摘要:概述了(le)(le)(le)鋼鐵企(qi)業二(er)氧化硫(liu)(liu)污染的(de)(de)現(xian)狀和主要(yao)控制技術,指(zhi)出(chu)(chu)燒(shao)結(jie)煙(yan)氣(qi)脫硫(liu)(liu)是有效的(de)(de)控制措施。分析(xi)了(le)(le)(le)燒(shao)結(jie)煙(yan)氣(qi)的(de)(de)特點,主要(yao)介紹了(le)(le)(le)密相干(gan)塔(ta)煙(yan)氣(qi)脫硫(liu)(liu)工藝,并對燒(shao)結(jie)煙(yan)氣(qi)脫硫(liu)(liu)技術的(de)(de)選擇提出(chu)(chu)了(le)(le)(le)建(jian)議。

關鍵詞:燒(shao)結煙(yan)氣(qi),煙(yan)氣(qi)脫硫( FGD),SO2,密相干塔(ta)

隨著近(jin)兩(liang)年(nian)(nian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)(tie)行(xing)(xing)業(ye)和(he)(he)火電(dian)廠(chang)的(de)大(da)規(gui)模建(jian)設, 對(dui)環(huan)(huan)保提(ti)出了(le)新的(de)挑(tiao)戰。鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)(tie)行(xing)(xing)業(ye)是國家重要的(de)基礎產(chan)業(ye),又是高能(neng)耗、高排(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)、增加(jia)環(huan)(huan)境負荷源頭的(de)行(xing)(xing)業(ye)。鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)(tie)生(sheng)(sheng)產(chan)在(zai)(zai)其熱(re)加(jia)工(gong)過(guo)程(cheng)中消耗大(da)量(liang)(liang)的(de)燃料(liao)(liao)和(he)(he)礦(kuang)石,同時排(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)大(da)量(liang)(liang)的(de)空(kong)氣污(wu)(wu)染(ran)物。1996 年(nian)(nian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)(tie)工(gong)業(ye)二氧(yang)化(hua)硫( SO2 ) 排(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)量(liang)(liang)為97. 8 萬t ,占全國工(gong)業(ye)SO2 排(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)量(liang)(liang)的(de)7. 5 % ,僅(jin)次于(yu)電(dian)力、煤氣、熱(re)水的(de)生(sheng)(sheng)產(chan)供應業(ye)和(he)(he)化(hua)工(gong)原料(liao)(liao)及化(hua)學(xue)制(zhi)品制(zhi)造(zao)業(ye),居第3 位[1 ,2 ] 。燒(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)工(gong)藝過(guo)程(cheng)產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)SO2 排(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)量(liang)(liang)約占鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)(tie)企(qi)業(ye)年(nian)(nian)排(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)量(liang)(liang)40 %～60 % ,控制(zhi)燒(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)機生(sheng)(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng) SO2 的(de)排(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang),是鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)(tie)企(qi)業(ye)SO2 污(wu)(wu)染(ran)控制(zhi)的(de)重點。隨著燒(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)礦(kuang)產(chan)量(liang)(liang)大(da)幅度(du)增加(jia)和(he)(he)燒(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)機的(de)大(da)型化(hua)發(fa)(fa)展, 單機廢氣量(liang)(liang)和(he)(he)SO2 排(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)量(liang)(liang)隨之增大(da),控制(zhi)燒(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)機煙氣SO2 污(wu)(wu)染(ran)勢在(zai)(zai)必行(xing)(xing)。國外已投巨資對(dui)此進(jin)行(xing)(xing)治理(li),甚至關閉了(le)燒(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)廠(chang)。目前(qian)我國在(zai)(zai)燒(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)煙氣SO2 脫(tuo)除(chu)方面基本上還處于(yu)空(kong)白,僅(jin)有幾(ji)個小型燒(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)廠(chang)上了(le)脫(tuo)硫設施,而以(yi)燒(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)礦(kuang)為主要原料(liao)(liao)的(de)煉鐵(tie)(tie)生(sheng)(sheng)產(chan)又不允許(xu)大(da)量(liang)(liang)關閉燒(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)廠(chang)。因此,對(dui)燒(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)煙氣進(jin)行(xing)(xing)脫(tuo)除(chu)處理(li)是滿足今后(hou)日益(yi)嚴格的(de)環(huan)(huan)保要求的(de)唯一選(xuan)擇(ze)。目前(qian)的(de)關鍵是借鑒國外的(de)先進(jin)經驗,開發(fa)(fa)應用適合(he)我國燒(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)特(te)點的(de)先進(jin)脫(tuo)硫工(gong)藝。

