鋼鐵廠燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)的研究進(jìn)展

杭州鋼鐵集團(tuán)公司 浙江杭州 310022

摘要：國(guó)內(nèi)鋼企燒結(jié)煙氣氨法脫硫的技術(shù)，具有脫硫、除塵、脫硝三位一體的特點(diǎn)，即脫硫效率可高達(dá)95%以上，對(duì)三電場(chǎng)除塵后的煙氣具有50%的除塵效率，同時(shí)還具有30～40%的脫硝能力。此外，還有脫硫副產(chǎn)品硫酸銨品質(zhì)高的特點(diǎn)。系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、易于操作，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化程度高，工程采用氨法脫硫，性能可靠的PLC控制系統(tǒng)，根據(jù)杭鋼的實(shí)際條件，滿足工藝系統(tǒng)必要的控制、監(jiān)視及實(shí)時(shí)在線管理功能。

關(guān)鍵詞：鋼鐵廠；二氧化硫；氨法脫硫；燒結(jié)煙氣

引言

我國(guó)大氣污染以煤煙型為主，首要污染物是二氧化硫。我國(guó)二氧化硫年排放量2000萬(wàn)噸以上，居世界首位，主要由二氧化硫排放所致的硫酸型酸雨污染危害面積達(dá)國(guó)土面積40%全國(guó)因此每年損失達(dá)五千億元。二氧化硫污染已成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。

杭州鋼鐵股份有限公司位于中國(guó)歷史文化名城—杭州市，交通便捷，環(huán)境優(yōu)美，旅游資源豐富。公司現(xiàn)有150m2燒結(jié)機(jī)一臺(tái)，90m2燒結(jié)機(jī)兩臺(tái)，其中150m2燒結(jié)機(jī)脫硫裝置已于2009年3月投運(yùn)。根據(jù)國(guó)家環(huán)境保護(hù)要求和企業(yè)發(fā)展的需要，公司決定建設(shè)2×90m2燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫裝置，減少SO2的排放量。采用性能可靠的PLC控制系統(tǒng)，根據(jù)杭鋼的實(shí)際條件，脫硫裝置與硫銨裝置各設(shè)置一臺(tái)操作站兼工程師站，滿足工藝系統(tǒng)必要的控制、監(jiān)視及實(shí)時(shí)在線管理功能。

1、燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)及SO2控制方法

1.1燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)，分以下幾個(gè)方面

1）燒結(jié)機(jī)的煙氣量大，變化大；每生產(chǎn)1t燒結(jié)礦，大約產(chǎn)生4000～6000m3 煙氣。

2）煙氣溫度較高。隨燒結(jié)工況變化，煙氣溫度一般在120～180 ℃。

3）煙氣粉塵濃度高。粉塵主要以鐵及其化合物為主，由于使用不同的原料還可能含有微量重金屬元素。

4）含濕量大。為了提高燒結(jié)料層的透氣性，混合料在燒結(jié)前加水制粒，按體積比計(jì)算，水分含量一般在10 %左右。

5）含有害氣體。煙氣中含有一定量的SOx、NOx、HCl 和HF 等，它們遇水后將形成酸雨，腐蝕金屬構(gòu)件。此外，還含有對(duì)人體健康危害極大的二噁英和呋喃等。

6）含SO2 濃度相對(duì)較低。隨原料硫負(fù)荷等因素的變化，國(guó)內(nèi)企業(yè)一般在1000～3000 mg/ m3 。

7）不穩(wěn)定性。由于燒結(jié)工況波動(dòng)，煙氣量、煙氣溫度、SO2 濃度等經(jīng)常發(fā)生變化，陣發(fā)性強(qiáng)。

