燒結煙氣脫硫技術概述
1 燒結煙氣脫硫項目實施的政策驅動
1.1 世界硫氧化物排放及國內二氧化硫減排計劃
目前，全世界每年向大氣排放硫氧化物1億t以上，SO2排放造成了嚴重的污染。節能減排已經成為當前宏觀調控的重點，政府確定了“十一五”期間單位GDP能耗降低20%左右和主要污染物排放減少10%的目標。原國家環保總局根據《二氧化硫總量分配指導意見》，編制的“‘十一五’期間SO2控制計劃”指出：電廠計劃減排SO2 480萬t，其它行業計劃減排30萬t，其中鋼鐵行業要減排10萬t。在鋼鐵行業10萬t SO2減排任務中，燒結工序占50%，鋼鐵企業自備電廠占40%，其它占10%。
1.2鋼鐵行業燒結煙氣脫硫實施方案
目前，鋼鐵行業二氧化硫主要由燒結、球團煙氣產生，燒結、球團煙氣產生的二氧化硫占鋼鐵企業排放總量70%以上，個別企業達到90%左右（不含燃煤自備電廠產生的二氧化硫）。據統計，2008年全國重點統計的鋼鐵企業二氧化硫排放量約110萬t，其中燒結二氧化硫排放量約80萬t。
為落實《鋼鐵產業調整和振興規劃》，工業和信息化部組織制定了《鋼鐵行業燒結煙氣脫硫實施方案》（工信部節［2009］340號），并于2009年7月30日正式發布實施。該方案提出以下目標：在2009年5月底已形成燒結煙氣脫硫能力8.2萬t的基礎上，2011年底前鋼鐵行業新增燒結煙氣脫硫能力20萬t（其中中央企業10萬t）。2011年鋼鐵行業燒結煙氣排放二氧化硫不超過64.5萬t，重點大中型企業噸鋼二氧化硫排放量小于1.8kg，滿足《鋼鐵產業調整和振興規劃》提出的指標要求，燒結煙氣二氧化硫污染初步得到治理。
截至2009年5月底，我國已建成燒結煙氣脫硫裝置35套，形成燒結煙氣脫硫能力8.2萬t。已投入運行的燒結煙氣脫硫裝置采用的工藝主要有循環流化床法、氨-硫銨法、密相干塔法、石灰石-石膏法等。截至2008年底，中央企業已建成燒結煙氣脫硫裝置2套，形成燒結煙氣脫硫能力0.79萬t。因此，盡快解決燒結機脫硫問題，已成為鋼鐵行業完成節能減排、實現循環經濟和可持續發展的一個重要課題。
2 國內外燒結脫硫現狀
我國鋼鐵行業燒結煙氣脫硫成為繼火力發電機組煙氣脫硫之后SO2排放控制的重點。鋼鐵行業燒結煙氣中含有SO2、SO3、NOx、CO、CO2、H2O、O2、N2、HF、HCL等復雜成分，且煙氣流量、煙氣溫度等工況參數波動較大，難以進行脫硫治理。為解決二氧化硫的排放問題，國外主要有兩種對策：一是選用低硫的原料；二是煙氣脫硫。煙氣脫硫技術還有氨法、石灰石-石膏法、活性碳吸收法等多種方法。
2.1 世界鋼鐵燒結煙氣脫硫工藝技術及其發展趨勢
隨著工業化進程，世界環境治理經歷了四個階段。第一階段：可見污染物治理（黑煙、黑水、固廢）；第二個階段：二氧化硫、氮氧化物等污染物治理；第三階段：二氧化碳、二噁英、重金屬等污染物治理（地球變暖）；第四階段：綜合治理（生態法，即一攬子解決環境、能源、資源、經濟、社會和發展的方法，從源頭治理，建立多種工業群和系統的聯系）。發達國家已完成工業化進程，進入深層次治理階段，如治理有機物、重金屬、放射性、噪聲、氰化物、砷化物、氮氧化物、二噁英、二氧化碳等。同樣，發達國家鋼鐵燒結煙氣治理也經歷了幾個階段。特別是經歷了從單一治理二氧化硫到目前的多組分污染物治理階段，因而使世界鋼鐵公司采取的燒結煙氣脫硫工藝也隨之發生較大變化。