1 　燒結煙氣SO2 主要控制技術

目前,對(dui)燒結煙(yan)氣SO2 排(pai)放控制的方法有(you):

1) 低硫(liu)原(yuan)料配入法(fa); 2) 高煙(yan)囪稀釋排放(fang); 3) 煙(yan)氣(qi)脫硫(liu)法(fa)。

1. 1 　低硫原料配入法

燒結煙氣中的(de)(de)SO2 的(de)(de)來(lai)源主要是(shi)鐵礦石中的(de)(de) FeS2 或FeS、燃料(liao)(liao)中的(de)(de)S(有(you)機(ji)硫、FeS2 或FeS) 與氧反應(ying)產生的(de)(de),一(yi)般認為S 生成SO2 的(de)(de)比率可以達到 85 %～95 %. 因此,在確定(ding)燒結原料(liao)(liao)方案時,適當地選擇(ze)配入(ru)含硫低的(de)(de)原料(liao)(liao),從源頭實現(xian)對SO2 排放量的(de)(de)控(kong)制,是(shi)一(yi)種(zhong)簡單(dan)易行(xing)有(you)效的(de)(de)措(cuo)施(shi)。

該法因對原料(liao)含(han)硫(liu)要求嚴格,使其(qi)來(lai)源(yuan)受(shou)到了一定的限制,燒(shao)結礦的生產成(cheng)本也會隨著低(di)硫(liu)原料(liao)的價(jia)格上漲而增加。就(jiu)目(mu)前原料(liao)短缺的現狀(zhuang)來(lai)看, 此法難以全面推廣應用。

1. 2 　高煙囪稀釋排放

燒結煙(yan)(yan)氣(qi)中SO2 的質量(liang)濃(nong)度一般在(zai)1000 ～ 3000 mg/ m3 且煙(yan)(yan)氣(qi)量(liang)大,若回(hui)收在(zai)經濟上投資較大,故大多(duo)數國家(jia)仍以高煙(yan)(yan)囪(cong)排(pai)放為(wei)主(zhu),如美國煙(yan)(yan)囪(cong)最高達360 m.

我國包鋼(gang)(gang)燒(shao)結(jie)廠目前(qian)采(cai)(cai)用低(di)含硫原料、燃料,燒(shao)結(jie)煙(yan)(yan)氣經200 m 高煙(yan)(yan)囪(cong)排放,SO2 最大落地質量濃度在0. 017 mg/ m3 以下(xia)。寶(bao)鋼(gang)(gang)的燒(shao)結(jie)廠采(cai)(cai)用200 m 高煙(yan)(yan)囪(cong)稀(xi)(xi)釋排放。這種方法(fa)簡單(dan)易行(xing),又比較經濟。從(cong)長(chang)遠來看,高煙(yan)(yan)囪(cong)排放僅是一個過渡。但在當時條(tiao)件下(xia),采(cai)(cai)用高煙(yan)(yan)囪(cong)稀(xi)(xi)釋排放作為控制(zhi)SO2 污染的手段是正確的。