2、燒結(jié)煙氣脫硫工藝的選擇

2.1氨法煙氣脫硫原理

煙氣脫硫工藝選擇的主要，采用先進(jìn)、成熟、可靠的脫硫工藝，脫硫效率高、系統(tǒng)可利用率高，脫硫劑的來(lái)源可靠，脫硫系統(tǒng)運(yùn)行成本低，副產(chǎn)品的處置途徑可靠，保證脫硫系統(tǒng)的狀況不影響主體系統(tǒng)的正常運(yùn)行，該項(xiàng)目采用氨法濕法脫硫工藝圖1。燒結(jié)機(jī)煙氣進(jìn)行全脫硫處理，設(shè)置脫硫塔1座，脫硫塔處理煙氣量為1080000m3/h，原煙氣平均溫度135℃，高硫煙氣SO2初始濃度按2500mg/Nm3設(shè)計(jì)，低硫煙氣SO2初始 濃度按300mg/Nm3設(shè)計(jì)，系統(tǒng)脫硫效率達(dá)到95%以上，脫硫凈煙氣SO2濃度控制在約50mg/Nm3，實(shí)現(xiàn)SO2減排量7337.8噸/年。脫硫劑采用外購(gòu)液氨直接稀釋成氨水儲(chǔ)存及使用，避免了液氨在現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)存及使用的危險(xiǎn)性。脫硫循環(huán)液通過(guò)脫硫循環(huán)泵從脫硫塔底部溶液池送至塔內(nèi)吸收段噴嘴系統(tǒng)，與煙氣接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)吸收煙氣中的SO2。脫硫塔采用新型的雙循環(huán)脫硫塔。脫硫塔前設(shè)濃縮降溫槽，脫硫塔為噴淋及格柵填料組合塔，整體玻璃材質(zhì)，下段為吸收液池、上段為SO2吸收段。脫硫塔尺寸：Ф10.0，含頂部煙囪總高100m。脫硫凈煙氣通過(guò)塔頂煙囪高空排放。脫硫煙氣系統(tǒng)對(duì)應(yīng)燒結(jié)機(jī)兩抽風(fēng)機(jī)配置兩臺(tái)離心風(fēng)機(jī)，用于克服FGD裝置造成的煙氣壓降。

氨法煙氣脫硫技術(shù)，以液氨、氨水或碳銨為脫硫劑對(duì)煙氣中的SO2進(jìn)行吸收脫除。煙氣經(jīng)過(guò)吸收塔，其中的SO2被吸收劑吸收，生成亞硫酸銨與硫酸氫銨，以液氨或氨水作脫硫劑的吸收化學(xué)反應(yīng)為：

H2O+SO2→H2SO3

NH3+H2SO3→NH4HSO3

2NH3+H2O+SO2→（NH4）2SO3

（NH4）2SO3+SO2+H2O→2NH4HSO3

NH4HSO3+ NH3 →（NH4）2SO3

因此，用氨將煙氣中的SO2脫除，得到亞硫酸銨中間產(chǎn)品。采用空氣對(duì)亞硫銨直接氧化，可將亞硫銨氧化為硫銨，反應(yīng)為：

（NH4）2SO3+1/2O2 =（NH4）2SO4

高濃度的硫酸銨先經(jīng)過(guò)過(guò)濾器除去灰塵等雜質(zhì)，再通過(guò)濃縮結(jié)晶生產(chǎn)硫銨；其它脫硝、去氯離子的化學(xué)反應(yīng)為：

2NO十02=2N02

2N02十H20=HN03 + HN02

NH3+ HN03 = N4HNO3

NH3+ HN02 = N4HNO2

4（NH4）2SO3+ 2N02 = N2 +4（NH4）2SO4

NH-4+Cl-→NH4Cl

其中起主要作用的脫硝反應(yīng)是亞硫酸銨對(duì)N02的脫除反應(yīng)，燒結(jié)機(jī)的煙氣氮氧化物以N02為主，所以氨法有一定的脫硝能力。去氯離子主要是通過(guò)干燥機(jī)直接將氯化銨干燥而從溶液中脫除。

2.2 氨法煙氣脫硫工藝特點(diǎn)

1）氨法煙氣脫硫技術(shù)是利用液氨或氨水作為脫硫劑，對(duì)煙氣中SO2進(jìn)行吸收脫除的一種技術(shù)。氨是良好的SO2吸收劑，其溶解度遠(yuǎn)高于鈣基等吸收劑。用氨吸收煙氣中的SO2是氣-液或氣-氣相反應(yīng)，反應(yīng)速度快，脫硫效率可達(dá)95%以上，吸收劑利用率高。因此循環(huán)泵的能耗很低，僅為鈣法的1/8。

2）氨法工藝適應(yīng)性強(qiáng)。

3）脫硫劑氨來(lái)源廣；脫硫副產(chǎn)物硫銨既是氮肥，又是硫肥，是應(yīng)用前景好、市場(chǎng)容量大的化肥。

4）氨法煙氣脫硫工藝還具有一定的脫硝能力，脫硝效率一般為20～40%，而且脫硝還不增加脫硫劑的消耗量。

5）空噴塔的結(jié)構(gòu)和氨法的特點(diǎn)，決定了增壓風(fēng)機(jī)壓頭較小、能耗低，塔內(nèi)不堵塞、不易結(jié)垢。

2.3 硫銨市場(chǎng)預(yù)測(cè)

