燒結煙氣脫硫工藝研究

丁立偉 牟慧芹

（日照市環(huán)境監(jiān)測站日照市機電工程學校山東日照276826）

0 引言

鋼鐵行業(yè)是國家的支柱產業(yè),又是高能耗、高排放的行業(yè)。其二氧化硫排放量占工業(yè)排放總量的8%以上,僅次于火電行業(yè),并仍在逐年增加。燒結工藝過程排放的二氧化硫量約占鋼鐵企業(yè)生產系統(tǒng)的60%,控制燒結機生產過程二氧化硫的排放,是鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排的頭等大事，也是制約其發(fā)展的重要因素之一。

1 燒結煙氣特點

我國鋼鐵行業(yè)燒結煙氣成分復雜，波動性較大，具有以下特點：一是煙氣量大；二是二氧化硫濃度變化大；三是溫度變化大；四是流量變化大；五是水分含量大且不穩(wěn)定；六是含氧量高；七是含有多種污染成分，除含有二氧化硫、粉塵外，還含有重金屬、二惡英類、氮氧化物等。這些特點都在一定程度上增加了鋼鐵燒結煙氣二氧化硫治理的難度。同時，我國燒結脫硫技術處于起步階段，缺少成熟可靠、運行穩(wěn)定且適合我國國情的燒結脫硫工藝。

2 國內各鋼鐵企業(yè)燒結煙氣脫硫情況

2.1 密相塔煙氣脫硫方法

密相塔煙氣脫硫方法在國內的應用主要有石家莊鋼鐵有限公司2×85m2燒結機，昆鋼320m2和130m2燒結機，唐鋼320m2燒結機，首鋼360m2燒結機。密相塔煙氣脫硫工藝屬于石灰石半干法的一種，需要處理的煙氣經原有除塵后被送入脫硫塔的上部，與經過加濕后的脫硫劑石灰一起從脫硫塔的頂端向下流動，在運動過程中石灰與水、SO2進行系列反應，同時用專門設計的攪拌器實現良好的反應條件，反應后的物料沉積在脫硫塔和除塵器底部的物料集灰斗內，大部分脫硫灰通過機械輸送到脫硫塔頂端加濕，然后繼續(xù)參加循環(huán)，少部分從除塵器底部的集灰斗排出作為脫硫副產物。凈化后的煙氣再返回主抽煙機后的煙道內，從煙囪外排。

密相塔煙氣脫硫工藝流程簡單，設備少，容易操作。該技術的主要特點有：（1）耗水量低，脫硫劑通過加濕提高其活性所用的水量少，通常循環(huán)脫硫劑的含濕量為3%～5%；（2）因脫硫劑是濃相，系統(tǒng)對不同SO2濃度的煙氣及負荷變化的適應能力極強，這是該技術的最顯著優(yōu)點；（3）脫硫劑在整個脫硫過程中都處于干燥狀態(tài)，操作溫度高于露點，沒有腐蝕或冷凝現象，無廢水產生；（4）密相干塔用普通鋼材制作，而且無需合金、涂料和橡膠襯里等特殊防腐措施；（5）該技術取消換熱器，煙氣無需再加熱即可排放；（6）安全可靠、投資運行費用低、占地面積小等。

缺點：（1）脫硫劑用量大而且利用率不高，脫硫副產物中含有未反應完全的CaO(含量8%-10%)。（2）脫硫副產物成份復雜，主要成分為CaSO4和CaSO3，同時伴隨有未反應的CaO，該脫硫副產物無很好的處理方法，易產生二次污染。

2.2 氧化鎂-硫酸鎂濕法

氧化鎂-硫酸鎂濕法在國內的主要應用有唐山國豐鋼鐵有限公司132m2燒結機和河北敬業(yè)集團2×105m2燒結機。粉狀的輕燒氧化鎂經過熟化后注入脫硫塔內，高溫煙氣在脫硫塔入口段通過急冷噴淋使煙氣溫度降低，煙氣在上升的過程中與噴淋下來的漿液接觸，其中的二氧化硫不斷被脫硫劑吸收，生成亞硫酸鎂和硫酸鎂。煙氣中攜帶的霧滴通過脫硫塔上部的除霧器去除，煙氣通過濕煙囪排放到大氣中。含有大量亞硫酸鎂和硫酸鎂的脫硫塔漿液通過排出泵提升到水力旋流器，濃縮后的漿液自流到氧化曝氣池中，亞硫酸鎂在一定的溫度下氧化成硫酸鎂，形成硫酸鎂過飽和溶液。在氧化結晶池中，通過熱交換降低硫酸鎂飽和溶液的溫度，硫酸鎂結晶析出，部分未被氧化的亞硫酸鎂進一步氧化。硫酸鎂結晶體脫水和干燥后包裝成品。

