凌源鋼鐵公司燒結煙氣脫硫技術
隨著我國經濟和能耗的快速增長,SO2 排放量呈逐年上升趨勢,1995 年我國SO2 排放量已達2. 43 kt/ a ,居世界首位,酸雨及SO2 污染達國土面積的46 % ,硫沉降量超臨界負荷面積為210 萬km2 ,占國土面積的21. 9 %。每年因酸雨造成損失達1 000 億元人民幣,酸雨及SO2 污染已嚴重制約我國經濟和社會發展。
承德地區是我國北方酸雨出現頻率較高的地區之一。凌鋼是這一地區SO2 排放大戶,且四周環山,煙氣難以擴散,周圍緊鄰生活區,居住人口稠密且屬主要發展地段,SO2 直接排放不僅威脅職工及家屬身體健康,還直接危害植被及周圍農作物,并且對工業設備腐蝕較大。
另外,我國又是一個硫資源缺乏的國家,農業急需的氮磷復合肥的生產因硫資源缺乏受到較大限制,需進口大量硫磺、硫酸。
凌鋼燒結煙氣中每年排放的SO2 總量約為1. 64 萬t ,造成大量的資源浪費。
可見,解決燒結煙氣中SO2 排放造成的環境污染和資源浪費問題,達到環境、社會、經濟效益的統一,具有十分重要的意義。
1 燒結煙氣基本情況
凌鋼公司現有燒結機4 臺:1 臺24 m2 ,1 臺34 m2 ,1 臺52m2 ,1 臺75 m2 。燒結煙氣經大煙道通過除塵器除塵后經80 m煙囪排入大氣。
1. 1 燒結機煙氣狀況
煙氣總流量:105 萬m3/ h ;煙氣溫度:85～130 ℃;SO2 質量濃度:1. 5～3. 5 g/ m3 ;H2O 體積分數:7 %～10 %;O2 體積分數:12 %～16 %;煙塵:80～150 mg/ m3 ;NOx :72～180 mg/ m3 ;CO:2～4. 5 g/ m3 。
1. 2 燒結煙氣含硫基本情況
凌鋼公司燒結混合料由6 種原料組成,其中,鐵精礦3種,熔劑2 種,燃料1 種。組分見表1。
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從表1 可知,燒結煙氣中的硫主要來源于高含硫的鐵精礦,占燒結混合料的24. 6 %。根據物料平衡可計算出燒結機頭外排煙氣中SO2 排放總量。以燒結機利用系數2. 0 t/ (m2·h) 計,185 m2 (即24 m2 + 34 m2 + 52 m2 + 75 m2) 燒結機混合料用量約為335. 7 萬t ,平均含硫0. 28 % ,年產燒結礦310. 8 萬t ,平均含硫0. 04 % ,由此可計算出燒結混合料中含硫總量335. 7 ×0. 28 % = 0. 94 萬t ;燒結礦含硫總量310. 8 ×0. 04 % =0. 12 萬t ;則外排SO2 總量(0. 94 - 0. 12) ×64/ 32 = 1. 64 萬t 。
2 燒結煙氣SO2 控制方法
目前,對燒結煙氣SO2 的控制方法主要有低硫原料配入法,高煙囪擴散稀釋法,煙氣脫硫法。
2. 1 低硫原料配入法
燒結煙氣中的SO2 是燒結原料中的硫在高溫燒結過程中與空氣中的氧化合生成的。因此,在確定燒結原料方案時,按照規定的SO2 允許排放量來適當地選擇、配入含硫低的原料,以實現對排放SO2 量的控制。此法是從根本上消除SO2 污染簡單易行、有效的措施。
低含硫原料配入法由于對原料含硫要求嚴格,使原料來源受到一定限制,燒結礦的生產成本也會隨含硫原料價格的上漲而增加。因此,此法推廣有較大難度。
2. 2 高煙囪擴散稀釋法
一般情況下,燒結排放煙氣的主抽煙囪高度大多為80～120 m ,為使燒結煙氣中的SO2 沉降量低于當地環境標準,常采用高煙囪達到擴散稀釋的目的,此法在世界各國的冶金、火電等企業廣泛應用。如日本有230 m 高煙囪,美國煙囪最高達360 m。隨著我國對環境保護重視程度日益加深,對污染物實施排放濃度和排放總量雙重限制。因此,此法不適于現實要求。
2. 3 煙氣脫硫法
煙氣脫硫法是治理燒結煙氣SO2 污染有效方法之一。脫硫方法按工藝特點分為濕法、半干法和干法3 種,按副產品處置方式分為回收流程和拋棄流程。常見的脫硫方法有:
(1) 石灰/ 石灰石膏法。該法用石灰石或石灰的乳濁液吸收煙氣中的SO2 ,生成半水硫酸鈣或石膏,其技術成熟,脫硫效率高,可達90 % ,但投資巨大,運行成本高。目前國外工業煙氣脫硫主要采用這一方法,占已建成煙氣脫硫裝置的83. 7 %。
