Ex tra Editi on (1) 2010
冶 金 设 备 M ETA LLURG IC A L EQU IP M ENT
2010年特刊(1)
钢铁行业烧结烟气脱硫现状及发展
王 青 许艳梅
(北京中冶设备研究设计总院有限公司 北京100029)
摘要 介绍了钢铁行业二氧化硫污染现状, 烧结烟气的特点及主要控制技术, 结合钢铁企业烧结烟气特点, 介绍了目前几种烧结烟气脱硫技术, 并对国内烧结烟气脱硫技术发展趋势进行展望。
关键词 烧结烟气 脱硫技术 二氧化硫 现状
Present Situati on and T rends of the Si nteri ng F l ue Gas
D esul phuri zati on i n Iron and Steel Industry
W ang Q i n g Xu Y an m ei
(Be iji n g M eta ll u rg ical Equ i p m ent Research &D esi g n Corpo ration L i m ited ofMCC G roup , B eiji n g 100029)
ABSTRACT The situati on of po ll u tion and control techno logy i n SO 2d i scharg e at iron and stee l i ndustry is descri bed i n this article . Comb i ned w ith t he character i stics o f si nte ri ng fl ue gas of iron and stee l i ndustry , deve l op m en t trend of these techno log i es in ch i na .
KEY W ORDS S i nter i ng fl ue gas D esu l phurization techn i que SO 2 P resent s it uation
1 引言
钢铁行业是国家的基础产业, 又是高能耗、高排放、增加环境负荷源头的行业。其二氧化硫排放量占工业排放总量的8%以上, 仅次于火电行业, 并仍在逐年增加, 未能有效遏制。烧结工艺过程排放的二氧化硫量约占钢铁企业生产系统的60%, 控制烧结机生产过程二氧化硫的排放, 是钢铁企业二氧化硫污染控制的重点。随着烧结矿产量大幅度增加和烧结机的大型化发展, 单机废气量和二氧化硫排放量随之增大, 国家 十一五! 将 主要污染物排放总量减少10%的目标! 确定为约束性指标, 要求钢铁行业烧结机烟气脱硫等脱硫工程形成脱硫能力30万吨。国务院最近出台的钢铁产业调整和振兴规划也把烧结烟气脱硫列入钢铁产业技术进步与技术改造专项所支持的重点项目。因此, 烧结烟气脱硫是钢铁行业二氧化硫污染减排的关键, 也是中国污染减排的重要举措。2 钢铁行业烧结烟气脱硫的特点
钢铁行业烧结烟气是烧结混合料点火后随台车运行, 在高温烧结成型过程中产生的含尘废气。烟气量大、
含尘浓度高、二氧化硫浓度低、含有H F 、HC I 、重金属、二恶英等多种污染物成分, 并且, 烟气量和二氧化硫含量波动很大, 这些特点都有别于电力行业燃煤机组烟气。因此烧结烟气脱硫不能简单地移植燃煤机组烟气脱硫工艺, 必须统筹兼顾烧结烟气的系统特点, 科学合理地选择脱硫工艺。
目前, 中国钢铁厂烧结烟气脱硫尚处于起步阶段, 设施投资巨大, 运行成本较高严重限制了烟气脱硫工作的进展。其次, 烧结烟气脱硫副产物至今还没有找到很好的利用渠道, 副产品的安全处置也是一个普遍存在的问题, 同时烧结烟气中的硝化物和二恶英等多种污染物的治理也应适当协同治理, 都需要慎重对待。
因此, 钢铁厂实施烧结烟气脱硫, 技术难度大、投资和运行成本高, 要满足环保要求, 必须借鉴国外成功经验, 结合国情, 开发应用适合烧结特点的低投资、低运行成本, 资源可回收的脱硫工艺。3 现有烧结烟气脱硫技术
烧结烟气二氧化硫的控制方法主要有低硫原料配入
several