濕法鎂法脫硫工藝相對比較簡單，設備占地很小，施工時間短，安裝時間也非常快。主要特點：（1）脫硫劑活性強，脫硫效率可以達到95%以上，并且氧化鎂法脫硫工藝對脫硫劑的質量要求沒有石灰石/石膏法高，液氣比相對石灰石可減少2/3；（2）在吸收塔里不會發(fā)生結垢問題，維修方便；（3）我國鎂資源豐富，目前已探明的氧化鎂儲藏量約為160億噸,占全世界的80%左右。主要分布在遼寧、山東、四川、河北等??；（4）工藝系統(tǒng)簡單，占地面積較小，投資費用與石灰石/石膏法相比可降低20%左右；（5）硫酸鎂的溶解度較高，脫硫塔內是溶液水循環(huán)，不產生沉渣，不易結垢，同時鎂基PH值控制在6.0～6.5之間，比鈣基要高，由此，設備的腐蝕問題得到了一定程度的緩解，工藝運行的安全性和可靠性也得到了一定提高。

缺點：（1）85%輕燒氧化鎂市場價格約為380元/噸，高于石灰石。（2）氧化鎂產地主要分布于遼東半島和山東半島，所以其供應情況應予以考慮。

2.3 石灰石-石膏濕法

石灰石-石膏濕法在國內的主要應用有日鋼2×360m2燒結機，石橫特鋼180m2燒結機，魯麗鋼鐵180m2燒結機，淄博宏達鋼鐵有限公司265m2燒結機等。石灰石（石灰）—石膏法脫硫是目前世界上應用最廣泛的一種脫硫工藝，該工藝采用石灰石或石灰作脫硫吸收劑，吸收劑與水混合攪拌制成吸收漿液。在吸收塔內，吸收漿液與煙氣接觸混合，煙氣中的SO2與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的氧化空氣進行化學反應，SO2被脫除，最終反應產物為石膏。脫硫石膏漿經脫水裝置脫水后回收。處理后的煙經氣氣加熱器（GGH）加熱升溫后排入煙囪，或者通過濕煙囪直接排放。

石灰石－石膏法脫硫工藝特點：（1）技術成熟可靠，該工藝在世界各地都有非常多的應用業(yè)績。（2）在我國石灰石或石灰的儲量十分可觀，吸收劑來源豐富，價格便宜易得到。（3）屬濕法脫硫技術，濕法脫硫劑最顯著的特點就是脫硫效率高，采用石灰石（石灰）－石膏法對脫硫效率有充分的保證。（4）系統(tǒng)能夠適應煙氣負荷的變化，尤其對于燒結煙氣工況變化大的特點，有很強的適應性，對于煙氣流量、SO2濃度、煙溫等變化都能通過系統(tǒng)的自動調節(jié)而適應工況條件，同時保證脫硫效率。（5）工藝技術成熟，裝置運行可靠性高。

缺點：占地面積大，系統(tǒng)水耗比較大，同時有廢水的產生，而且廢水處理難度較大。

2.4 氨-硫酸銨濕法工藝

氨-硫酸銨濕法在國內的主要應用有南鋼360m2燒結機，日鋼2×180 m2燒結機，該工藝是以氨水為脫硫劑，煙氣經過吸收塔，其中的SO2被吸收劑吸收，生成亞硫酸銨與硫酸氫銨，再經過濃縮，結晶，干燥生產出硫酸銨化肥。主要由液氨稀釋系統(tǒng)、氨水儲運系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、循環(huán)吸收系統(tǒng)、氧化系統(tǒng)、濃縮系統(tǒng)、排空系統(tǒng)、硫銨結晶干燥系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、雜用和儀用壓縮空氣系統(tǒng)、制氨系統(tǒng)等組成。從目前的運行情況來看，系統(tǒng)運行正常，脫硫效率在90%左右。存在的主要問題是運行費用較高，外購液氨2700元/噸，銷售副產品硫酸銨490元/噸，日產量40余噸，扣除副產品利潤，僅脫硫劑消耗一項月運行費用就近50萬元。綜合水、電、蒸汽、運行承包費、折舊費等，運行費用高這一問題就顯的更為突出。

