新烧结烟气脱硫方式的分析探讨

烧结烟气脱硫方式的分析探讨发布时间：2010-09-19浏览次数：235文字颜色:字号:TTT视力保护:陈健(宝山钢铁股份有限公司，上海201900)摘要：介绍了烧结烟气的特性和常用烧结脱硫技术路线，分析了在建设烧结脱硫设施时需引起关注的问题，揭示了烧结脱硫的独特性和各种烧结脱硫技术的特点。对低含硫率烟气的脱硫、脱硫副产物的综合利用、脱硫后烟气对环境的影响以及单一脱硫与多组分污染物综合治理的问题进行了深入的分析，并结合国情提出适当处理这些问题的基本思路。关键词：烧结；烟气脱硫；特性Analysisanddiscussionofsinteringfluegasdesulfurizationmethod(Bao8teelbon&SteelCo。,Ltd.,Shanghai201900，China)Abstract：Bydescribingthecharacteristicsofsinteringfluegasandtheroadmapofconventionaldesulfurizationtechnologies，andbyanalyzingtheproblemstobesolvedduringtheconstructionofsinteringfluegasdesulfurizationfacilities,thisarticlerevealstheuniquenessofsinteringfluegasdesulfurizationandthecharacteristicsofvariousdesulfurizationtechnologies.Adeepanalysisismadeonseveralproblems,suchasthedesulfurizationoffluegaswithlowsulfurcontent,comprehensiveutilizationofby-products,andeffectofdesulfurizationfluegasontheenvironment,singledesulfurizationandcomprehensivehandingofmulti-pollutants.Withthesituationofourcountrytakenintoconsiderationbasicideastosolvethoseproblemsareputforward.Keywords：sinteringfluegas；desulfurization；CharacteristicsO前言烧结工序是钢铁冶炼的前道工序，作为高炉炼铁的原料，烧结矿以其经济性成为高炉炼铁的最主要的原料来源。近年来随着我国钢铁生产规模的迅速膨胀，烧结矿的需求量和生产量也大幅增加，至2007年我国烧结矿的产量已达到5亿t。由于在烧结过程中，铁矿石、煤及焦粉等原料中的硫在高温条件下氧化生成二氧化硫并通过烟气排放至大气环境中，造成对大气环境的污染。2008年我国重点统计的钢铁工业排放二氧化硫110万t，其中烧结工序排放80万t，约占全国二氧化硫排放总量的5％。虽然烧结工序二氧化硫排放严重，但目前为止我国对烧结二氧化硫的治理工作才刚刚起步，据统计，我国90m2以上烧结机共有570余台，但已建成的脱硫设施才35套，实现脱硫的烧结机仅40台，占7％。烧结烟气脱硫建设进展缓慢，除了投资和运行维护成本高影响企业经济效益的原因外，烧结烟气自身固有的复杂性和特殊性使得脱硫技术路线的选择、脱硫副产品的综合利用等变得困难也是重要的原因之一。1烧结烟气的特性与电厂锅炉烟气产生过程不同的是，烧结烟气是在将置于烧结台车上的各种粉状含铁原料、燃料和熔剂点火熔化、高温烧结成型过程中所产生的含有多种污染成分的气体，它与电厂烟气相比具有许多自身的特点，其烟气成分更复杂，变化波动更大。处理更困难。