鋼鐵工業燒結煙氣脫硫技術的探討
摘要:鋼鐵工業是造成大氣污染比較嚴重的行業之一,而燒結工序又是鋼鐵工業的主要污染源。燒結煙氣脫硫成為鋼鐵企業SO2 減排的重點,減排形勢日趨嚴重。本文闡述了鋼鐵企業燒結煙氣的現狀,介紹了國內外常見的幾種燒結煙氣脫硫技術及其特點,指出了我國鋼鐵企業在選擇燒結煙氣脫硫工藝技術時要重點考慮的因素。
關鍵詞:鋼鐵,燒結煙氣,脫硫
20 世紀90 年代以來,中國鋼鐵業快速發展,粗鋼產量已連續12 年居世界首位。2008 年,中國粗鋼產量達到510048 億噸, 約占世界粗鋼產量的 37.6 %,是世界上最大的鋼材生產國和消費國。
隨著鋼鐵工業的跨越式發展,環境污染問題也越來越嚴重。《國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》要求,十一五期間,我國鋼鐵企業GDP 能耗降低20 % ,主要污染物排放總量減少10 %[ 1 ] ,這是具有約束性的強制性指標。根據我國重點鋼鐵企業統計數據表明,燒結工序SO2 排放量占鋼鐵行業排放量的比例逐年提高,由2000 年的5116 %提高到2007 年的75 % ,燒結煙氣脫硫成為鋼鐵企業SO2 減排的重點,減排形勢日趨嚴重。
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1 我國鋼鐵業燒結煙氣脫硫現狀
在鋼鐵企業的SO2 排放中, 燒結工序煙氣的 SO2 排放占總量的40 %～75 %。目前燒結工序的 SO2 排放量在2142～3122kg/ t ,經過治理后的排放量在018～210kg/ t 。至2008 年底,國內已經裝備燒結煙氣脫硫裝置的企業有包鋼、濟鋼、柳鋼、石鋼、三明、梅鋼、寶鋼、邯鋼、韶鋼、昆鋼等企業,國家環境保護部等部門已經對其實際脫硫效果進行了評估。
隨著國家節能減排力度的不斷加強,鋼鐵企業加快了建設燒結脫硫工程的步伐,2009 年擬建燒結煙氣脫硫裝置的鋼鐵企業有幾十家,主要有宣鋼、攀鋼、柳鋼、武鋼、梅鋼、萊鋼、馬鋼、漣鋼、杭鋼等企業,選擇的脫硫工藝主要有循環硫化床、石灰石- 石膏法、氨 - 硫銨法、密相干塔法等。
2 國內外燒結煙氣脫硫方法
燃煤電廠煙氣脫硫技術經過多年的摸索,技術和市場成熟,配套政策完善,而我國鋼鐵行業燒結煙氣脫硫剛剛起步,燒結煙氣脫硫可以借鑒國外燒結煙氣脫硫技術和燃煤電廠的成功經驗和教訓,但不能簡單移植,要根據燒結煙氣的特點和企業的情況而定。
2.1 燒結煙氣特點
鋼鐵行業燒結煙氣是燒結混合料點火后隨臺車運行,在高溫燒結過程中產生的含塵廢氣。燒結煙氣具有以下特點:
1) 不穩定性。由于燒結自身工藝不穩定,原料成份和配比不穩定,所產生的煙氣流量、溫度、SO2 濃度會有大幅度變動,且變化頻率高。煙氣流量變化可高達30 %以上,煙氣溫度變化可在80～180 ℃范圍內變化,SO2 濃度值取決于所用鐵礦粉、溶劑、燃料及其他添加物成分等,變化范圍在400～5000mg/ Nm3 之間;
2) 含水量大, 燒結煙氣水分含量可達8 %～ 12 %。
3) 煙氣含塵顆粒更細和重金屬含量更多,除含有 SO2 外,還含有HF、HCL 、二噁英等。
2.2 燒結煙氣脫硫方法及特點
燒結煙氣脫硫的主要方法有濕法、半干法、活性炭吸附等,其中濕法主要分為石灰石- 石膏法、氨- 硫銨法、海水脫硫法等;半干法從工藝上分為循環流化床法、密相干塔等;活性焦吸附法是一種干法脫硫技術,在脫硫同時可實現脫硝、脫二噁英、脫重金屬等。
1) 石灰石- 石膏法。燒結煙氣經增壓風機增壓后進入吸收塔。在吸收塔內與制備系統打入的石灰漿液充分混合,除去煙氣中SO2 后經除霧器排入煙囪。吸收塔的石膏漿液通過石膏排出泵送入石膏水力旋流站濃縮,濃縮后的石膏漿液即可以進入真空皮帶脫水機脫水后儲存,石膏可用于加工石膏板,作為水泥中的緩凝劑[ 2 ] 。
石灰石- 石膏法主要的主要特點為脫硫效率高, 可達95 %;系統運行可靠,適應燒結機煙氣變化能力更強;脫硫劑價格便宜。但系統占地面積大,投資及運行費用高,系統需防腐,不能去除重金屬、二噁英等污染物,容易造成二次污染。適合于水資源和石灰石充足且石膏可以實現再利用地區的鋼鐵企業。