2.5 MEROS（即最大限度減少燒結排放）工藝

項目位于馬鞍山鋼鐵公司300m2燒結機，該工藝是西門子奧鋼聯公司開發(fā)的一種適合燒結機煙氣治理的高效凈化減排技術，具有布置靈活、凈化效率高、技術穩(wěn)定可靠等特點。MEROS脫硫是一種用脈動噴氣式過濾器從化合物中通過半干法脫硫的先進技術。從近一年的運行情況來看，脫硫效率在80%左右。存在的主要難題是脫硫廢渣的處置，因其成分復雜，含有氧化鈣、氫氧化鈣、硫酸鈣、亞硫酸鈣等，造成了處置困難，目前馬鋼將廢渣免費提供給附近的水泥廠使用，無任何經濟效益，沒有長期穩(wěn)定的處置方式。

3 投資成本與運行成本比較

3.1 投資成本分析

濕法煙氣脫硫技術，如石灰-石膏法和氨-硫酸銨法，由于工藝較復雜，投資較大；半干法煙氣脫硫技術，如密相塔法和循環(huán)流化床法，由于取消了濕法脫硫工藝中的制漿、增稠和脫水等設備，工藝比較簡單，投資較少。

3.2 運行成本分析

投資成本是一次性的，而運行成本是長期的。考慮這兩個因素時，要把運行成本放在第一位。運行成本主要與脫硫劑和副產物有關。①脫硫劑的用量和價格與運行成本的高低有很大關系。石灰-石膏法、密相塔法、循環(huán)流化床法等使用的脫硫劑為石灰或者石灰石，氨-硫酸銨法使用的脫硫劑為氨水（焦化氨水或者液氨）。對于使用石灰或者石灰石作為脫硫劑的脫硫系統(tǒng)，鈣硫比是影響系統(tǒng)脫硫效率和經濟運行的重要參數，它是指加入系統(tǒng)的新脫硫劑中鈣的摩爾數與煙氣中被脫除的硫的摩爾數的比值。我國石灰石資源豐富，除上海、香港、澳門外，在各省區(qū)均有分布。氨-硫酸銨法的脫硫劑可以使用焦化氨水，做到“以廢制廢”，但首先要求企業(yè)要有焦化廠，而且焦化廠的氨水產量與燒結脫硫所需基本平衡。②按照循環(huán)經濟的原則，脫硫副產物的價值高低、能否利用已經成為影響脫硫技術推廣應用的關鍵因素。石灰-石膏法是目前燒結煙氣脫硫最成熟的技術，副產物為純度90%以上的石膏。我國存在大量廉價天然石膏，除浙江、福建、黑龍江3省外，所有地區(qū)都有非常豐富的天然石膏資源，因此，脫硫石膏的利用受到影響。然而氨-硫酸銨法的脫硫副產物可回收，硫酸銨化肥純度可達96%以上。

4 結論

石灰石（石灰）—石膏法脫硫是目前世界上應用最廣泛的一種脫硫工藝，日鋼6#7#、8#9#、12#13#燒結機脫硫均采用該工藝，項目由日鋼與山東國舜采用BOO模式合作。該項目很好地解決了脫硫石膏利用問題，不論是BOO模式的運作還是脫硫石膏的利用都為同行業(yè)兄弟單位提供很好的參考。

[1]章敬泉.《燒結煙氣脫硫技術綜述》.“十一五”煙氣脫硫脫氮技術創(chuàng)新與發(fā)展交流會(2007)

[2]黨玉華、齊淵洪、王海風.《燒結煙氣脫硫技術》.鋼鐵研究學報.2010年5月第22卷第5期

[3]王新建.《我國目前燒結煙氣脫硫工藝的優(yōu)缺點》.金屬材料與冶金工程.2012年01期

[4]王青、許艷梅.《鋼鐵行業(yè)燒結煙氣脫硫現狀及發(fā)展》.冶金設備.2010年S1期