鋼鐵廠(chǎng)燒結煙氣脫硫技術(shù)及特點(diǎn)簡(jiǎn)介分析

燒結工藝過(guò)程產(chǎn)生的SO2排放量約占鋼鐵企業(yè)年排放量40%～60%,控制燒結機過(guò)程O(píng)2的排放,是鋼鐵企業(yè)SO2污染控制的重點(diǎn)。隨著(zhù)燒結礦產(chǎn)量大幅度增加和燒結機的大型化發(fā)展, 單機廢氣量和SO2排放量隨之增大,控制燒結機煙氣SO2污染勢在必行。國外已投巨資對此進(jìn)行治理,甚至關(guān)閉了燒結廠(chǎng)。
    目前我國在燒結煙氣SO2脫除方面基本上還處于空白,僅有幾個(gè)小型燒結廠(chǎng)上了脫硫設施,
    而以燒結礦為主要原料的煉鐵又不允許大量關(guān)閉燒結廠(chǎng)。
    因此,對燒結煙氣進(jìn)行脫除處理是滿(mǎn)足今后日益嚴格的環(huán)保要求的*選擇。目前的關(guān)鍵是借鑒國外的先進(jìn)經(jīng)驗,應用適合我國燒結特點(diǎn)的先進(jìn)脫硫工藝。
  1. 燒結煙氣SO2主要控制技術(shù)
    目前,對燒結煙氣SO2排放控制的方法有:
    1)低硫原料配入法; 2)高煙囪稀釋排放; 3)煙氣脫硫法。
    1. 1 低硫原料配入法
    燒結煙氣中的SO2的來(lái)源主要是鐵礦石中的FeS2或FeS、燃料中的S(有機硫、FeS2或FeS)與氧反應產(chǎn)生的,一般認為S 生成SO2的比率可以達到85%～95%. 因此,在確定燒結原料方案時(shí),適當地選擇配入含硫低的原料,從源頭實(shí)現對SO2排放量的控制,是一種簡(jiǎn)單易行有效的措施。
    該法因對原料含硫要求嚴格,使其來(lái)源受到了一定的限制,燒結礦的成本也會(huì )隨著(zhù)低硫原料的價(jià)格上漲而增加。就目前原料短缺的現狀來(lái)看, 此法難以全面推廣應用。
    1. 2 高煙囪稀釋排放
    燒結煙氣中SO2的質(zhì)量濃度一般在1000～3000 mg/m3且煙氣量大,若回收在經(jīng)濟上投資較大,故大多數仍以高煙囪排放為主,如美國煙囪zui高達360m.
    我國包鋼燒結廠(chǎng)目前采用低含硫原料、燃料,燒結煙氣經(jīng)200m高煙囪排放,SO2zui大落地質(zhì)量濃度在0. 017mg/m3以下。寶鋼的燒結廠(chǎng)采用200 m高煙囪稀釋排放。這種方法簡(jiǎn)單易行,又比較經(jīng)濟。從長(cháng)遠來(lái)看,高煙囪排放僅是一個(gè)過(guò)渡。但在當時(shí)條件下,采用高煙囪稀釋排放作為控制SO2 污染的手段是正確的。
    1. 3 煙氣脫硫法
    低硫原料配入法和高煙囪排放簡(jiǎn)單易行,又較經(jīng)濟。但我國SO2的控制是排放濃度和排放總量雙重控制,因此,為根本消除SO2污染,煙氣脫硫技術(shù)在燒結廠(chǎng)的應用勢在必行。
    煙氣脫硫是控制燒結煙氣中SO2污染zui有效的方法。目前世界上的煙氣脫硫技術(shù)有200多種,進(jìn)入大規模商業(yè)應用的只有10余種,我國也先后引進(jìn)了不同的脫硫裝置主要用于火電廠(chǎng),而國內用于燒結煙氣脫硫的技術(shù)進(jìn)展較慢。國內僅有幾個(gè)小燒結上了脫硫設施。如廣鋼2臺24平燒結機采用雙堿法工藝,臨汾鋼廠(chǎng)利用燒結煙氣處理焦化廢水等,因脫硫設施或多或少存在一些問(wèn)題,所以運行也不正常。
  2. 燒結煙氣的特點(diǎn)
    燒結煙氣是燒結混合料點(diǎn)火后,隨臺車(chē)運行,在高溫燒結成型過(guò)程中所產(chǎn)生的含塵廢氣。它與其他環(huán)境含塵氣體有著(zhù)明顯的區別,其主要特點(diǎn)是:
    1) 煙氣量大,每1t燒結礦大約產(chǎn)生4000～6000m3煙氣。
    2) 煙氣溫度較高,隨工藝操作狀況的變化,煙氣溫度一般在150 ℃上下。
    3) 煙氣挾帶粉塵多。
    4) 含濕量大。為了提高燒結混合料的透氣性, 混合料在燒結前必須加適量的水制成小球,所以含塵煙氣的含濕量較大,按體積比計算,水分含量在 10 %左右。 
    5) 含有腐蝕性氣體。高爐煤氣點(diǎn)火及混合料的燒結成型過(guò)程,均將產(chǎn)生一定量的SOx,NOx,它們遇水后將形成酸,對金屬結構會(huì )造成腐蝕。
    6) 含SO2濃度較低,根據原料和燃料差異而變化,一般在1000～3000 mg/m3 .