1. 3 　煙氣脫硫法

低硫原料配入(ru)法和高煙囪排(pai)放(fang)簡單(dan)易行,又較經(jing)濟。但我國SO2 的(de)控(kong)制是(shi)排(pai)放(fang)濃度和排(pai)放(fang)總量雙重控(kong)制,因此,為根本消除SO2 污染,煙氣脫硫技術在(zai)燒(shao)結廠的(de)應用勢(shi)在(zai)必(bi)行。

煙(yan)氣(qi)(qi)脫硫(liu)是(shi)控制燒結(jie)(jie)煙(yan)氣(qi)(qi)中SO2 污染最(zui)有(you)(you)(you)效的方法。目前世界上研發(fa)的煙(yan)氣(qi)(qi)脫硫(liu)技術(shu)有(you)(you)(you)200 多(duo)種(zhong),進(jin)入大規(gui)模(mo)商業(ye)應用的只(zhi)有(you)(you)(you)10 余種(zhong),我國也(ye)先后引(yin)進(jin)了不同的脫硫(liu)裝置主要用于火電(dian)廠(chang),而國內用于燒結(jie)(jie)煙(yan)氣(qi)(qi)脫硫(liu)的技術(shu)進(jin)展較慢。國內僅有(you)(you)(you)幾個小燒結(jie)(jie)上了脫硫(liu)設施(shi)。如廣鋼2 臺24 平燒結(jie)(jie)機采用雙堿法工藝,臨(lin)汾鋼廠(chang)利用燒結(jie)(jie)煙(yan)氣(qi)(qi)處理焦(jiao)化廢水等(deng),因脫硫(liu)設施(shi)或(huo)多(duo)或(huo)少存在(zai)一些(xie)問題,所以運(yun)行也(ye)不正常。

2 　燒結煙氣的特點

燒結煙氣是燒結混(hun)合(he)料點火后(hou),隨臺車(che)運行,在高溫燒結成型過程中(zhong)所產生的(de)含(han)塵(chen)廢氣。它與其(qi)他環境含(han)塵(chen)氣體有著(zhu)明(ming)顯(xian)的(de)區別,其(qi)主要特點是:

1) 煙氣量(liang)大,每生(sheng)產1 t 燒結礦(kuang)大約產生(sheng)4 000 ～6 000 m3 煙氣。

2) 煙(yan)氣溫度較高(gao),隨(sui)工(gong)藝操作狀況的變化,煙(yan)氣溫度一般在150 ℃上下。

3) 煙氣挾帶粉塵多。

4) 含(han)濕量大(da)。為了提(ti)高燒(shao)結(jie)(jie)混(hun)(hun)合料的(de)透氣(qi)(qi)性, 混(hun)(hun)合料在燒(shao)結(jie)(jie)前(qian)必須(xu)加適量的(de)水(shui)制成(cheng)(cheng)小球,所(suo)以含(han)塵(chen)煙(yan)氣(qi)(qi)的(de)含(han)濕量較大(da),按體(ti)積比計算,水(shui)分含(han)量在 10 %左右。 5) 含(han)有腐蝕(shi)性氣(qi)(qi)體(ti)。高爐煤氣(qi)(qi)點(dian)火及混(hun)(hun)合料的(de)燒(shao)結(jie)(jie)成(cheng)(cheng)型過程,均將產生(sheng)一定量的(de)SOx ,NOx ,它們遇水(shui)后將形成(cheng)(cheng)酸,對(dui)金(jin)屬結(jie)(jie)構會造成(cheng)(cheng)腐蝕(shi)。

6) 含(han)SO2 濃度較低(di),根(gen)據原料和燃料差(cha)異(yi)而變化,一般在1 000～3 000 mg/ m3 .