2) 氨- 硫銨法。主要工藝為燒結煙氣經增壓風機增壓后,進入脫硫塔中部,高溫煙氣在該段冷卻,發生氣液傳質和傳熱、化學吸收過程,煙氣中SO2 與吸收劑反應生成亞硫酸銨和亞硫酸氫銨,反應后的漿液在脫硫塔底部的氧化池進行氧化為硫酸銨。硫酸銨漿液蒸發結晶后儲存。
氨- 硫銨法的主要特點為反應速度快,脫硫劑利用率高,脫硫效率高,可達95 % ,副產物硫酸銨市場容量大,系統阻力小,能耗低,占地面積相對較小。但脫硫劑氨價格高,使脫硫成本高,系統需防腐,不能去除重金屬、二噁英等多種污染物。可以利用焦化工業副產物焦化氨,以廢制廢,實現循環經濟,降低運行成本。適用于有焦化工業、電力供應緊張且場地狹小的鋼鐵企業。
3) 海水脫硫法。主要工藝為利用豐富的海水作為脫硫劑,吸收煙氣中的SO2 最終產生穩定的硫酸鹽,調節脫硫后溶液PH 值,滿足我國海水PH 值大于618 的排放標準,以保證海洋環境安全,使溶液直接排入大海。
海水脫硫法的主要特點為節約淡水資源,系統維護量小、能耗和運行費用低,建設周期短,脫硫效率大于95 % ,工藝流程簡單,設備集中,占地小,基建投資低。當燒結煙氣中的SO2 濃度高于1500mg/ m3 時脫硫效果會降低。目前此法在電廠有應用,燒結機還未進行應用,仍需進一步開發,沿海鋼鐵企業可以考慮其可行性。
4) 循環流化床法。主要工藝為煙氣從吸收塔底部進入,經文丘里管加速后與加入的吸收劑(消石灰) 、循環灰(通過循環斜槽返回吸收塔) 及水發生反應,除去煙氣中的SOX、HCL 、HF、CO2 等氣體。攜帶大量吸收劑、吸附劑和反應產物的煙氣從吸收塔頂部側向下行進入脫硫布袋除塵器,進行氣固分離。經氣固分離后的煙氣含塵量不超過50mg/ Nm3 ,凈煙氣通過煙囪排往大氣,脫硫效率大于90 %。
循環流化床法的主要特點為系統阻力小,能耗低,運行費用相對較低;占地面積小,無需防腐,投資較低;脫硫副產物成分復雜,無法利用,相對濕法脫硫效果低。適合于水資源缺乏地區的企業和缺少建設土地的老舊燒結改造。
5) 密相干塔法。密相塔煙氣脫硫技術是結合德國先進技術,開發研制適合中國國情的一種半干法燒結煙氣脫硫技術,是將細粉狀的脫硫劑在加濕器內加濕,將水均勻分配到循環脫硫灰顆粒的表面,加濕后的粉料與SO2 反應,生成CaSO3 和CaSO4 ,同時降低煙氣溫度[ 3 ] 。經過幾代工程實踐和改進,目前也是比較成熟的鋼鐵企業燒結煙氣脫硫技術。
密相塔煙氣脫硫的工藝流程簡單,設備少,操作容易;物料不結塊,流動性好;操作溫度高于露點,沒有腐蝕或冷凝現象,無廢水產生;適應性強,對煙氣負荷、SO2 濃度、溫度的變化適應能力極強,脫硫效率高,系統運行穩定,系統簡單容易控制,投資較低,運行成本低。循環灰和煙氣在塔內的速度和停留時間可達到理想的預定設計值,這也是脫硫塔煙氣脫硫技術的一大優勢。
6) 活性炭吸附法。活性炭煙氣脫硫技術工藝流程較簡單,它是靠活性碳表面孔隙進行吸附,副產物為硫酸或硫磺,工藝系統主要包括:預除塵系統、吸附系統、除塵系統、解吸系統和副產物回收系統。經過燒結除塵器除塵后的燒結煙氣進入活性炭吸附塔,在吸附塔內完成脫硫反應,凈化后的煙氣經煙囪排入大氣。吸附了SO2 等氣體的活性炭層進入解吸塔,通過加熱的方式把SO2 解吸出來,生成高濃度SO2 氣體。解吸后的活性炭經篩分后返回吸附塔循環使用[ 4 ] 。在整個脫硫過程中不消耗水,無廢水、廢渣產生,且活性炭再生后可重復利用,脫硫同時可實現脫硝、脫二噁英、凈化HCL 、HF 和重金屬等,但它的投資及運行費用均較高,能耗大。在日本、韓國已得到了廣泛應用。針對我國國情,目前在我國鋼鐵行業還沒有得到應用,仍需進一步開發具有自主知識產權的技術, 以便盡快應用。
3 結束語
日前,幾種比較常見的燒結煙氣脫硫工藝技術, 在投資、脫硫效益、運行費用、副產品回收利用等方面各有不同特點,尚不能說哪一種工藝流程為最佳方案,也不能說哪一種技術最為成熟,鋼鐵企業燒結煙氣脫硫剛剛起步,需重點關注投資、運行費用、技術成熟度、設備壽命、脫硫效率、脫硫裝置布置、脫硫劑的來源、副產品的處置等關鍵問題,脫硫工藝技術的選取要用系統工程的理論觀點,根據各企業的具體情況,進行技術經濟綜合對比慎重選取。
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