(2) 噴霧干燥法。該法以石灰乳為吸收劑的半干法脫硫,脫硫率為80 %～90 % ,投資比石灰/ 石灰石膏法低,但副產品要廢棄,該法占已建成煙氣脫硫裝置的8. 4 %。
(3) 吸收再生法。有氧化膜法、雙堿法等,脫硫率可達95 % ,技術較成熟,占已建成裝置的3. 4 %。
(4) 爐內噴鈣法增濕活化脫硫法。這是一種將黏狀鈣質脫硫劑(石灰石/ 石灰) 直接噴入燃燒鍋爐爐膛的脫硫技術,主要適用于中、低硫煤鍋爐,脫硫率80 % ,占已建成裝置的1. 3 %。
從總體看,國外的煙氣脫硫裝置比較成熟,自動化控制水平高,已系統化、成套化和工程化,形成了產業規模,并廣泛地應用。但這些技術用于凌鋼存在以下問題:
(1) 投資大、運行成本高。根據相關文獻,目前國內外采用以上方法所建成的處理煙氣量為45 萬m3/ h 的脫硫裝置投資約為1 億元人民幣,運行成本一般為每脫1 t SO2 需700～1 500 元。以此推算,凌鋼燒結煙氣脫硫需投資2. 4 億元人民幣,每年運行成本在2 400 萬元以上。
(2) 浪費硫資源和產生二次污染。由于煙氣脫硫技術以“拋棄法”為主,煙氣脫硫在取得控制大氣SO2 污染的環境效益的同時,往往伴隨硫資源的嚴重浪費和固體廢棄物的二次污染。由于我國石膏資源十分豐富,副產的大量石膏沒有銷路,需花費大量資金來處置。
以石灰/ 石灰石膏法為例,在Ca/ S 為1. 3∶1 的條件下,凌鋼每年需原料石灰石(CaCO3) 3. 4 萬t (如吸收劑為CaO ,則需1. 94 萬t ,折合人民幣952 萬元) ,至少產生5. 5 萬t 固體廢棄物。這些固體廢棄物的處置在凌源地區都是大問題。因此,上述脫硫技術凌鋼在經濟上很難承受。重慶珞璜電廠的石灰石/ 石膏煙氣脫硫裝置就是最好的例子。
華能公司重慶珞璜電廠一期工程裝機容量2 ×36 萬kW發電機組,單元匹配日本三菱重工濕式石灰石/ 石膏法煙氣脫硫裝置(簡稱FGD) 。煙氣量為108. 72 萬m3/ h ,SO2 年產量6. 87 萬t 。該脫硫裝置投資4 億元人民幣,于1992 年3 月投入運行以來,效果良好,但每年運行費用為4 千萬元人民幣。由于運行成本太高,副產品銷售困難等原因,該脫硫裝置目前一直處于時開時停狀態。
3 燒結煙氣脫硫技術發展趨勢
燒結煙氣脫硫的研究,日本居于世界領先地位,日本在20 世紀70 年代建設的大型燒結機,先后采用了燒結煙氣脫硫法,脫硫方式為濕式吸收法。進入20 世紀80 年代以后,考慮到資源的綜合利用,燒結煙氣脫硫技術均向回收利用資源的方向發展。
3. 1 新日鐵的活性焦炭吸收法
日本新日鐵于1987 年在名古屋鋼鐵廠燒結機設置了1套利用活性炭吸附燒結煙氣脫硫、脫硝裝置,處理煙氣量為90 萬m3/ h ,投資55 億日元,年運行費用約10 億日元。其工藝流程為:燒結機→旋風除塵器→主風機→升壓鼓風機→燒結排煙脫硫、脫硝、除塵設備→煙囪。
燒結機排出的煙氣經旋風除塵器簡單除塵后,粉塵質量濃度由1 000 mg/ m3 降為250 mg/ m3 ,由主風機排出,經升壓鼓風機后送往吸收塔,在吸收塔的入口處添加脫硝所需的氨氣。在吸收塔內的活性焦炭脫硫、脫硝和除塵后,從煙囪排出。
3. 2 氨硫銨法燒結煙氣脫硫
氨硫銨法燒結煙氣脫硫工藝,是把燒結廠的煙氣脫硫和焦化廠的煤氣脫氨相結合的一種“化害為利”的綜合處理工藝。由吸收、氧化和后處理部分組成,其脫硫率達90 % ,脫硫副產品為硫氨化肥,純度為96 %以上。
4 凌鋼燒結煙氣脫硫的技術要求
(1) 脫硫技術高效化、資源化、經濟化。基于目前國內外煙氣脫硫技術和凌鋼燒結煙氣的現狀,凌鋼燒結煙氣脫硫技術必須達到“高效化”、“資源化”、“經濟化”。通過采用“高效化”的脫硫劑和脫硫裝置,減少設備投資及原料費用;通過將脫硫產物“資源化”,以減少二次污染。同時脫硫產品的收益沖抵部分脫硫費用,最終實現脫硫裝置投資和運行費用的“經濟化”。
(2) 占地要求。由于凌鋼廠區狹窄、擁擠,脫硫裝置必須適應這種客觀條件。
借鑒國內外脫硫技術,結合凌鋼實際情況,燒結煙氣采用回收流程是必由之路。
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