  3. 燒結煙氣脫硫技術(shù)
    3. 1 技術(shù)現狀分析
    燒結煙氣脫硫的研究,日本居于世界地位, 按照嚴格的環(huán)境保護標準,在上世紀70年代建設的大型燒結廠(chǎng)采用了燒結煙氣脫硫法,脫硫工藝多為濕式吸收法。80年代以后,主要采用鋼渣石膏法、氨硫銨法、活性焦吸附法、電子束照射法等。
    鋼渣石膏法是利用轉爐廢渣研磨制成的漿液為脫硫劑,產(chǎn)品為低濃度石膏。該法脫硫效率高、投資省。利用了廢渣,但易結垢、產(chǎn)品不能利用。
    氨硫銨法脫硫工藝是利用焦化廠(chǎng)產(chǎn)生的氨氣, 脫除燒結煙氣中的SO2. 該法脫硫效率高,副產(chǎn)品可利用。但存在氨損、副產(chǎn)物穩定化、副產(chǎn)品品質(zhì)、副產(chǎn)品的市場(chǎng)化等問(wèn)題。
    活性焦吸附法煙氣脫硫在脫除SO2的同時(shí),能不同程度脫除廢氣中的HCl 、HF等有害氣體;裝置占地面積較小;副產(chǎn)品經(jīng)綜合加工后可利用。但存在運行成本高、設備龐大且造價(jià)高、腐蝕問(wèn)題突出、硫資源回收處理等外圍系統復雜、系統長(cháng)期運行穩定性差等問(wèn)題。
    電子束法煙氣脫硫能同時(shí)脫硫脫硝,過(guò)程簡(jiǎn)單, 不產(chǎn)生廢水廢渣,副產(chǎn)品可用作化肥。但系統的安全性差,運行成本高,電子加速器價(jià)格昂貴,脫硫產(chǎn)物難以有效捕集及利用,應用范圍受到限制。
    3. 2 密相干塔煙氣脫硫技術(shù)
    密相干塔煙氣脫硫技術(shù)是北京科技大學(xué)環(huán)境工程中心針對我國國情的一種先進(jìn)的半干法煙氣脫硫技術(shù),具有脫硫效率高、投資運行費用低、可靠性高、占地面積小、無(wú)廢水產(chǎn)生、副產(chǎn)物易處理等優(yōu)點(diǎn)。在歐洲,已有20多家相當規模的電站鍋爐、工業(yè)鍋爐和工業(yè)爐窯工業(yè)化應用了該技術(shù)。
    3. 2. 1工藝過(guò)程
    該工藝的原理是利用干粉狀的鈣基脫硫劑,與密相干塔及布袋除塵器除下的大量循環(huán)灰一起進(jìn)入加濕器內進(jìn)行增濕消化,使混合灰的水分含量保持在3%到5%之間,加濕后的循環(huán)灰由塔上部進(jìn)料口進(jìn)入塔內,工藝流程如圖1所示。含水分的循環(huán)灰有*的反應活性和流動(dòng)性,與由塔上部進(jìn)入的煙氣發(fā)生反應。脫硫劑不斷循環(huán)利用,脫硫效率可達95%。
    zui終脫硫副產(chǎn)物由灰倉溢流出循環(huán)系統,通過(guò)氣力輸送裝置送入廢料倉。
整個(gè)工藝流程主要包括:
    1) SO2的吸收。預除塵后的煙氣由塔上部入口進(jìn)入,在塔內與高活性的鈣基脫硫劑進(jìn)行SO2 吸收反應,反應后的煙氣由塔下部煙道出口排出,經(jīng)除塵器除塵凈化后排入大氣。
    2) 脫硫劑的循環(huán)利用。塔內落下的反應產(chǎn)物、除塵器收集的顆粒物和新吸收劑一起通過(guò)輸送裝置輸送到塔上部的加濕器內,在加濕器內加少量水增濕活化后再次進(jìn)入塔內進(jìn)行脫硫反應,實(shí)現脫硫劑的循環(huán)利用。