3 　燒結煙氣脫硫技術

3. 1 　技術現狀分析

燒(shao)結煙氣(qi)脫(tuo)硫(liu)的研究,日本居(ju)于世界領先地(di)位, 按照嚴格(ge)的環境保(bao)護標準,在上世紀70 年代(dai)建設的大型燒(shao)結廠采(cai)用了燒(shao)結煙氣(qi)脫(tuo)硫(liu)法(fa)(fa)(fa),脫(tuo)硫(liu)工藝多為濕式(shi)吸收法(fa)(fa)(fa)。80 年代(dai)以后,主要采(cai)用鋼渣石(shi)膏法(fa)(fa)(fa)、氨硫(liu)銨法(fa)(fa)(fa)、活性焦吸附法(fa)(fa)(fa)、電子(zi)束(shu)照射法(fa)(fa)(fa)等。

鋼渣石(shi)(shi)膏(gao)法是(shi)利(li)用轉爐廢渣研磨(mo)制成(cheng)的漿液為脫硫劑(ji),產(chan)品為低(di)濃度石(shi)(shi)膏(gao)。該法脫硫效率高、投資省。利(li)用了(le)廢渣,但(dan)易結垢、產(chan)品不能利(li)用。

氨硫(liu)銨法(fa)脫(tuo)硫(liu)工藝是(shi)利用(yong)焦化廠產生的氨氣, 脫(tuo)除燒(shao)結煙(yan)氣中的SO2 . 該法(fa)脫(tuo)硫(liu)效(xiao)率高(gao),副(fu)產品可利用(yong)。但存在氨損、副(fu)產物(wu)穩(wen)定化、副(fu)產品品質、副(fu)產品的市場化等(deng)問題(ti)。

活性焦吸附(fu)法煙氣(qi)脫(tuo)硫在(zai)脫(tuo)除SO2 的(de)同時,能不(bu)同程度脫(tuo)除廢氣(qi)中的(de)HCl 、HF 等(deng)有(you)害氣(qi)體;裝(zhuang)置占地面(mian)積較小(xiao);副產品經綜合加(jia)工后可(ke)利用。但存(cun)在(zai)運行(xing)成(cheng)本高(gao)、設備龐大且造價高(gao)、腐蝕問(wen)題(ti)突出、硫資(zi)源(yuan)回收處(chu)理等(deng)外圍(wei)系(xi)統復雜(za)、系(xi)統長(chang)期運行(xing)穩定(ding)性差等(deng)問(wen)題(ti)。

電(dian)(dian)子束(shu)法煙氣脫(tuo)硫能同時脫(tuo)硫脫(tuo)硝,過程簡單, 不(bu)產生(sheng)廢水廢渣(zha),副產品可用作化(hua)肥。但系(xi)統的安全性差,運行成本(ben)高(gao),電(dian)(dian)子加(jia)速器價格(ge)昂貴(gui),脫(tuo)硫產物難(nan)以有效捕集及利用,應用范圍受到限(xian)制(zhi)。

3. 2 　密相干塔煙氣脫硫技術

密相(xiang)干(gan)塔煙(yan)氣脫(tuo)硫技術(shu)是北京科技大(da)學(xue)環境工(gong)程中心針(zhen)對我國國情開發的(de)一種先(xian)進的(de)半干(gan)法煙(yan)氣脫(tuo)硫技術(shu),具有(you)(you)脫(tuo)硫效率高、投資運行費用低、可靠性高、占地面積小、無廢水產(chan)生、副產(chan)物易處理等優點(dian)。在歐洲,已(yi)有(you)(you)20 多家相(xiang)當規模(mo)的(de)電站鍋(guo)爐(lu)、工(gong)業鍋(guo)爐(lu)和工(gong)業爐(lu)窯工(gong)業化(hua)應(ying)用了該(gai)技術(shu)。

