燒結煙氣脫硫技術的研究與發展
1 燒結煙氣脫硫勢在必行
2008年1月3日發布的《國家酸雨和二氧化硫污染防治“十一五”規劃》要求:確保到2010 年全國 SO2 排放總量比2005 年減少10 % ,控制在2 294.4 萬t 以內。中國工業SO2 排放大部分來自于燃煤電廠,但隨著電廠脫硫改造的快速發展,鋼鐵工業SO2 的排放量形勢嚴峻,僅次于火電行業和建材業,而燒結工序又是鋼鐵工業產生SO2 的主要污染源,因此鋼鐵工業燒結工序成為國家控制SO2 減排的重點區域。
2007 年10 月15 日頒布的《鋼鐵工業大氣污染物排放標準燒結（球團） 》（征求意見稿） ,明確規定: 現有企業自2008 年7 月1 日實施之日起執行現有企業SO2 排放限值（600 mg/ m3 ） ,自2010 年7 月1 日起執行新建企業SO2 排放限值（100 mg/ m3 ） 。新建企業自標準實施之日起執行新建企業SO2 排放限值（100 mg/ m3 ） 。
2008 年4 月8 日頒布的《清潔生產標準鋼鐵行業（燒結） 》,于2008 年8 月1 日正式實施,明確了燒結機頭SO2 產生量標準:一級≤0.9 kg/ t ,二級≤ 1.5 kg/ t ,三級≤310 kg/ t 。
由此可見,國家已經從排放總量與排放濃度兩個方面對燒結煙氣SO2 排放進行了控制,標準非常嚴格,無論是現有企業還是新建企業都應建設煙氣脫硫裝置,才能達到SO2 排放國家標準,而目前中國已投產的燒結煙氣脫硫裝置不多,鋼鐵工業減排壓力巨大,加速燒結煙氣脫硫意義重大,勢在必行。
2燒結煙氣的特點及SO2 排放的控制
2.1燒結煙氣的特點
燒結煙氣特點分以下幾個方面。
（1） 煙氣量大。每生產1 t 燒結礦,大約產生 4 000～6 000 m3 煙氣。
（2） 煙氣溫度較高。隨燒結工況變化,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。為了提高燒結料層的透氣性, 混合料在燒結前加水制粒,按體積比計算,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,腐蝕金屬構件。此外,還含有對人體健康危害極大的二噁英和呋喃等。
（6） 含SO2 濃度相對較低。隨原料硫負荷等因素的變化,國內企業一般在1 000～3 000 mg/ m3 。 （7） 不穩定性。由于燒結工況波動,煙氣量、煙氣溫度、SO2 濃度等經常發生變化,陣發性強。
2. 2 燒結過程SO2 排放的控制
燒結過程SO2 排放的控制方法可分為3 類:過程前控制（從原料和配料抓起） ,過程中控制（抑制 SO2 產生） 和過程后控制（排放煙氣的處理） 。
（1） 過程前控制
通過適當配入含硫低的原料（主要是含鐵料） 控制燒結煙氣中SO2 的排放量,這種方法簡單有效, 日本在20 世紀70 年代建設的現代化大型燒結廠大都采取了這種方法。但是低硫原料的使用會受到企業自身采購實力、地理位置和成本等諸多因素限制, 就目前原料短缺的現狀來看,難以全面推廣應用。
（2） 過程中控制
在燒結原料中配加固硫劑,與燒結過程中產生的SO2 反應,生成在高溫不易產生分解的復合物或化合物,并阻止其它含硫物質的分解,達到固硫、減少SO2 排放的目的。這種方法與電廠的燃煤固硫劑相似,但是會增加高爐硫負荷,增大高爐渣量,造成焦比升高。還會由于添加固硫劑而帶入雜質,影響燒結礦品位。
（3） 過程后控制
煙氣脫硫（ FGD） 是目前世界上已經大規模應用的脫硫方式,是控制SO2 排放的有效手段。常用的煙氣脫硫技術有20 余種,按工藝特點可分為濕法、半干法和干法3 類。
濕法脫硫技術包括: 石灰2石膏法、氨2硫酸銨法、Mg （OH） 2 法、海水法、雙堿法、鋼渣石膏法、有機胺法、離子液循環吸收法等。
半干法脫硫技術包括:密相塔法、循環流化床法、MEROS 法、NID 法、ENS 法、L EC 法、電子束照射法（ EBA） 、噴霧干燥法等。
干法脫硫技術包括:活性炭法等。
