的SO2 排放中, 烧结工序烟气的 SO2 排放占总量的40 %～75 %。目前烧结工序的 SO2 排放量在2142～3122kg/ t ,经过治理后的排放量在018～210kg/ t 。至2008 年底,国内已经装备烧结烟气脱硫装置的企业有包钢、济钢、柳钢、石钢、三明、梅钢、宝钢、邯钢、韶钢、昆钢等企业,国家环境保护部等部门已经对其实际脱硫效果进行了评估。
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脱硫工程的步伐,2009 年拟建烧结烟气脱硫装置的钢铁企业有几十家,主要有宣钢、攀钢、柳钢、武钢、梅钢、莱钢、马钢、涟钢、杭钢等企业,选择的脱硫工艺主要有循环硫化床、石灰石- 石膏法、氨 - 硫铵法、密相干塔法等。
2 国内外烧结烟气脱硫方法
燃煤电厂烟气脱硫技术经过多年的摸索,技术和市场成熟,配套政策完善,而我国钢铁行业烧结烟气脱硫刚刚起步,烧结烟气脱硫可以借鉴国外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,要根据烧结烟气的特点和企业的情况而定。
2.1 烧结烟气特点
钢铁行业烧结烟气是烧结混合料点火后随台车运行,在高温烧结过程中产生的含尘废气。烧结烟气具有以下特点:
1) 不稳定性。由于烧结自身工艺不稳定,原料成份和配比不稳定,所产生的烟气流量、温度、SO2 浓度会有大幅度变动,且变化频率高。烟气流量变化可高达30 %以上,烟气温度变化可在80～180 ℃范围内变化,SO2 浓度值取决于所用铁矿粉、溶剂、燃料及其他添加物成分等,变化范围在400～5000mg/ Nm3 之间;
2) 含水量大, 烧结烟气水分含量可达8 %～ 12 %。
3) 烟气含尘颗粒更细和重金属含量更多,除含有 SO2 外,还含有HF、HCL 、二噁英等。
2.2 烧结烟气脱硫方法及特点
烧结烟气脱硫的主要方法有湿法、半干法、活性炭吸附等,其中湿法主要分为石灰石- 石膏法、氨- 硫铵法、海水脱硫法等;半干法从工艺上分为循环流化床法、密相干塔等;活性焦吸附法是一种干法脱硫技术,在脱硫同时可实现脱硝、脱二噁英、脱重金属等。
1) 石灰石- 石膏法。烧结烟气经增压风机增压后进入吸收塔。在吸收塔内与制备系统打入的石灰浆液充分混合,除去烟气中SO2 后经除雾器排入烟囱。吸收塔的石膏浆液通过石膏排出泵送入石膏水力旋流站浓缩,浓缩后的石膏浆液即可以进入真空皮带脱水机脱水后储存,石膏可用于加工石膏板,作为水泥中的缓凝剂[ 2 ] 。
石灰石- 石膏法主要的主要特点为脱硫效率高, 可达95 %;系统运行可靠,适应烧结机烟气变化能力更强;脱硫剂价格便宜。但系统占地面积大,投资及运行费用高,系统需防腐,不能去除重金属、二噁英等污染物,容易造成二次污染。适合于水资源和石灰石充足且石膏可以实现再利用地区的钢铁企业。
2) 氨- 硫铵法。主要工艺为烧结烟气经增压风机增压后,进入脱硫塔中部,高温烟气在该段冷却,发生气液传质和传热、化学吸收过程,烟气中SO2 与吸收剂反应生成亚硫酸铵和亚硫酸氢铵,反应后的浆液在脱硫塔底部的氧化池进行氧化为硫酸铵。硫酸铵浆液蒸发结晶后储存。
氨- 硫铵法的主要特点为反应速度快,脱硫剂利用率高,脱硫效率高,可达95 % ,副产物硫酸铵市场容量大,系统阻力小,能耗低,占地面积相对较小。但脱硫剂氨价格高,使脱硫成本高,系统需防腐,不能去除重金属、二噁英等多种污染物。可以利用焦化工业副产物焦化氨,以废制废,实现循环经济,降低运行成本。适用于有焦化工业、电力供应紧张且场地狭小的钢铁企业。
