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

燒結(jié)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(jié)機(jī)過(guò)程O2的排放,是鋼鐵企業(yè)SO2污染控制的重點(diǎn)。隨著燒結(jié)礦產(chǎn)量大幅度增加和燒結(jié)機(jī)的大型化發(fā)展, 單機(jī)廢氣量和SO2排放量隨之增大,控制燒結(jié)機(jī)煙氣SO2污染勢(shì)在必行。國(guó)外已投巨資對(duì)此進(jìn)行治理,甚至關(guān)閉了燒結(jié)廠。
    目前我國(guó)在燒結(jié)煙氣SO2脫除方面基本上還處于空白,僅有幾個(gè)小型燒結(jié)廠上了脫硫設(shè)施,
    而以燒結(jié)礦為主要原料的煉鐵又不允許大量關(guān)閉燒結(jié)廠。
    因此,對(duì)燒結(jié)煙氣進(jìn)行脫除處理是滿足今后日益嚴(yán)格的環(huán)保要求的*選擇。目前的關(guān)鍵是借鑒國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),應(yīng)用適合我國(guó)燒結(jié)特點(diǎn)的先進(jìn)脫硫工藝。
  1. 燒結(jié)煙氣SO2主要控制技術(shù)
    目前,對(duì)燒結(jié)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(jié)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(jī)硫、FeS2或FeS)與氧反應(yīng)產(chǎn)生的,一般認(rèn)為S 生成SO2的比率可以達(dá)到85%～95%. 因此,在確定燒結(jié)原料方案時(shí),適當(dāng)?shù)剡x擇配入含硫低的原料,從源頭實(shí)現(xiàn)對(duì)SO2排放量的控制,是一種簡(jiǎn)單易行有效的措施。
    該法因?qū)υ虾蛞髧?yán)格,使其來(lái)源受到了一定的限制,燒結(jié)礦的成本也會(huì)隨著低硫原料的價(jià)格上漲而增加。就目前原料短缺的現(xiàn)狀來(lái)看, 此法難以全面推廣應(yīng)用。
    1. 2 高煙囪稀釋排放
    燒結(jié)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(jì)上投資較大,故大多數(shù)仍以高煙囪排放為主,如美國(guó)煙囪zui高達(dá)360m.
    我國(guó)包鋼燒結(jié)廠目前采用低含硫原料、燃料,燒結(jié)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(jié)廠采用200 m高煙囪稀釋排放。這種方法簡(jiǎn)單易行,又比較經(jīng)濟(jì)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,高煙囪排放僅是一個(gè)過(guò)渡。但在當(dāng)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(jì)。但我國(guó)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(jié)廠的應(yīng)用勢(shì)在必行。
    煙氣脫硫是控制燒結(jié)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(guī)模商業(yè)應(yīng)用的只有10余種,我國(guó)也先后引進(jìn)了不同的脫硫裝置主要用于火電廠,而國(guó)內(nèi)用于燒結(jié)煙氣脫硫的技術(shù)進(jìn)展較慢。國(guó)內(nèi)僅有幾個(gè)小燒結(jié)上了脫硫設(shè)施。如廣鋼2臺(tái)24平燒結(jié)機(jī)采用雙堿法工藝,臨汾鋼廠利用燒結(jié)煙氣處理焦化廢水等,因脫硫設(shè)施或多或少存在一些問(wèn)題,所以運(yùn)行也不正常。
  2. 燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)
    燒結(jié)煙氣是燒結(jié)混合料點(diǎn)火后,隨臺(tái)車運(yùn)行,在高溫?zé)Y(jié)成型過(guò)程中所產(chǎn)生的含塵廢氣。它與其他環(huán)境含塵氣體有著明顯的區(qū)別,其主要特點(diǎn)是:
    1) 煙氣量大,每1t燒結(jié)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(jié)混合料的透氣性, 混合料在燒結(jié)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(jì)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(jié)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(duì)金屬結(jié)構(gòu)會(huì)造成腐蝕。
    6) 含SO2濃度較低,根據(jù)原料和燃料差異而變化,一般在1000～3000 mg/m3 .