目前,中國已建成燒結煙氣脫硫裝置的企業有寶鋼（石灰2石膏法） 、石鋼（密相塔法） 、昆鋼及紅河分廠（密相塔法） 、柳鋼（氨2硫酸銨法） 、三鋼（循環流化床法） 和濟鋼（循環流化床法） 等;脫硫裝置在建的有馬鋼（MEROS 法） 、攀鋼（循環流化床法和離子液循環吸收法） 和邯鋼（循環流化床法） 等;當前,首鋼京唐鋼鐵公司、鞍鋼、武鋼和太鋼等企業都處在脫硫方案論證階段。
3 典型的燒結煙氣脫硫技術
3.1石灰2石膏法
石灰2石膏法是一種典型的濕法脫硫技術,其原理是燒結煙氣首先利用冷卻塔進行冷卻增濕,然后進入吸收塔與石灰漿液進行脫硫反應,同時向吸收塔中的漿液鼓入空氣,氧化后的漿液再經濃縮、脫水,生成純度90 %以上的石膏。石灰2石膏法技術成熟,脫硫效率高,副產物也可利用 。
3.2氨2硫酸銨法
氨2硫酸銨法是一種濕法脫硫技術,是把燒結廠的煙氣脫硫與焦化廠的煤氣脫氨相結合的一種“化害為利”的綜合處理工藝。其原理是用亞硫酸銨制成的吸收液與燒結煙氣中的SO2 反應,生成亞硫酸氫氨。再與氨氣反應,生成亞硫酸銨溶液,以此溶液為吸收液再與SO2 反應。往復循環,亞硫酸銨溶液濃度逐漸增高,達到一定濃度后,將部分溶液提取出來,使之氧化,濃縮成為硫酸銨被收回。該法脫硫效率高,副產物可利用。
3.3密相塔法
密相塔法是一種典型的半干法脫硫技術,其原理是利用干粉狀的鈣基脫硫劑,與布袋除塵器除下的大量循環灰一起進入加濕器進行增濕消化,使混合灰的水分含量保持在3 %～5 %,然后循環灰由密相塔上部進料口進入反應塔內。大量循環灰進入塔后,與由塔上部進入的含SO2 煙氣進行反應。含水分的循環灰有*的反應活性和流動性,另外塔內設有攪拌器,不僅克服了粘壁問題而且增強了傳質, 使脫硫效率可達90 %以上。脫硫劑不斷循環使用, 有效利用率達98 %以上。zui終脫硫產物由灰倉排出循環系統,通過氣力輸送裝置送入存儲倉。
3.4循環流化床法
循環流化床法是一種半干法脫硫技術,其原理是將生石灰消化后引入脫硫塔內,在流化狀態下與通入的煙氣進行脫硫反應,煙氣脫硫后進入布袋除塵器除塵,再由引風機經煙囪排出,布袋除塵器除下的物料大部分經吸收劑循環輸送槽返回流化床循環使用。由于循環流化使脫硫劑整體形成較大反應表面,脫硫劑與煙氣中的SO2 充分接觸,脫硫效率較高[4 ] 。
3.5MEROS 法
MEROS 法是一種半干法脫硫技術,其原理是將添加劑均勻、高速并逆流噴射到燒結煙氣中,然后利用調節反應器中的雙流（水/ 壓縮空氣） 噴嘴加濕冷卻燒結煙氣。離開調節反應器之后,含塵煙氣通過脈沖袋濾器,去除煙氣中的粉塵顆粒。為了提高氣體凈化效率和降低添加劑費用,濾袋除塵器中的大多數分離粉塵循環到調節反應器之后的氣流中。其中部分粉塵離開系統,輸送到中間存儲筒倉。 MEROS 法集脫硫、脫HCl 和HF 于一身,并可以使 VOC（揮發性有機化合物） 可冷凝部分幾乎全部去除,運行結果表明: 噴消石灰脫硫效率為80 % ,噴 Na HCO3 脫硫效率大于90 %[5 ] 。
3.6活性炭法
活性炭法是一種集除塵、脫硫、脫硝與脫除二噁英4 種功能于一體的干法脫硫技術。典型的活性炭法有日本新日鐵于1987 年在名古屋鋼鐵廠3 號燒結機設置的一套利用活性炭吸附燒結煙氣脫硫、脫硝裝置,處理煙氣量為90 萬m3 / h ,投資55 億日元, 年運行費用約10 億日元。經過多年的運行,發現該裝置不僅可以同時實現較高的脫硫率（95 %） 和脫硝率（40 %） ,而且能夠有效脫除二噁英和具有良好的除塵效果。現在名古屋鋼鐵廠的1 、2 號燒結機也應用該裝置（煙氣處理量130 萬m3 / h） ,并于1999 年 7 月投產使用。日本J FE 福山廠的4 、5 號燒結機也使用了活性炭法, 煙氣處理量分別達到了110 萬m3 / h 和170 萬m3 / h ,活性炭消耗量分別為100 t/ 月和150 t/ 月,脫硫率80 %、除塵率60 %、脫二噁英率98 %、二噁英排放濃度可降到0.01～0.05 ng/ m3 。