我國(guó)目前的硫銨年產(chǎn)量是51萬(wàn)噸/年，都是副產(chǎn)品，主要集中在兩個(gè)己內(nèi)酰胺廠，南京東方化工廠，湖南岳陽(yáng)鷹化公司，兩家合計(jì)約30萬(wàn)噸/年。其余主要是丙烯腈裝置、焦化廠、煤氣廠等的副產(chǎn)。對(duì)硫銨市場(chǎng)的估計(jì)有兩種途徑：一是現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)的大小，二是可以開(kāi)拓的市場(chǎng)大小。首先，硫銨僅是氮肥的一個(gè)品種。作為氮肥，可以滿足需要的有碳銨、尿素、硝銨和磷銨等，而且，這些品種都有大規(guī)模的生產(chǎn)工廠，而硫銨卻沒(méi)有生產(chǎn)工廠，只有副產(chǎn)工廠。中國(guó)磷肥工業(yè)協(xié)會(huì)的一個(gè)估計(jì)是，即使僅僅考慮結(jié)合復(fù)合肥，我國(guó)的硫銨需求量將超過(guò)500萬(wàn)噸/年。而我國(guó)目前的硫銨產(chǎn)量只有約50萬(wàn)噸/年。出口量還很大，僅在亞洲，硫銨貿(mào)易量就超過(guò)200萬(wàn)噸/年。脫硫裝置可年產(chǎn)硫銨～15134噸，根據(jù)市場(chǎng)情況，銷路完全沒(méi)有問(wèn)題。

2.4 氨法煙氣脫硫系統(tǒng)不影響燒結(jié)主體系統(tǒng)的運(yùn)行

1）氨法煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)在燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)后，并單獨(dú)設(shè)增壓風(fēng)機(jī)克服脫硫系統(tǒng)的阻力，不改變主抽風(fēng)機(jī)的工作負(fù)荷。

2）氨法煙氣脫硫系統(tǒng)配置性能優(yōu)良、可靠性高的自動(dòng)控制系統(tǒng)，保持FGD入口（即主抽風(fēng)機(jī)出口）風(fēng)壓穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)。

3）脫硫系統(tǒng)設(shè)置煙氣旁路及旁路擋板門(mén)。當(dāng)脫硫系統(tǒng)故障時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)（也可人工控制）快速開(kāi)啟旁路擋板門(mén)，煙氣從旁路直接排入煙囪，脫硫系統(tǒng)與燒結(jié)主系統(tǒng)快速解列，而燒結(jié)主體工藝系統(tǒng)仍正常運(yùn)行。因此，氨法煙氣脫硫系統(tǒng)不影響燒結(jié)主體系統(tǒng)的運(yùn)行。

3、結(jié)論與建議

本項(xiàng)目采用氨法脫硫技術(shù)處理燒結(jié)機(jī)頭煙氣，能有效地降低SO2及灰塵的排放量，并產(chǎn)生硫銨化肥副產(chǎn)品，既形成局部循環(huán)經(jīng)濟(jì)，又清潔生產(chǎn)保護(hù)了環(huán)境，不產(chǎn)生新的二次污染。從經(jīng)濟(jì)角度分析本方案每噸處理SO2實(shí)際費(fèi)用，比目前國(guó)內(nèi)電廠以石灰石為原料的石灰石-石膏法明顯降低，能實(shí)現(xiàn)零成本運(yùn)行、甚至贏利，技術(shù)上經(jīng)濟(jì)效益明顯；從資源利用角度分析，為資源的開(kāi)發(fā)回收利用開(kāi)創(chuàng)了一條途徑。在SO2濃度、液氨價(jià)格及硫氨價(jià)格各單因素變化時(shí)，年運(yùn)行費(fèi)用始終處于收益狀態(tài)，說(shuō)明項(xiàng)目具有很強(qiáng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力及收益能力。工程的實(shí)施將有效地遏制了生態(tài)環(huán)境惡化，使有害物質(zhì)的排放減量化、無(wú)害化、資源化達(dá)到國(guó)家環(huán)保要求，符合促進(jìn)杭鋼的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。因此盡快抓緊建設(shè)十分必要。

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