硫銨法與循環(huán)流化床法燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)的比較
摘要：在收集國(guó)內(nèi)現(xiàn)有燒結(jié)煙氣脫硫工程監(jiān)測(cè)資料的基礎(chǔ)上,對(duì)硫銨法和循環(huán)流化床法燒結(jié)煙氣脫硫工藝的脫硫效率、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)等進(jìn)行了比較。分析后認(rèn)為循環(huán)流化床法燒結(jié)煙氣脫硫工藝是現(xiàn)階段比較適合我國(guó)國(guó)情的脫硫技術(shù)。同時(shí)建議加強(qiáng)對(duì)脫硫副產(chǎn)石膏的綜合利用研究。
關(guān)鍵詞：硫銨法,循環(huán)流化床法,燒結(jié)煙氣,脫硫
1 前言
大氣環(huán)境中的SO2 污染,是當(dāng)今人類(lèi)面臨的重大環(huán)境問(wèn)題之一。我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)是以煤炭為主,燃煤型的二氧化硫污染已成為我國(guó)大氣污染的主要特征。在我國(guó)長(zhǎng)江以南的一些地區(qū),酸雨出現(xiàn)頻率很高,其影響面積也在不斷擴(kuò)大。酸雨不僅嚴(yán)重腐蝕建筑物和公共設(shè)施,而且毀壞大面積的森林和農(nóng)作物,每年給我國(guó)造成的經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)150 億元[1 ] 。
鋼鐵行業(yè)是SO2 排放的高污染行業(yè)。其中燒結(jié)過(guò)程的二氧化硫(SO2 ) 排放量占鋼鐵企業(yè)二氧化硫(SO2) 排放總量的40 %～60 % ,因此, 控制燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中的SO2 排放是鋼鐵企業(yè)控制SO2 污染的重點(diǎn)。
目前,控制SO2 大氣污染技術(shù)可分為四類(lèi), 即燃燒前脫硫、燃燒中脫硫、燃燒后煙氣脫硫以及轉(zhuǎn)化過(guò)程中脫硫,其中燃燒后煙氣脫硫被認(rèn)為是控制SO2 污染最為行之有效的途徑[2 ] 。燃燒后煙氣脫硫( flue gas desulfurization , 縮寫(xiě) FGD) 是目前世界上唯一大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的脫硫技術(shù)[3 ] 。世界各國(guó)研究開(kāi)發(fā)的煙氣脫硫技術(shù)達(dá)200 多種,但工業(yè)應(yīng)用的不超過(guò)20 種。按脫硫產(chǎn)物是否回收,煙氣脫硫可分為拋棄法和回收法。前者是將SO2 轉(zhuǎn)化為固體殘?jiān)鼟仐壍?后者則是將煙氣中的SO2 轉(zhuǎn)化為硫酸、硫磺、液體SO2 、化肥等有用物質(zhì)回收。按脫硫過(guò)程是否加水和脫硫產(chǎn)物的干濕狀態(tài),煙氣脫硫又可分為濕法、半干法和干法三類(lèi)工藝。我國(guó)煙氣脫硫技術(shù)起步晚,技術(shù)比較落后,燒結(jié)煙氣脫硫更是近年來(lái)才逐漸受到重視。截至2008 年,國(guó)內(nèi)已建成運(yùn)行的燒結(jié)煙氣脫硫工程主要有寶鋼梅鋼3 號(hào)燒結(jié)機(jī),采用的是濕法(石灰石 - 石膏法) ;柳州鋼鐵集團(tuán)公司燒結(jié)機(jī),采用是的濕法(硫銨法) ;福建三鋼公司燒結(jié)機(jī),采用的是干法(循環(huán)流化床法) 。
本文收集了國(guó)內(nèi)現(xiàn)有已建成且長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的燒結(jié)煙氣脫硫設(shè)施常規(guī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)資料,從脫硫效率、運(yùn)行成本、固廢綜合利用等方面對(duì)其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比分析,以期為我國(guó)燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)的進(jìn)步和國(guó)內(nèi)各燒結(jié)廠選擇煙氣脫硫技術(shù)提供參考和依據(jù)。
2 燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)
燒結(jié)煙氣是混合料點(diǎn)火后,隨臺(tái)車(chē)運(yùn)行,在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中所產(chǎn)生的含塵廢氣。燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的煙氣中SO2 濃度變化很大,其頭部和尾部煙氣SO2 濃度低,中部濃度高。燒結(jié)料中鐵氧化物會(huì)起到催化劑的作用,將部分SO2 催化氧化為SO3 [4 ] 。焦粉中的一部分有機(jī)硫轉(zhuǎn)入氣相呈單質(zhì)硫并被氧化,由于燒結(jié)過(guò)程存在溫度不均勻,排出的煙氣中還含有H2S 和CaS。另外,混合料中的氯化物也會(huì)在燒結(jié)過(guò)程中生成可揮發(fā)性氯化物進(jìn)入煙氣。
燒結(jié)煙氣的主要特點(diǎn)[5～6 ] 是煙氣量大(生產(chǎn)1t 燒結(jié)礦約產(chǎn)生4 000～6 000 m3 煙氣) 、溫度較高(一般在130 ℃左右) 、細(xì)粒粉塵多且具有粘性、含濕量大(水分含量在10 %(體積比) 左右) 、含有SOx 、NOx 等腐蝕性氣體、SO2 濃度較低(一般在1 000～3 000 mg/ m3 之間) 。某燒結(jié)機(jī)煙氣排放情況如下:煙氣量最大 47161 ×104 m3/ h ,最小17105 ×104 m3/ h ,平均 32133 ×104 m3/ h ;溫度116～159 ℃;壓力1517 ～ 518 kPa ( 除塵器出口) ;含塵112～269 mg/ m3 ;煙氣成分:CO 684 ～765 mg/ m3 ,SO2 2 573 ～5 178 mg/ m3 ,NOx73 ～204 mg/ m3 ; 煙塵成分: TFe 4218 % , SiO2 4189 % , FeO 1913 % , MgO3 12 % , TiO2 9128 % , V2O5 0140 % , CaO 10106 %[7 ] 。