ki nds of si nter i ng fl ue gas desul phur i zati on technique are introduced , and at the same ti m e , ana l y si s the feature and
作者简介:王青, 女, 1966年出生, 毕业于北京化工大学, 学士, 高级工程师
冶 金 设 备2010年特刊(1)
气中SO 2反应时所需的氨量保持平衡。3. 3 活性焦吸附法
活性焦法是以炭材料为脱硫剂的技术之一。活性焦烟气脱硫技术工艺过程简单, 脱硫过程不消耗水, 活性焦可循环使用, 副产品易加工处理, 不存在废水、废渣等二次污染问题。
活性焦技术在日本的钢铁厂是成熟的技术, 日本25台烧结机中有9台烧结烟气脱硫采用的是活性焦技术。烧结烟气脱硫在日本和韩国等得到了比较广泛的应用, 2000年以后, 烧结烟气多采用活性焦干法脱硫技术。如住友金属鹿岛厂NO. 2、NO. 3烧结机, 新日铁名古屋厂NO. 1、NO. 2、NO. 3烧结机, 韩国浦项制铁NO. 3、NO. 4烧结机等。
活性焦法在脱除二氧化硫的同时, 能不同程度地脱除废气中的NO x 和重金属, 装置占地面积较小, 副产品经综合加工后可利用, 满足更严格的环保要求。但是存在脱硫剂容量小、脱硫设备通量低、再生温度较高, 除尘要求较高等问题。3. 4 新型活性炭法
新型活性炭法烧结烟气脱硫技术(新型炭法) 是利用炭基脱硫剂(活性炭、活性焦、活性炭纤维等) 吸附烟气中SO 2并将其进一步氧化为硫酸, 脱硫过程如下:
2S O 2+O 2#2S O 3(催化氧化) SO 3+H 2O H 2SO 4(水洗再生)
新型炭法与活性焦法同属活性炭法脱硫技术, 但是脱硫原理不同, 活性焦法单纯利用脱硫剂的物理吸附性能, 需要独立配套的脱附再生装置。而新型炭法变吸附为催化, 同时采用原位水洗再生、多单元并联运行方式。新型炭法在电厂5∃103m 3/h、10∃104m 3/h烟气工业装置成功运行基础上, 采用中国自主研究开发的新型炭材料、新型炭床与新脱硫工艺, 已列为国家重大高新技术产业化项目。
炭法脱硫技术具有不脱硫剂消耗少、运行费用低、脱硫产物可以多种形式回收利用等有点, 能适应不同的市场需求, 设备相对较少, 工艺流程相对简单。因此, 炭法脱硫技术被认为是极具前景的烟气脱硫技术成为各国竞相研究开发的重要技术, 但是由于传统的炭法脱硫技术存在脱硫容量低、脱硫速率慢、再生频繁等缺点, 阻碍了其工业推广应用。
4 烧结烟气脱硫工艺综合评价
理想的烧结烟气脱硫工艺应该是技术成熟可靠、风险小、投资省、运行成本低、脱硫剂来源广泛、副产品易于处理并且不会产生二次污染, 能回收高质量有广阔应用市场的脱硫副产品, 占地面积小且符合循环经济理念要求。表1对几种主要烟气脱硫工艺技术经济指标综合比较。
法、高烟囱扩散稀释法和烟气脱硫法。烧结烟气中的二氧化硫是烧结原料中的硫在高温烧结过程中被空气氧化而成的。如果能适当选择配入含硫低的原料, 将可实现对二氧化硫的排放量, 但是这会使原料来源受到一定的限制, 增加烧结矿的生产成本。高烟囱扩散稀释也已经不符合环保要求, 因此, 烟气脱硫法是治理烧结烟气二氧化硫污染的最有效方法之一。
烟气脱硫方法按工艺特点分为湿法、半干法和干法三种, 按脱硫产物是否回收分为抛弃法和回收法[1]。目前世界上烟气脱硫装置的数量、容量和技术水平上以日本和美国居领先地位。在这两个国家的烟气脱硫大多数采用湿法烟气脱硫技术, 其中以石灰或石灰石湿式洗涤法的比例都占一半以上, 在美国甚至达到了85%以上[2]。进入20世纪80年代以后, 考虑到资源的综合利用, 烧结烟气脱硫技术均向回收利用资源的方向发展。3. 1 钙法
钙法系列的脱硫技术有广泛应用的石灰石-石膏法, 以及由此衍生的双碱法、钢渣石膏法等等, 其本质是利用钙元素将气相中的硫元素转移到固相。
石灰石-石膏法技术成熟、运行状况稳定, 且脱硫效率高、吸收剂成本低廉易得、所得产物石膏可以作为建筑材料, 但是需要消耗大量的水, 容易造成结垢堵塞, 并且其副产物石膏在我国的销路不好, 仍旧会造成二次污染。
钢渣石膏法[3]是利用炼铁转炉的废钢渣制成的钢渣乳液, 副产品是含大量杂质的石膏。该法利用了废渣, 减少了石灰石粉的用量, 从而降低了成本[4], 但易结垢, 产品不易利用。