    3) 該過(guò)程發(fā)生的主要反應式如(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(diǎn)
    1) 脫硫劑用量少而且利用率高,循環(huán)過(guò)程中的脫硫劑顆粒在攪拌器的破碎作用及煙氣強烈湍流引起的相互摩擦作用下,包裹著(zhù)CaSO3(或CaSO4)外殼的未反應的Ca(OH)2不斷裸露出來(lái),使脫硫反應不斷充分地進(jìn)行,脫硫率高達95%,同時(shí)可以去除SO3、HCl、HF等;
    2) 耗水量低,脫硫劑通過(guò)加濕提高其活性所用的水非常少,通常循環(huán)脫硫劑的含水質(zhì)量比為3%～5%;
    3) 塔內的攪拌器強化了傳質(zhì)過(guò)程,延長(cháng)了脫硫反應的時(shí)間,保證了系統的運行效果;
    4) 系統對不同SO2 濃度的煙氣及負荷變化的適應能力*,這是該技術(shù)的顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn);
    5) 脫硫劑在整個(gè)脫硫過(guò)程中處于干燥狀態(tài),操作溫度高于露點(diǎn),沒(méi)腐蝕或冷凝現象,無(wú)廢水產(chǎn)生;
    6) 塔體用普通鋼材制作,無(wú)需合金、涂料和橡膠襯里等特殊防腐措施;
    7) 煙氣無(wú)需再加熱即可排放。
    3. 2. 3 系統的自動(dòng)控制
    整個(gè)工藝過(guò)程設兩個(gè)控制回路:通過(guò)調節加濕器內加入水量來(lái)保證密相干塔中反應的溫度及恒定的煙氣出口溫度;通過(guò)對進(jìn)出口煙氣流量和SO2 濃度的連續監測,調整吸收劑的加入量。
  4.　建議
    目前,煙氣脫硫的工藝很多,對于燒結煙氣的脫硫處理,要針對煙氣特點(diǎn)并結合現場(chǎng)的情況,做出合理的選擇。
    1) 工藝選擇應堅持以下原則:技術(shù)先進(jìn)成熟且符合企業(yè)自身的技術(shù)和經(jīng)濟環(huán)境狀況、設備簡(jiǎn)單可靠且操作簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度高、投資省、脫硫率較高且穩定、運行成本與能耗低、脫硫劑來(lái)源廣泛、副產(chǎn)品易于處理且不產(chǎn)生二次污染。
    2) 密相干塔煙氣脫硫工藝屬于半干法脫硫工藝,*符合上述的工藝選擇原則,適合進(jìn)行燒結煙氣的脫硫處理。
    3) 燒結過(guò)程中,煙氣中SO2的濃度是變化的, 有時(shí)變化的幅度大且頻率高,其頭部和尾部煙氣含 SO2濃度低,中部煙氣含SO2濃度高。為減少脫硫裝置的規模,可只將含SO2濃度高的煙氣引入脫硫裝置,這樣可以節約大部分資金。
    4) 加快推進(jìn)燒結煙氣脫硫技術(shù)的工業(yè)應用,逐步消除我國SO2和酸雨的污染對經(jīng)濟發(fā)展的消極影響。