钢铁行业烧结烟气脱硫工艺探讨

　　摘要：本文在了解我国烧结烟气脱硫现状的基础上，对几种典型烟气脱硫技术的工艺原理、工艺流程，技术特点进行分析，并提出了钢铁行业烧结烟气脱硫工艺技术选择，具有一定参考价值。
　　关键词：烧结；烟气脱硫；主流工艺；基本原理；工艺流程；技术特点
　　近年来，随着我国钢铁行业和电力行业的蓬勃发展，这些企业已成为SO2的主要来源，其中烧结过程排放占6成以上。因此，控制烧结生产过程SO2的排放,是钢铁企业控制SO2污染的重点。在烧结烟气脱硫工艺的研究、开发进程中,先后完成了湿法、半干法和干法等多种脱硫工艺的研发，本文在此将对钢铁行业烧结烟气脱硫工艺技术进行探阐述。
　　1烧结脱硫种类分析
　　一般根据脱硫产物的形态将燃烧后脱硫分为湿法、干法和半干法三种。所谓湿法是指其产物为溶液或浆的状态,干法是指最终产物是干态的,而半干法是指脱硫过程中使用了溶液或浆的状态脱硫剂,最终产物仍然是干态的。总的来说,目前国内各钢铁企业采用的烧结烟气脱硫技术可以划分为:
　　(1)湿法:石灰石-石膏法、硫铵法、氧化镁法、双碱液法、离子液法；
　　(2)干法:活性炭吸附法、ENS法、密相干塔、GSCA双循环循环流化床法、MEROS烟道喷射法；
　　(3)半干法:CFB/LJS循环流化床法、NID烟道循环法、LEC石灰石排控法、SDA旋转喷雾法等。
　　2烧结脱硫主流工艺技术分析
　　2.1氨法
　　⑴基本原理
　　利用氨气或氨水与二氧化硫、氮氧化物反应,起到脱硫脱硝的作用。SO2、NO、NO2溶于水,形成H2SO3、H2SO4、HNO3,然后与NH3或氨水发生化学反应:
　　H2SO4+2NH3=(NH4)2SO4
　　HNO3+NH3=NH4NO3
　　H2SO3+2NH3=(NH4)2SO3
　　(NH4)2SO3+H2O+SO2=2NH4HSO3
　　NH4HSO3+NH3=(NH4)2SO3
　　(NH4)2SO3在数小时内可以被大气氧化:(NH4)2SO3+1/2O2=(NH4)2SO4
　　⑵工艺流程
　　氨法的优势是用量少、二次污染少、副产品用途广泛(可以作为氨肥),也可以实现循环再生使用、脱硫、脱硝一次完成,但是氨水的价格高1200到1500元/吨,配套设备要求高,一次性投资大。
　　⑶技术特点
　　(1)高吸收效率。氨水作为一种良好的碱性吸收剂,它对二氧化硫的吸收效率高达95%以上,并且反应速率快。
　　(2)无结垢和堵塞现象。
　　(3)若使用焦化废水或化肥厂废氨水作为SO2吸收剂,则可有效降低运行成本。
　　(4)操作简单,可靠性高,运行费用低。
　　(5)若采用蒸发结晶的工艺,则容易产生设备、管道的腐蚀问题；采用饱和结晶工艺,则对入口烟气含尘量有严格限制,否则会影响硫酸铵化肥的品质。蒸发结晶工艺相对饱和结晶工艺来说一次性投资高、运行成本也高。
　　2.2石灰石／石膏法
　　在现有的烟气脱硫工艺中,湿式石灰石􀀁石膏法工艺技术最为成熟,运行最为可靠,应用也最为广泛。石灰石-石膏法分为抛弃法和回收法两种,其最主要的区别是回收法中将CaSO3强制氧化成CaSO4(石膏)。
　　⑴基本原理
　　石灰石-石膏法可以分为以下几个过程:(1)吸收过程；(2)中和过程；(3)氧化过程；(4)结晶过程。其核心是气、液、固三相传质反应。
　　⑵工艺流程
　　烧结烟气经进口挡板门进入脱硫增压风机,通过GGH后进入吸收塔,经洗涤脱硫后再经除雾器除去带出的小液滴,再通过GGH从烟囱排放,脱硫的副产物经过旋流器、真空皮带脱水成为脱水石膏。
　　2.3镁法
　　目前已经商业化运行的湿法脱硫工艺中氧化镁脱硫技术是一种前景较好的脱硫技术,该工艺较为成熟,投资少,结构简单,安全性能好,并且能够减少二次污染,脱硫剂循环利用,降低了脱硫成本,能够带来一定的经济效益。相对于钙法脱硫而言,避免了简易湿法存在着的一系列的问题,比如管路堵塞、烟温过低、烟气带水和存在二次水污染等等；同时与较为完整的石灰石/石膏法,占地面积小,运行费用低,投资额大幅减小,综合经济效益得到很大的提
　　高。
　　⑴基本原理