3. 2. 1 　工藝過程

該(gai)工(gong)藝(yi)的原理是利(li)用干粉(fen)狀的鈣基(ji)脫(tuo)(tuo)硫(liu)劑(ji),與密相干塔及布袋(dai)除塵器除下的大量循(xun)環(huan)灰(hui)(hui)一起進入(ru)加濕器內進行增(zeng)濕消化,使混合灰(hui)(hui)的水(shui)(shui)分(fen)含量保(bao)持在3 %到5 %之間(jian),加濕后的循(xun)環(huan)灰(hui)(hui)由(you)(you)塔上(shang)(shang)部(bu)進料(liao)口(kou)進入(ru)塔內,工(gong)藝(yi)流(liu)程(cheng)如(ru)圖1 所(suo)示(shi)。含水(shui)(shui)分(fen)的循(xun)環(huan)灰(hui)(hui)有極(ji)好的反(fan)(fan)應活(huo)性(xing)(xing)和(he)流(liu)動性(xing)(xing),與由(you)(you)塔上(shang)(shang)部(bu)進入(ru)的煙(yan)氣(qi)發生反(fan)(fan)應。脫(tuo)(tuo)硫(liu)劑(ji)不斷循(xun)環(huan)利(li)用,脫(tuo)(tuo)硫(liu)效率可達 95 %。最(zui)終(zhong)脫(tuo)(tuo)硫(liu)副產物(wu)由(you)(you)灰(hui)(hui)倉(cang)溢流(liu)出循(xun)環(huan)系統,通過氣(qi)力輸送裝置(zhi)送入(ru)廢料(liao)倉(cang)。

整個工藝(yi)流程主要包括:

1) SO2 的(de)吸收(shou)。預除(chu)塵(chen)后的(de)煙氣(qi)由(you)塔(ta)上部入(ru)口進入(ru),在塔(ta)內與高活(huo)性的(de)鈣基脫(tuo)硫劑進行SO2 吸收(shou)反應,反應后的(de)煙氣(qi)由(you)塔(ta)下部煙道(dao)出口排出,經(jing)除(chu)塵(chen)器除(chu)塵(chen)凈化(hua)后排入(ru)大(da)氣(qi)。

2) 脫(tuo)硫劑的循環利用。塔內(nei)(nei)落(luo)下的反應(ying)產(chan)物、除塵器(qi)(qi)收集的顆(ke)粒物和新吸(xi)收劑一起(qi)通過輸送裝置輸送到塔上部的加濕器(qi)(qi)內(nei)(nei),在加濕器(qi)(qi)內(nei)(nei)加少量水增濕活化后再次進(jin)入塔內(nei)(nei)進(jin)行脫(tuo)硫反應(ying),實現脫(tuo)硫劑的循環利用。

3) 該過(guo)程發生的(de)主要(yao)反應式如(1) ～ (7) 。

CaO + H2O —>Ca (OH) 2 , (1) Ca (OH) 2 + SO2 + 1/ 2H2O—>CaSO3 ·;1/2H2O + H2O , (2) Ca (O H) 2 + SO3 + H2O—>CaSO4 ·2H2O , (3) CaSO3 ·1/2H2O + 1/ 2O2 + 3/ 2H2O —>CaSO4 ·2H2O , (4) Ca (O H) 2 + CO2 CaCO3 + H2O , (5) Ca (OH) 2 + 2HCl CaCl2 + 2H2O , (6) Ca (O H) 2 + 2HF CaF2 + 2H2O. (7)

3. 2. 2 　工藝特點

1) 脫硫(liu)劑(ji)用(yong)量(liang)少而且利用(yong)率高,循環(huan)過(guo)程(cheng)中的(de)(de)脫硫(liu)劑(ji)顆(ke)粒(li)在(zai)攪拌(ban)器(qi)的(de)(de)破碎(sui)作用(yong)及煙氣強烈湍流引起的(de)(de)相互(hu)摩擦作用(yong)下,包裹(guo)著(zhu)CaSO3 (或CaSO4 ) 外殼的(de)(de)未反應的(de)(de)Ca (OH) 2 不斷(duan)裸露出來,使脫硫(liu)反應不斷(duan)充分(fen)地進行,脫硫(liu)率高達95 % ,同時可以去除SO3 、HCl 、HF 等;