3 脫硫效率及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較
本文收集了柳州鋼鐵集團(tuán)公司83 m2 燒結(jié)機(jī)脫硫系統(tǒng)(采用氨- 硫銨法) 和福建三鋼公司 180 m2 燒結(jié)機(jī)脫硫系統(tǒng)(采用循環(huán)流化床法) 的常規(guī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)其脫硫效率進(jìn)行比較分析。
(1) 硫銨法
柳鋼燒結(jié)廠83 m2 燒結(jié)機(jī)采用了硫銨法脫硫工藝,于2007 年3 月投入試生產(chǎn)。根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)站2007 年11 月對(duì)該脫硫設(shè)施的監(jiān)測(cè)結(jié)果 (見(jiàn)表1) ,其脫硫效率在95 %以上,除塵效率為 40 % ,運(yùn)行情況較穩(wěn)定。
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(2) 循環(huán)流化床法
福建三鋼廠180 m2 燒結(jié)機(jī)采用循環(huán)流化床法煙氣脫硫工藝,于2007 年10 月投入試運(yùn)行。根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)站對(duì)其進(jìn)行的監(jiān)測(cè)結(jié)果(表2) 表明,其脫硫效率在98 %以上,脫硫效果好,運(yùn)行情況較穩(wěn)定。
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(3) 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比
本文從脫硫設(shè)施總投資、運(yùn)營(yíng)成本、物耗能耗等多個(gè)方面對(duì)硫銨法和循環(huán)流化床法燒結(jié)煙氣脫硫工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果見(jiàn)表3 。
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通過(guò)分析可以看出,循環(huán)流化床法相比氨 - 硫銨法具有脫硫效率高、占地面積小,運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低,設(shè)備無(wú)需防腐,對(duì)燒結(jié)廢氣中的重金屬脫除效率高,總投資相對(duì)較省等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)也存在著脫硫副產(chǎn)物難以綜合利用的缺點(diǎn)。
(4) 脫硫副產(chǎn)物的綜合利用
循環(huán)流化床法的脫硫副產(chǎn)物是一種干態(tài)的混合物,它包含飛灰及消石灰反應(yīng)后產(chǎn)生的各種鈣基化合物, 主要成分為CaSO4 ·1/ 2H2O , CaSO3 ·1/ 2H2O , 少量未完全反應(yīng)的吸收劑 Ca (OH) 2及雜質(zhì)等。硫銨法的脫硫副產(chǎn)物是以硫酸銨為主。
在綜合利用方面,硫銨法只要控制好脫硫副產(chǎn)物中的重金屬成分,就能夠外售給化肥廠實(shí)現(xiàn)綜合利用。而循環(huán)流化床法脫硫副產(chǎn)物的綜合利用相對(duì)較為困難。最新的工業(yè)利用主要是在水泥生產(chǎn)中替代天然石膏作為緩凝劑。 2008 年,該綜合利用方案在天瑞集團(tuán)汝州水泥有限公司7 500 t/ d 新型干法水泥生產(chǎn)線[8 ]和梅縣恒塔旋窯水泥有限公司2 500 t/ d 新型干法水泥生產(chǎn)線[9 ] 中得到了成功運(yùn)用。運(yùn)行結(jié)果表明,脫硫石膏可以作為天然石膏的替代品,用于水泥生產(chǎn)。摻入小于3 %的脫硫石膏,不會(huì)影響水泥產(chǎn)品的品質(zhì)。
4 結(jié)論及建議
通過(guò)對(duì)我國(guó)目前為數(shù)不多的燒結(jié)煙氣脫硫工程的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),結(jié)合燒結(jié)煙氣脫硫的特點(diǎn),分析后認(rèn)為,循環(huán)流化床法更為成熟可靠,已有在大型燒結(jié)機(jī)(三鋼180 m2 燒結(jié)機(jī)) 上運(yùn)用的成功范例,硫銨法現(xiàn)最大還只用于83 m2 燒結(jié)機(jī)。循環(huán)流化床法煙氣脫硫技術(shù)具有脫硫效率高,占地面積小,運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低,設(shè)備無(wú)需防腐,對(duì)燒結(jié)廢氣中的重金屬脫除效率高,總投資相對(duì)較省等優(yōu)點(diǎn)。脫硫固廢(脫硫石膏) 可替代天然石膏,在水泥生產(chǎn)中用作水泥緩凝劑。該綜合利用方案已成功運(yùn)用于國(guó)內(nèi)多條水泥生產(chǎn)線的工業(yè)生產(chǎn)中。循環(huán)流化床法燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)已被列入2008 年9 月國(guó)家環(huán)保部頒布的《國(guó)家先進(jìn)污染防治技術(shù)示范名錄》( 2008 年度) ,成為國(guó)家當(dāng)前示范和推廣的燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)。
針對(duì)循環(huán)流化床法脫硫工藝中脫硫副產(chǎn)物綜合利用較為困難,利用方式比較單一的問(wèn)題, 建議在下一步工作中,加強(qiáng)對(duì)脫硫石膏的成分分析,加大力度開(kāi)拓和研究將脫硫石膏用作垃圾場(chǎng)防滲層、制造防噪隔音墻和墻磚等領(lǐng)域的綜合利用新方式。
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