双碱法种类很多, 其中最常用的是钠钙双碱法。双碱法脱硫技术是在石灰法基础上结合钠碱法的特点, 采用纯碱启动, 塔内钠碱(N a 2CO 3-N a OH ) 吸收SO 2、塔外钙碱-石灰(Ca(OH ) 2) 再生, 使得钠离子循环吸收利用。该工艺也是石灰石-石膏法的变体, 克服了石灰石膏法容易堵塞的缺点, 同时保证了较高的脱硫效率。3. 2 氨法
目前氨法烧结烟气脱硫技术主要是电子束氨法和氨-硫铵法。电子束氨法[5]能同时脱硫脱硝, 过程简单, 不产生废水、废渣, 反应副产品可作化肥, 但系统安全性差, 运行成本高, 关键设备电子加速器和电子束反应器的国产化还未完全解决。
氨-硫铵法是日本钢管公司研制的烧结烟气脱硫技术, 1976年得到工业应用。氨-硫铵法是把烧结烟气脱硫和焦化煤气脱氨相结合的一种化害为利的综合处理工艺。它以氨水为吸收剂洗涤烟气中的SO 2, 最终生成硫铵。在有焦炉的钢铁厂, 采用该法具有经济效益好、脱硫效率高等优点。但是由于烟气SO 2吸收剂是利用焦化厂的副产品氨, 这就要求焦化厂的氨发生量必须与烧结烟
∀
王青等:钢铁行业烧结烟气脱硫现状及发展
表1 不同烟气脱硫工艺技术经济指标综合比较
石灰石-石膏法
工艺成熟度工业应用情况工艺复杂程度工程投资占地面积运行费用脱硫剂脱硫剂来源副产物
能否去除其它污染物
二次污染国内成功案例5 结论与建议
目前, 中国正处于 十一五! 阶段, 建设和谐社会, 环境保护与经济建设协调发展是重要的观念转变。走循环经济之路, 实现污染治理、环境保护与资源回收利用相统一是实现环境保护与经济建设协调发展的必然趋势[6]。而烧结烟气技术各种各样, 因地制宜, 针对各烧结厂的具体情况选用经济合理、技术可行的脱硫工艺至关重要。
1) 钢铁企业选择烧结烟气脱硫应综合考虑技术的优劣势、投资、运行成本、脱硫装置布置、副产物的综合利用、脱硫剂的来源和风险等因素, 进行技术经济综合比较, 并结合企业自身情况, 合理、慎重地选择烧结烟气脱硫工艺。在满足减排S O 2总量及达标的条件下, 充分考虑副产品的利用问题, 实现循环经济运行模式, 使企业在治理环境的同时, 减少企业的经济负担。
2) 目前影响中国烧结烟气脱硫技术应用的主要障碍之一就是脱硫成本问题。全部引进国外先进的脱硫技术以及国外先进的脱硫设备, 投资大, 运行成本高, 给企业带来较重的经济负担。氨-硫铵法可以用焦化氨源 以废治废! , 降低运行成本, 适合于配备焦化厂的大型钢铁联合企业建设。
3) 除氨-硫铵法外, 如果能利用转炉除尘水为吸收剂脱除烧结烟气中的二氧化硫, 也能降低成本, 不仅可以脱除二氧化硫, 而且可以改善循环水质, 不失为一种 以废治废、变废为宝! 的方法。转炉除尘水中流失的Ca 2+含量相当多, p H 值高达12, 是一种高碱度废水, 这些碱性物
参考文献
成熟
运用多, 技术已国产化流程长, 复杂
较大较大较高石灰石外购石膏不能有脱硫石膏宝钢, 梅钢
氨-硫酸铵法成熟运用多, 技术已国产化流程长, 较复杂
较大较大
副产品有市场则较低液氨或浓氨水废氨水或外购
硫铵不能
操作不当氨会逸出
柳钢, 杭钢
钠碱吸收法成熟西方国家应用较多流程长, 复杂
较大较大较高石灰外购石膏不能有废水, 废渣
活性焦吸附法
2010年特刊(1)
新型炭法较成熟主要在日本、
德国流程短, 简单
较大较少较少H 2O 硫酸能无
较成熟国内较少, 技术初步国产化流程短, 较简单
较大较少较高活性炭吸附外购硫酸或硫磺
能无太钢
质是宝贵的资源, 若能充分利用, 则可大量减少外购石灰石量。同样, 转炉钢渣中也含有大量CaO, 如果可以将其合理利用, 也是一种 以废治废! 的好方法。
4) 钢铁厂产生的烧结烟气中, 二氧化硫浓度变化很大, 其头部和尾部二氧化硫含量较低, 中间部分浓度较高。为了减少脱硫装置的规模, 可以只将含二氧化硫浓度高的烧结烟气引入脱硫装置。
[1]钟秦. 燃煤烟气脱硫脱销技术及工程实例[M ].北京:化学工业出版社, 2002
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(收稿日期:2010-03-14)
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