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烧结烟气脱硫技术的研究与发展

烧结烟气脱硫技术的研究与发展
    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,与布袋除尘器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,烟气脱硫后进入布袋除尘器除尘,再由引风机经烟囱排出,布袋除尘器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 ] 。
     3.5MEROS 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 。

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