2.1.1日本
對于燒結煙氣脫硫技術的研究，日本居世界領先地位。70年代日本建設的大型燒結廠（如日本鋼管的扇島、福山燒結廠，住友的鹿島、歌山燒結廠和新日鐵的若松燒結廠等）先后采用了燒結煙氣脫硫技術，脫硫方式為濕式吸收法，主要有石灰石-石膏法、氨法、鎂法等。但是由于濕法煙氣脫硫工藝無法解決燒結煙氣中二噁英含量過高的問題，同時由于燒結煙氣還含有SO3、HCL、HF等酸性物質和重金屬污染成分，采用濕法工藝系統也不能高效脫除。因此，1989年以后，活性炭吸附工藝漸漸占領日本燒結煙氣脫硫領域。日本水島制鐵所的第四燒結廠采用石灰石-石膏法處理75萬m3/h的燒結煙氣，自1989年投入運行以來，處理效果穩定，還可以去除30%~60%的粉塵。日本NKK（現為JFE）京濱制鐵所采用氨-硫氨法進行燒結煙氣脫硫，自1989年投入使用以來，運行穩定，副產品硫酸氨質量較好，但需提高設備的耐腐蝕性。該法利用焦爐氣中無用的氨與燒結煙氣中的SO2反應回收硫氨，即首先用亞硫酸氨溶液（濃度為3%）吸收SO2并生成亞硫酸氫氨，再將吸收液送到焦化廠吸收焦爐煤氣中的NH3，進而形成亞硫酸氨，隨后送回燒結廠予以循環利用。為保證吸收液濃度穩定，還要定期外排部分吸收液，并用空氣將排出液中的亞硫酸氨氧化成硫酸氨，加以回收利用。
1987年，日本新日鐵在名古屋鋼鐵廠3號燒結機上配置了一套利用活性炭吸附燒結煙氣脫硫、脫硝的裝置，處理量90萬m3/h，投資約55億日元，年運行費用約10億日元。經過多年運行，該裝置不僅可同時實現較高的脫硫率（95%）和脫硝率（40%），而且具有較好的除塵效果。現名古屋鋼鐵廠的1、2號燒結機也配置了這種裝置（煙氣處理量130萬m3/h），并于1999年7月投產使用。該法是在活性炭移動層吸收塔入口處，向煙氣中加入脫硝所需的氨，煙氣在吸收塔內形成硫酸、硫酸氫氨等物質并被活性碳吸附去除。吸附了硫酸和銨鹽的活性炭被送入解析塔，經加熱至400℃左右即可解析出高濃度SO2。解析出的高濃度SO2送往副產品回收裝置利用，生產高濃度硫磺（99.9%以上）或濃硫酸（98%以上）。再生后的活性炭經冷卻篩去雜質后送回吸收塔進行循環使用。
目前，日本鋼鐵公司共有燒結機25臺，建有燒結煙氣脫硫裝置的燒結機17臺，其中9臺采用的工藝是活性炭/焦吸附工藝，8臺是舊有濕法工藝（均為1989年前建成投運），其余8臺燒結機因使用原料、燃料含硫量極低，并采取別的辦法治理二噁英，因此未建脫硫裝置。
2000年日本政府提出執行二噁英排放濃度標準后，日本鋼鐵公司新建燒結煙氣處理工藝全部采用活性炭/焦吸附工藝，在脫除二氧化硫的同時脫除二噁英。由于原來濕法工藝，只能脫硫而無法脫除二噁英，為解決二噁英污染排放控制問題，幾家鋼廠將濕法脫硫工藝裝置廢棄，新建了活性炭/焦吸附工藝。但是活性炭/焦工藝復雜，解析過程能耗大，活性炭易自燃，系統投資、運行費用非常高，在其他國家尚未得到很好的應用。
2.1.2歐洲