2) 耗水量(liang)(liang)低,脫硫劑通(tong)過(guo)加濕提高(gao)其(qi)活性所(suo)用的水非常(chang)少,通(tong)常(chang)循環脫硫劑的含水質(zhi)量(liang)(liang)比為3 % ～5 %;

3) 塔內的(de)攪拌器強(qiang)化了(le)傳質過(guo)程(cheng),延長了(le)脫硫反應的(de)時間,保證了(le)系統的(de)運行(xing)效果;

4) 系統對不同SO2 濃(nong)度的(de)煙氣(qi)及負荷變(bian)化(hua)的(de)適應能力極(ji)強,這是(shi)該技術(shu)的(de)顯著優(you)點;

5) 脫(tuo)硫劑在整個脫(tuo)硫過(guo)程(cheng)中處于(yu)干(gan)燥狀態,操作(zuo)溫度高(gao)于(yu)露點,沒腐蝕或(huo)冷凝現(xian)象,無廢水產生;

6) 塔體用(yong)普(pu)通鋼(gang)材制(zhi)作,無需合金、涂料和橡膠(jiao)襯里等特殊(shu)防腐措施;

7) 煙氣無需再加熱(re)即可排放。

3. 2. 3 　系統的自動控制

整個(ge)工藝過(guo)程設(she)兩個(ge)控制回路:通(tong)過(guo)調節加(jia)濕器內加(jia)入水量(liang)(liang)來保證密相干(gan)塔中反(fan)應的(de)溫(wen)度及恒(heng)定的(de)煙(yan)氣出口溫(wen)度;通(tong)過(guo)對進出口煙(yan)氣流量(liang)(liang)和SO2 濃(nong)度的(de)連續監測(ce),調整吸收劑的(de)加(jia)入量(liang)(liang)。

4 　建議

目前,煙氣脫硫的工藝很多,對于燒(shao)結煙氣的脫硫處(chu)理(li),要針對煙氣特(te)點并結合現(xian)場的情況(kuang),做出合理(li)的選擇。

1) 工藝選擇(ze)應堅(jian)持以下(xia)原(yuan)則:技(ji)術先進成(cheng)熟且符(fu)合(he)企業(ye)自身的技(ji)術和經濟(ji)環境狀況、設備簡(jian)(jian)單可(ke)靠且操作簡(jian)(jian)便、自動化程(cheng)度高、投資省、脫硫(liu)率(lv)較(jiao)高且穩定(ding)、運(yun)行(xing)成(cheng)本與能耗低、脫硫(liu)劑來源廣泛、副產品易于(yu)處理(li)且不產生二次污染(ran)。

2) 密相干(gan)塔煙氣(qi)脫硫工(gong)藝屬于半干(gan)法脫硫工(gong)藝,完全符合上述的工(gong)藝選擇原則,適合進行燒結煙氣(qi)的脫硫處理。

3) 燒結過(guo)程中(zhong)(zhong),煙氣中(zhong)(zhong)SO2 的(de)濃度是(shi)變化的(de), 有時變化的(de)幅(fu)度大且頻(pin)率高,其頭部和尾部煙氣含(han) SO2 濃度低,中(zhong)(zhong)部煙氣含(han)SO2 濃度高。為(wei)減少脫硫裝(zhuang)(zhuang)置的(de)規模(mo),可只將含(han)SO2 濃度高的(de)煙氣引(yin)入(ru)脫硫裝(zhuang)(zhuang)置,這樣可以節約大部分資金。

4) 加快(kuai)推進燒(shao)結煙氣脫(tuo)硫技(ji)術(shu)的工業(ye)應用(yong),逐步消除我國SO2 和酸(suan)雨的污染對經濟(ji)發展(zhan)的消極(ji)影響,促進鋼鐵(tie)企業(ye)的可(ke)持續(xu)發展(zhan)。

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