1 　烧结烟气脱硫势在必行

        2008 年1 月3 日发布的《国家酸雨和二氧化硫污染防治“十一五”规划》要求:确保到2010 年全国 SO2 排放总量比2005 年减少10 % ,控制在2 294.4 万t 以内。中国工业SO2 排放大部分来自于燃煤电厂,但随着电厂脱硫改造的快速发展,钢铁工业SO2 的排放量形势严峻,仅次于火电行业和建材业,而烧结工序又是钢铁工业产生SO2 的主要污染源,因此钢铁工业烧结工序成为国家控制SO2 减排的重点区域。

        2007 年10 月15 日颁布的《钢铁工业大气污染物排放标准烧结(球团) 》(征求意见稿) ,明确规定: 现有企业自2008 年7 月1 日实施之日起执行现有企业SO2 排放限值(600 mg/ m3 ) ,自2010 年7 月1 日起执行新建企业SO2 排放限值(100 mg/ m3 ) 。新建企业自标准实施之日起执行新建企业SO2 排放限值(100 mg/ m3 ) 。

        2008 年4 月8 日颁布的《清洁生产标准钢铁行业(烧结) 》,于2008 年8 月1 日正式实施,明确了烧结机头SO2 产生量标准:一级≤0.9 kg/ t ,二级≤ 1.5 kg/ t ,三级≤310 kg/ t 。

        由此可见,国家已经从排放总量与排放浓度两个方面对烧结烟气SO2 排放进行了控制,标准非常严格,无论是现有企业还是新建企业都应建设烟气脱硫装置,才能达到SO2 排放国家标准,而目前中国已投产的烧结烟气脱硫装置不多,钢铁工业减排压力巨大,加速烧结烟气脱硫意义重大,势在必行。

        2 　烧结烟气的特点及SO2 排放的控制

        2. 1 　烧结烟气的特点

        烧结烟气特点分以下几个方面。

        (1) 烟气量大。每生产1 t 烧结矿,大约产生 4 000～6 000 m3 烟气。

        (2) 烟气温度较高。随烧结工况变化,烟气温度一般在120～180 ℃。

        (3) 烟气粉尘浓度高。粉尘主要以铁及其化合物为主,由于使用不同的原料还可能含有微量重金属元素。

        (4) 含湿量大。为了提高烧结料层的透气性, 混合料在烧结前加水制粒,按体积比计算,水分含量一般在10 %左右。

        (5) 含有害气体。烟气中含有一定量的SOx 、 NOx 、HCl 和HF 等,它们遇水后将形成酸雨,腐蚀金属构件。此外,还含有对人体健康危害极大的二噁英和呋喃等。

        (6) 含SO2 浓度相对较低。随原料硫负荷等因素的变化,国内企业一般在1 000～3 000 mg/ m3 。

        (7) 不稳定性。由于烧结工况波动,烟气量、烟气温度、SO2 浓度等经常发生变化,阵发性强。

        2. 2 　烧结过程SO2 排放的控制

        烧结过程SO2 排放的控制方法可分为3 类:过程前控制(从原料和配料抓起) ,过程中控制(抑制 SO2 产生) 和过程后控制(排放烟气的处理) 。

        (1) 过程前控制

        通过适当配入含硫低的原料(主要是含铁料) 控制烧结烟气中SO2 的排放量,这种方法简单有效, 日本在20 世纪70 年代建设的现代化大型烧结厂大都采取了这种方法。但是低硫原料的使用会受到企业自身采购实力、地理位置和成本等诸多因素限制, 就目前原料短缺的现状来看,难以全面推广应用。

        (2) 过程中控制

        在烧结原料中配加固硫剂,与烧结过程中产生的SO2 反应,生成在高温不易产生分解的复合物或化合物,并阻止其它含硫物质的分解,达到固硫、减少SO2 排放的目的。这种方法与电厂的燃煤固硫剂相似,但是会增加高炉硫负荷,增大高炉渣量,造成焦比升高。还会由于添加固硫剂而带入杂质,影响烧结矿品位。

        (3) 过程后控制

        烟气脱硫( FGD) 是目前世界上已经大规模应用的脱硫方式,是控制SO2 排放的有效手段。常用的烟气脱硫技术有20 余种,按工艺特点可分为湿法、半干法和干法3 类。

        湿法脱硫技术包括: 石灰2石膏法、氨2硫酸铵法、Mg (OH) 2 法、海水法、双碱法、钢渣石膏法、有机胺法、离子液循环吸收法等。

        半干法脱硫技术包括:密相塔法、循环流化床法、MEROS 法、NID 法、ENS 法、L EC 法、电子束照射法( EBA) 、喷雾干燥法等。

        干法脱硫技术包括:活性炭法等。

        目前,中国已建成烧结烟气脱硫装置的企业有宝钢(石灰2石膏法) 、石钢(密相塔法) 、昆钢及红河分厂(密相塔法) 、柳钢(氨2硫酸铵法) 、三钢(循环流化床法) 和济钢(循环流化床法) 等;脱硫装置在建的有马钢(MEROS 法) 、攀钢(循环流化床法和离子液循环吸收法) 和邯钢(循环流化床法) 等;当前,首钢京唐钢铁公司、鞍钢、武钢和太钢等企业都处在脱硫方案论证阶段。