(1)烟气量大、变化大由于漏风率高(40％～50％)和固体料循环率高，有相当一部分空气没有通过烧结料层，使烧结烟气量大大增加，每产生一吨烧结矿大约产生4000～6000m3烟气，即使设备状况较好、漏风率较低的大型烧结机，其实际吨烧结矿产生的烟气量也要达到2800m3。此外，由于烧结料透气性的差异及铺料不均等原因，造成烧结烟气系统的阻力变化较大，最终导致烟气量变化大，变化幅度可高达40％以上。(2)二氧化硫浓度变化大随着原燃料供需矛盾的不断变化和钢铁企业追求成本的最低化，钢铁企业所使用的原燃料的产地、品种变化很大，由此造成其质量、成分(包括含硫率)等的差异波动很大，使得烧结生产最终产生的二氧化硫的浓度变化范围较大，从数百mg/Nm3到大于5000mg/Nm3。(3)烟气成分复杂由于使用铁矿石为原料，因此烧结烟气的成分相对比较复杂，除二氧化硫和烟尘外，还含有氮氧化物、氯化氢、氟化氢、多环芳烃(PAH)等气态污染物，同时还含有重金属、二恶英等危险污染物，烧结生产所排放的二恶英仅次于垃圾焚烧炉，排第二位。由于烧结通常配套的电除尘器对微细粉尘的捕集效果欠佳，因此烧结排放烟气中的粉尘粒径分布以微细粉尘为主。(4)烟气温度变化范围大随着生产工艺的变化，烧结烟气的温度变化范围一般在120～180℃，但有些钢厂从节约能源消耗、降低运行成本考虑，采用低温烧结技术后，使烧结烟气的温度大幅下降，可低至80℃左右。(5)含氧量与含湿量高为了提高烧结混合料的透气性，混合料在烧结前必须加适量的水制成小球，因此烧结烟气的含湿量较大，可达到7％～13％。含氧量一般为15％～18％。由于烧结烟气的特殊性，使得烧结烟气脱硫不能完全照搬电厂烟气脱硫的模式，必须针对自身的特点，开发适合自己的烟气脱硫技术路线。2脱硫技术路线及其比较自20世纪70年代起，烧结烟气脱硫技术开始逐渐进入工业化应用，直到今天，由于各国政府的环境政策和法律法规的差异，在世界各地已形成了具有各地区域特点的烧结脱硫技术路线。在日本，以石灰石-石膏法和氧化镁法为主。近年来建设的烧结烟气脱硫设施则是以活性炭法为主。欧洲则形成了以循环流化床为主的干法与半干法脱硫技术格局。我国自2005年12月包钢建成首套脱硫设施至今，全国已建成投运的烧结脱硫设施35套，所使用的脱硫技术形式多样，但主要还是以石灰(石)-石膏法、循环流化床法、氨-硫胺法为主。2．1石灰石-石膏法以石灰石浆液为脱硫剂，通过在吸收塔内与原烟气接触，吸收烟气中的SO：并进行化学反应，生成亚硫酸钙。CaC03+S02+H20→CaS03(1／2H20)+1／2H20+C02利用烟气中所含的氧和氧化风机鼓入的氧气，将亚硫酸钙转化成石膏结晶(即二水硫酸钙)。CaS03(1／2H2O)+S02→Ca(HS03)2+1／2H20Ca(HS03)2+l／202+2H2O→CaS04(2H20)+S02+H20CaS03(1／2H20)+1／202+2H20→CaS04(2H20)+l／2H20石灰石-石膏法脱硫系统主要有石灰石浆液制备系统、烟气处理系统、SO3吸收氧化系统、副产品石膏回收系统、废水处理系统等组成。石灰石-石膏脱硫法的主要特点是：(1)石灰石-石膏湿法脱硫工艺技术成熟，脱硫效率高、运行相对稳定、负荷适应范围广、系统可靠性高；(2)脱硫剂来源广，成本低，也可根据钢铁厂的实际情况，使用石灰焙烧车间的水洗石灰石泥浆作脱硫剂，这样既节约成本，又达到以废治废、减少污染物排放的目的；(3)副产物石膏可通过多种途径得以利用，不存在将气态污染物转化为固态污染物的问题；(4)脱硫后的净烟气温度低，含水高，加之烟气中的SO3并未脱除，因此净烟气的温度一般均低于其酸露点温度，对下游烟道及烟囱的腐蚀作用明显；(5)由于碳酸钙浆液和石膏浆液易结垢，故整个浆液系统易产生结垢堵塞现象，直接影响系统的正常运行；(6)废水成分复杂，处理困难。烧结脱硫废水中Cl+浓度很高，对设备的腐蚀性大；烧结脱硫废水中不但含有重金属离子，而且其COD和氨氮的浓度也较高，COD浓度为l700～2400mg／L，氨氮浓度为250～800mg／L。