  3. 燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)
    3. 1 技術(shù)現(xiàn)狀分析
    燒結(jié)煙氣脫硫的研究,日本居于世界地位, 按照嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn),在上世紀(jì)70年代建設(shè)的大型燒結(jié)廠采用了燒結(jié)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(zhuǎn)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(jié)垢、產(chǎn)品不能利用。
    氨硫銨法脫硫工藝是利用焦化廠產(chǎn)生的氨氣, 脫除燒結(jié)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(wěn)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(yùn)行成本高、設(shè)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(tǒng)復(fù)雜、系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)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(tǒng)的安全性差,運(yùn)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(yīng)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(duì)我國(guó)國(guó)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(yùn)行費(fèi)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(dāng)規(guī)模的電站鍋爐、工業(yè)鍋爐和工業(yè)爐窯工業(yè)化應(yīng)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(nèi)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(nèi),工藝流程如圖1所示。含水分的循環(huán)灰有*的反應(yīng)活性和流動(dòng)性,與由塔上部進(jìn)入的煙氣發(fā)生反應(yīng)。脫硫劑不斷循環(huán)利用,脫硫效率可達(dá)95%。
    zui終脫硫副產(chǎn)物由灰倉(cāng)溢流出循環(huán)系統(tǒng),通過(guò)氣力輸送裝置送入廢料倉(cāng)。
整個(gè)工藝流程主要包括:
    1) SO2的吸收。預(yù)除塵后的煙氣由塔上部入口進(jìn)入,在塔內(nèi)與高活性的鈣基脫硫劑進(jìn)行SO2 吸收反應(yīng),反應(yīng)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(nèi)落下的反應(yīng)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(nèi),在加濕器內(nèi)加少量水增濕活化后再次進(jìn)入塔內(nèi)進(jìn)行脫硫反應(yīng),實(shí)現(xiàn)脫硫劑的循環(huán)利用。
    3) 該過(guò)程發(fā)生的主要反應(yīng)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(qiáng)烈湍流引起的相互摩擦作用下,包裹著CaSO3(或CaSO4)外殼的未反應(yīng)的Ca(OH)2不斷裸露出來(lái),使脫硫反應(yīng)不斷充分地進(jìn)行,脫硫率高達(dá)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(nèi)的攪拌器強(qiáng)化了傳質(zhì)過(guò)程,延長(zhǎng)了脫硫反應(yīng)的時(shí)間,保證了系統(tǒng)的運(yùn)行效果;
    4) 系統(tǒng)對(duì)不同SO2 濃度的煙氣及負(fù)荷變化的適應(yīng)能力*,這是該技術(shù)的顯著優(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(xiàn)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(tǒng)的自動(dòng)控制
    整個(gè)工藝過(guò)程設(shè)兩個(gè)控制回路:通過(guò)調(diào)節(jié)加濕器內(nèi)加入水量來(lái)保證密相干塔中反應(yīng)的溫度及恒定的煙氣出口溫度;通過(guò)對(duì)進(jìn)出口煙氣流量和SO2 濃度的連續(xù)監(jiān)測(cè),調(diào)整吸收劑的加入量。
  4.　建議
    目前,煙氣脫硫的工藝很多,對(duì)于燒結(jié)煙氣的脫硫處理,要針對(duì)煙氣特點(diǎn)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的情況,做出合理的選擇。
    1) 工藝選擇應(yīng)堅(jiān)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(jì)環(huán)境狀況、設(shè)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(wěn)定、運(yùn)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(jié)煙氣的脫硫處理。
    3) 燒結(jié)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(guī)模,可只將含SO2濃度高的煙氣引入脫硫裝置,這樣可以節(jié)約大部分資金。
    4) 加快推進(jìn)燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用,逐步消除我國(guó)SO2和酸雨的污染對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的消極影響。