        3 　典型的烧结烟气脱硫技术

        3. 1 　石灰2石膏法

        石灰2石膏法是一种典型的湿法脱硫技术,其原理是烧结烟气首先利用冷却塔进行冷却增湿,然后进入吸收塔与石灰浆液进行脱硫反应,同时向吸收塔中的浆液鼓入空气,氧化后的浆液再经浓缩、脱水,生成纯度90 %以上的石膏。石灰2石膏法技术成熟,脱硫效率高,副产物也可利用 。

        3. 2 　氨2硫酸铵法

        氨2硫酸铵法是一种湿法脱硫技术,是把烧结厂的烟气脱硫与焦化厂的煤气脱氨相结合的一种“化害为利”的综合处理工艺。其原理是用亚硫酸铵制成的吸收液与烧结烟气中的SO2 反应,生成亚硫酸氢氨。再与氨气反应,生成亚硫酸铵溶液,以此溶液为吸收液再与SO2 反应。往复循环,亚硫酸铵溶液浓度逐渐增高,达到一定浓度后,将部分溶液提取出来,使之氧化,浓缩成为硫酸铵被收回。该法脱硫效率高,副产物可利用。

        3. 3 　密相塔法

        密相塔法是一种典型的半干法脱硫技术,其原理是利用干粉状的钙基脱硫剂,与除下的大量循环灰一起进入加湿器进行增湿消化,使混合灰的水分含量保持在3 %～5 %,然后循环灰由密相塔上部进料口进入反应塔内。大量循环灰进入塔后,与由塔上部进入的含SO2 烟气进行反应。含水分的循环灰有极好的反应活性和流动性,另外塔内设有搅拌器,不仅克服了粘壁问题而且增强了传质, 使脱硫效率可达90 %以上。脱硫剂不断循环使用, 有效利用率达98 %以上。最终脱硫产物由灰仓排出循环系统,通过气力输送装置送入存储仓。

        3. 4 　循环流化床法

        循环流化床法是一种半干法脱硫技术,其原理是将生石灰消化后引入脱硫塔内,在流化状态下与通入的烟气进行脱硫反应,烟气脱硫后进入除尘,再由引风机经烟囱排出,除下的物料大部分经吸收剂循环输送槽返回流化床循环使用。由于循环流化使脱硫剂整体形成较大反应表面,脱硫剂与烟气中的SO2 充分接触,脱硫效率较高[4 ] 。

        3. 5 　MEROS 法

        MEROS 法是一种半干法脱硫技术,其原理是将添加剂均匀、高速并逆流喷射到烧结烟气中,然后利用调节反应器中的高效双流(水/ 压缩空气) 喷嘴加湿冷却烧结烟气。离开调节反应器之后,含尘烟气通过脉冲袋滤器,去除烟气中的粉尘颗粒。为了提高气体净化效率和降低添加剂费用,滤袋除尘器中的大多数分离粉尘循环到调节反应器之后的气流中。其中部分粉尘离开系统,输送到中间存储筒仓。 MEROS 法集脱硫、脱HCl 和HF 于一身,并可以使 VOC(挥发性有机化合物) 可冷凝部分几乎全部去除,运行结果表明: 喷消石灰脱硫效率为80 % ,喷 Na HCO3 脱硫效率大于90 %[5 ] 。

        3. 6 　活性炭法

        活性炭法是一种集除尘、脱硫、脱硝与脱除二噁英4 种功能于一体的干法脱硫技术。典型的活性炭法有日本新日铁于1987 年在名古屋钢铁厂3 号烧结机设置的一套利用活性炭吸附烧结烟气脱硫、脱硝装置,处理烟气量为90 万m3 / h ,投资55 亿日元, 年运行费用约10 亿日元。经过多年的运行,发现该装置不仅可以同时实现较高的脱硫率(95 %) 和脱硝率(40 %) ,而且能够有效脱除二噁英和具有良好的除尘效果。现在名古屋钢铁厂的1 、2 号烧结机也应用该装置(烟气处理量130 万m3 / h) ,并于1999 年 7 月投产使用。日本J FE 福山厂的4 、5 号烧结机也使用了活性炭法, 烟气处理量分别达到了110 万m3 / h 和170 万m3 / h ,活性炭消耗量分别为100 t/ 月和150 t/ 月,脱硫率80 %、除尘率60 %、脱二噁英率98 %、二噁英排放浓度可降到0.01～0.05 ng/ m3 。