3) 海水脱硫法。主要工艺为利用丰富的海水作为脱硫剂,吸收烟气中的SO2 最终产生稳定的硫酸盐,调节脱硫后溶液PH 值,满足我国海水PH 值大于618 的排放标准,以保证海洋环境安全,使溶液直接排入大海。
海水脱硫法的主要特点为节约淡水资源,系统维护量小、能耗和运行费用低,建设周期短,脱硫效率大于95 % ,工艺流程简单,设备集中,占地小,基建投资低。当烧结烟气中的SO2 浓度高于1500mg/ m3 时脱硫效果会降低。目前此法在电厂有应用,烧结机还未进行应用,仍需进一步开发,沿海钢铁企业可以考虑其可行性。
4) 循环流化床法。主要工艺为烟气从吸收塔底部进入,经文丘里管加速后与加入的吸收剂(消石灰) 、循环灰(通过循环斜槽返回吸收塔) 及水发生反应,除去烟气中的SOX、HCL 、HF、CO2 等气体。携带大量吸收剂、吸附剂和反应产物的烟气从吸收塔顶部侧向下行进入脱硫布袋除尘器,进行气固分离。经气固分离后的烟气含尘量不超过50mg/ Nm3 ,净烟气通过烟囱排往大气,脱硫效率大于90 %。
循环流化床法的主要特点为系统阻力小,能耗低,运行费用相对较低;占地面积小,无需防腐,投资较低;脱硫副产物成分复杂,无法利用,相对湿法脱硫效果低。适合于水资源缺乏地区的企业和缺少建设土地的老旧烧结改造。
5) 密相干塔法。密相塔烟气脱硫技术是结合德国先进技术,开发研制适合中国国情的一种半干法烧结烟气脱硫技术,是将细粉状的脱硫剂在加湿器内加湿,将水均匀分配到循环脱硫灰颗粒的表面,加湿后的粉料与SO2 反应,生成CaSO3 和CaSO4 ,同时降低烟气温度[ 3 ] 。经过几代工程实践和改进,目前也是比较成熟的钢铁企业烧结烟气脱硫技术。
密相塔烟气脱硫的工艺流程简单,设备少,操作容易;物料不结块,流动性好;操作温度高于露点,没有腐蚀或冷凝现象,无废水产生;适应性强,对烟气负荷、SO2 浓度、温度的变化适应能力极强,脱硫效率高,系统运行稳定,系统简单容易控制,投资较低,运行成本低。循环灰和烟气在塔内的速度和停留时间可达到理想的预定设计值,这也是脱硫塔烟气脱硫技术的一大优势。
6) 活性炭吸附法。活性炭烟气脱硫技术工艺流程较简单,它是靠活性碳表面孔隙进行吸附,副产物为硫酸或硫磺,工艺系统主要包括:预除尘系统、吸附系统、除尘系统、解吸系统和副产物回收系统。经过烧结除尘器除尘后的烧结烟气进入活性炭吸附塔,在吸附塔内完成脱硫反应,净化后的烟气经烟囱排入大气。吸附了SO2 等气体的活性炭层进入解吸塔,通过加热的方式把SO2 解吸出来,生成高浓度SO2 气体。解吸后的活性炭经筛分后返回吸附塔循环使用[ 4 ] 。在整个脱硫过程中不消耗水,无废水、废渣产生,且活性炭再生后可重复利用,脱硫同时可实现脱硝、脱二噁英、净化HCL 、HF 和重金属等,但它的投资及运行费用均较高,能耗大。在日本、韩国已得到了广泛应用。针对我国国情,目前在我国钢铁行业还没有得到应用,仍需进一步开发具有自主知识产权的技术, 以便尽快应用。
3 结束语
日前,几种比较常见的烧结烟气脱硫工艺技术, 在投资、脱硫效益、运行费用、副产品回收利用等方面各有不同特点,尚不能说哪一种工艺流程为最佳方案,也不能说哪一种技术最为成熟,钢铁企业烧结烟气脱硫刚刚起步,需重点关注投资、运行费用、技术成熟度、设备寿命、脱硫效率、脱硫装置布置、脱硫剂的来源、副产品的处置等关键问题,脱硫工艺技术的选取要用系统工程的理论观点,根据各企业的具体情况,进行技术经济综合对比慎重选取。
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