　　氧化镁的脱硫机理与氧化钙的脱硫机理相似,都是碱性氧化物与水反应生成氢氧化物,再与二氧化硫溶于水生成的亚硫酸溶液进行酸碱中和反应,氧化镁反应生成的亚硫酸镁和硫酸镁再经过回收SO2后进行重复利用或者将其强制氧化全部转化成硫酸盐制成七水硫酸镁。脱硫过程中发生的主要化学反应有:
　　MgO+H2O=Mg(OH)2
　　Mg(OH)2+SO2=MgSO3+H2O
　　MgSO3+H2O+SO2=Mg(HSO3)2
　　MgSO3+1/2O2=MgSO4
　　氧化镁再生阶段发生的主要反应有:
　　MgSO3→MgO+SO2
　　MgSO4→MgO+SO3
　　Mg(HSO3)2→MgO+H2O+2SO2
　　SO2+1/2O2→SO3
　　SO3+H2O→H2SO4
　　当对副产物进行强制氧化制MgSO4.7H2O出售时:
　　MgSO3+1/2O2→MgSO4
　　MgSO4+7H2O→MgSO4+7H2O
　　⑵工艺流程（图1）
　　
　　图1镁法脱硫工艺流程图
　　⑶技术特点
　　氧化镁脱硫技术是一种成熟度仅次于钙法的脱硫工艺,氧化镁脱硫工艺在世界各地都有非常多的应用业绩,其中在日本已经应用了100多个项目,台湾的电站95%是用氧化镁法,另外在美国、德国等地都已经应用,并且目前在我国部分地区已经有了应用的业绩。同时,镁法脱硫还具有原料来源充足、脱硫效率高,(一般达95%～98%)投资费用少、运行费用低、运行可靠、综合效益高等技术特点。
　　2.4活性炭吸附法
　　活性炭吸附法是目前唯一能脱出烟气中每一种杂质的方法,属于干法烟气脱硫技术。它不仅能有效脱除SO2,还可以除掉NOx、烟尘、汞、二噁英、呋喃、重金属等有害物质。它是以传统的微孔吸附原理为理论基础的干法脱硫技术。该项技术最早使用在20世纪80年代日本的新日铁名古屋5号烧结机,2000年后韩国浦项制铁3号、4号烧结机也采用该项脱硫技术。其烟气脱硫的机理是:活性炭通过物理吸附和化学吸附将烟气中SO2吸附出来,在有水和氧气存在的条件下对SO2进行催化氧化,生成硫酸。其反应方程式如下:
　　SO2+1/2O2+H2O=H2SO4
　　活性炭吸附法的一大优点是吸收剂再生。活性炭再生可通过加热脱附和水洗涤脱附等两种方式,但是无论何种方式都会使活性炭的吸附性能降低。因此,开发新型活性炭(增加强度和吸附容量)、降低脱附能耗、提高吸附效率将是活性炭吸附法脱硫研究的方向。该工艺特点是一次性投资高、运行成本高。
　　3烟气脱硫技术选择措施
　　脱硫技术首先要安全可靠,并能与烧结形成一个有机的整体,成为大烧结工序的一个子系统。烧结、球团烟气不同于电力行业,烟气成分复杂,烟气量及SO2含量波动很大,且脱硫系统运行状况直接影响烧结矿的产量和质量。
　　其次,脱硫工艺的脱硫效率要能满足SO2减排目标要求,能够满足烟气经脱硫处理后达标外排,并且经脱硫处理后外排SO2总量满足对钢铁厂总量控制符合清洁生产指标要求。
　　再次,尽量选择投资较小、运行费用较省、占地面积较小的脱硫工艺。我国的冶金行业经过几十年的发展,大部分企业布局都非常紧凑。对一些环保改造项目,空间非常紧张,那些占地面积较小的脱硫工艺优势就十分突出。而对于新建的钢铁企业,投资和运行费用就是成为了决定因素。
　　第四,由于烧烟气中含有二恶英、重金属和NOX等污染物,因此,集成了硫、脱硝和脱二恶英等功能的脱硫工艺将是研究的重点。脱硫副产物的可利用性往往是最终决定了选择什么样的脱硫工艺。在冶金业,许多企业都提出了废物􀀁零排放􀀁的要求,因而脱硫副产物能综合利用的硫工艺会是未来的发展方向。
　　4结语
　　总之，理想的脱硫技术应该符合高效化、资源化、综合化的要求，以达到烟气脱硫成本经济化的目的。现有的各种脱硫方法各有特点，因此企业烧结脱硫应结合企业自身以及所处地域特点，因地制宜地选择脱硫工艺，力求设备系统相对简单，便于运行维护,具有较强的操作性，促进企业的可持续发展。
　　参考文献
　　[1]史少军叶招莲，钢铁行业烧结烟气同时脱硫脱硝技术探讨[J]电力科技与环保,2010.3
　　[2]岑望来.烧结烟气脱硫技术现状[J]工业安全与环保,2007.07