由于原來使用的鐵礦及焦炭等原、燃料含硫量低，煙氣中二氧化硫濃度符合排放標準。因此，早期燒結煙氣治理主要集中在粉塵和二噁英（PCDD/Fs）上，很少有專門用于燒結煙氣脫硫的裝置。目前，歐美已采用的燒結煙氣脫硫工藝主要有以下幾種：
1）德國杜依斯堡鋼廠108m2燒結機1998年建有旋轉噴霧干燥（SDA）干法脫硫工藝；
2）法國ALSTOM（阿爾斯通）研發NID干法燒結煙氣脫硫工藝，并在法國某燒結機上實施；
3）奧鋼聯研發MEROS干法脫硫工藝，并在LINZ鋼廠實施；
4）2006年，德國迪林根燒結機煙氣處理采用CFB干法脫硫工藝。
從日本和歐美鋼鐵公司燒結煙氣脫硫工藝的選擇和應用可見，國外燒結煙氣脫硫工藝的選擇趨勢是由“濕”到“干”。
2.1.3中國
目前，國內燒結煙氣脫硫剛剛起步，濕法、干法并存。而且只考慮脫除二氧化硫，不符合國際環保治理趨勢。雖然我國還處在工業化進程中，但國際社會不會允許我國再經歷環保治理的四個階段。現在同時進行第二、三階段的工作，甚至第四階段的工作，如屬于第二階段的二氧化硫、氮氧化物治理；屬于第三階段的二氧化碳減排、履約行動；屬于第四階段的循環經濟、清潔生產工作。因此，根據燒結煙氣成分復雜的特點，燒結煙氣污染物綜合脫除一體化集成技術是燒結煙氣治理的必然方向。2005年之前，我國還沒有一臺燒結機實施煙氣脫硫技術。近年來，隨著環保要求的日趨嚴格，節能減排已成為當前宏觀調控的重點。環境保護部于2008年4月8日發布的中華人民共和國環境保護標準《清潔生產標準鋼鐵行業（燒結）》（HJ/T428-2008年）于8月1日實施。迫于政策壓力，鋼鐵企業才開始將其提上日程實施燒結煙氣脫硫技術，但是又不得不面對巨大的技術風險和高額的投資、運行費用等問題。
二氧化硫是鋼鐵企業常見的污染物,燒結過程中排放的二氧化硫約占總排放量的60%以上。由于國內尚無專項燒結煙氣脫硫技術,因此燒結煙氣脫硫項目被列為我國至2020年鋼鐵行業科技發展指南中的重點研發課題。2007年5月,寶鋼研究院成功研發出一整套燒結煙氣脫硫工藝和關鍵設備等系列技術,并于2007年10月在不銹鋼分公司3 號燒結機旁建設成了工業試驗裝置。之后,科研人員開展了全面試驗研究,實驗結果得到了專家一致認可。該技術應用于寶鋼分公司、不銹鋼分公司、梅鋼,標志著這一擁有寶鋼自主知識產權的科技成果向工程化應用邁出了關鍵一步,我國首個大型燒結機煙氣脫硫工程在寶鋼誕生。
根據《二氧化硫總量分配指導意見》，至2010年，環保總局通過的以鋼鐵燒結為代表的非電脫硫重點項目為39個，其中包括22個鋼鐵企業脫硫項目（見表1）。
 |
從目前情況看，我國燒結煙氣脫硫應用了濕法、干法、半干法和氨法等多種方法。我國燒結煙氣脫硫裝置建設的非常少，有一些已經完成建設并投入運行，例如包鋼采用ENS半干法，柳鋼采用氨－硫銨法，三鋼、濟鋼采用半干法-循環流化床法，石鋼采用干法-密相干塔法，寶鋼不銹和梅鋼采用改進的濕法-氣噴旋沖石灰石/石膏法等。我國正在建設或者已經簽訂燒結煙氣脫硫項目合同的鋼鐵企業有20余家，例如南鋼、杭鋼、日鋼采用氨-硫銨法，萊鋼、邢鋼、邯鋼均采用半干法，太鋼采用濕法等。國外技術諸如MEROS、GSCA等也有應用，SDA、NID等方法也將被采用。縱觀我國已運行的燒結煙氣脫硫項目，或多或少都存在問題，主要原因在于環保公司照搬電廠的脫硫技術。總體來說，我國燒結脫硫技術處于百花齊放、百家爭鳴的階段，但缺少適合我國國情的成熟可靠、運行穩定的燒結煙氣脫硫技術。