由于同时存在重金属离子、COD及氨氮，使废水的生化处理变得困难。2．2循环流化床法循环流化床法采用氧化钙粉作为脱硫剂，经消化处理成Ca(OH)：后送人脱硫装置，与原烟气接触，吸收烟气中的SO：和其他酸性气体并与之反应，生成亚硫酸钙和硫酸钙。其反应式为：CaO+H20→Ca(OH)2Ca(OH)2+S02→CaS03·l／2H20+1／2H20Ca(OH)2+2HCl+2H20→CaCl2·4H20CaS03·l／2H20+3／2H20+1／202→CaS04·2H20Ca(OH)2+C02→CaC03+H20Ca(OH)2+S03→Cas04+H20循环流化床脱硫系统主要有脱硫剂运输储存消化系统、烟气系统、吸收除尘系统、脱硫剂物料循环系统、出灰及外运系统等组成。循环流化床脱硫法的主要特点是：(1)脱硫工艺、系统比较简单，具有较高的脱硫效率，同时对小颗粒粉尘具有很高的除尘效率；(2)由于脱硫剂与脱硫后副产品均为干态，无污水产生，不需要设置庞大的污水处理设施，可有效减少投资和占地面积；(3)由于脱硫设施在脱除SO2的同时，也脱除了SO3，使烟气的酸露点温度下降，加之经脱硫后的净化烟气温度比湿法高，因此，对脱硫设备下游的除尘器、烟道、烟囱等不存在严重的腐蚀问题；(4)由于脱硫副产物以亚硫酸钙为主，其特性不稳定，使得它的综合利用途径受到较大的限制，目前主要以堆置和填井方式处理；(5)由于流化床的形成必须以一定的烟气流速来保证，过低的烟气流速会使流化床产生塌床，因此其对烟气量波动幅度的要求较高。2．3氧化镁法氧化镁法以氧化镁为脱硫剂。在吸收塔内，进入的原烟气与塔内由氧化镁溶解产生的氢氧化镁浆液接触，烟气中的SO2被吸收，生成亚硫酸镁，亚硫酸镁被进一步氧化成硫酸镁，其基本反应式为：S02+H20→H++HSO3-MgS03+H++HSOf→Mg2++2HS03-H++HSO3-+1／202→H++SO42-2H++SO42-+Mg(OH)2→MgS04+2H20Mg2++2HSO3-+Mg(OH)2→MgS03+2H20MgS03+l／202→MgS04氧化镁脱硫系统主要有氢氧化镁浆液制备系统、烟气处理系统、SO2吸收氧化系统、废水处理系统等组成。氧化镁脱硫法的主要特点是：(1)虽然同为湿式脱硫法，但与石灰石-石膏脱硫法相比，氧化镁脱硫系统更为简单，设备少，投资省；对不同SO2浓度的烟气均有较高的脱硫效率；(2)脱硫系统不存在结垢问题。由于氢氧化镁吸收剂浆液与SO2反应生成硫酸镁，硫酸镁溶解于水中，因此不存在结垢与堵塞的问题；(3)废水量大。废水的处理方法有制硫酸、制七水硫酸镁或抛弃等。在日本沿海钢厂，由于考虑到废水中的硫酸镁含量与海水接近，为节约建设与运行成本，一般均将废水排入大海。2．4氨-硫胺法氨-硫胺脱硫法即以氨水为脱硫剂对含硫烟气进行洗涤，吸收烟气中的二氧化硫生成硫酸铵，硫酸铵经化工工艺处理后成为硫胺产品，其基本反应式为：NH3+H20+S02→NH4HS032NH3+H20+S02→(NH4)2S03(NH4)2S03+S02+H20→NH4HS03NH4HS03+NH3→(NH4)2S032(NH4)2S03+02→(NH4)2S04整个脱硫系统由吸收剂配制添加系统、浓缩冷却吸收系统、硫胺生产系统等组成。在浓缩冷却吸收系统中实现除尘降温、预洗涤、脱硫、吸收液浓缩、亚硫酸铵氧化、烟气除雾等功能。氨-硫胺脱硫法的主要特点是：(1)采用液氨或氨水作吸收剂，反应活性高，脱硫效率高，不易发生结垢；(2)副产品为硫铵可作浮选剂或化肥(但可能存在食品安全问题)，不产生废水，不存在污染物相态转移问题；(3)与石灰石-石膏法相比，氨-硫胺法系统的结垢和堵塞问题不明显，但腐蚀问题相对严重。由于烟气中仍残留部分的氨和铵盐，使湿法脱硫所无法避免的排放蒸汽所形成的烟囱雨具有较强的腐蚀性，周围设备锈蚀严重。此外脱硫系统产生的渣泥在回用过程中会存在氨水味过重、污染环境的问题。2．5脱硫技术路线的比较目