目前，各種燒結煙氣脫硫技術應用情況，見表2。
 |
3 燒結煙氣脫硫的主要技術難題
目前，市場成熟的脫硫技術是應用于燃煤電廠的，如濕法、干法、半干法、氨法等。但這些技術不能簡單轉移到鋼鐵企業燒結煙氣脫硫上，因為燃煤電廠和燒結廠的工況和煙氣成分差異巨大。當前熟練掌握脫硫技術和具備豐富項目管理經驗的人員更熟悉燃煤電廠的環境，不了解冶金工藝，缺乏必要的專業經驗積累。
在工況方面，例如濕法要配備脫硫塔，而燒結機現場往往沒有足夠的地方建脫硫塔；還有脫硫產生廢棄物的處理問題；在燃煤電廠，脫硫屬于末端環節，一旦出現問題，可以暫時利用“旁路”直接排放，而燒結是冶金的中間環節，一旦出現問題，整個生產必然受到影響，試驗風險較高。
在煙氣成分方面，燒結煙氣具有以下特點：
1）煙氣量大，生產1t燒結礦產生4000m3~6000m3煙氣；
2）二氧化硫濃度變化大，范圍在400mg/Nm3~5000mg/Nm3之間；
3）溫度變化大，一般為80℃~180℃；
4）流量變化大，幅度高達40%以上；
5）水分含量大且不穩定，一般為10%~13%；
6）含氧量高，一般為15%~18%；
7）含有多種污染成分，除含有二氧化硫、粉塵外，還含有重金屬、二噁英類、氮氧化物等。這些特點都在一定程度上增加了燒結煙氣二氧化硫治理的難度。
在經費方面，燒結煙氣脫硫設施投資占燒結機總投資的20%~30%，每個燒結脫硫項目的投資金額從5000萬~2億元不等，主要影響因素有燒結機面積大小、現場條件和脫硫技術的選擇等。從國內已實施建設的太鋼、石鋼、柳鋼、濟鋼和郉鋼等幾個項目的情況看，項目造價在4000萬~8000萬元之間。燒結煙氣脫硫的運行費用也很高。以山東某鋼廠90m2燒結機石灰石-石膏法脫硫為例，年運行費用為490萬元左右。巨大的資金需求是多年來燒結煙氣脫硫不能有效開展的重要因素之一。
由于歷史原因，我國很大一部分燒結機建設年代較早，設計和建設時都沒有預留燒結煙氣脫硫項目的建設場地，造成現在既使想建脫硫裝置也無場地可建的局面。石灰石-石膏法脫硫技術是目前燒結脫硫中最成熟的技術，在日本應用十分廣泛。這是因為日本缺少天然石膏，燒結脫硫副產物石膏在日本可以得到很好的利用。而我國有大量廉價天然石膏，脫硫石膏因品質差而未得到利用，電廠脫硫石膏被直接拋棄，造成固體廢棄物的二次污染。因此，如何改進脫硫技術，提高脫硫石膏的品質加以利用是擺在燒結煙氣脫硫工作者面前的大課題。其它的氨法、干法也存在脫硫副產物利用方面的問題。
隨著國家環保政策的逐步落實，“十二五”期間將有更多鋼鐵企業開始實施燒結煙氣脫硫項目，因此，開發適合我國國情、投資少的燒結煙氣脫硫技術是推進燒結煙氣脫硫工作最迫切需要解決的問題。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
