鋼鐵廠燒結煙氣脫硫技術的研究進展

杭州鋼鐵集團公司 浙江杭州 310022

摘要：國內鋼企燒結煙氣氨法脫硫的技術，具有脫硫、除塵、脫硝三位一體的特點，即脫硫效率可高達95%以上，對三電場除塵后的煙氣具有50%的除塵效率，同時還具有30～40%的脫硝能力。此外，還有脫硫副產品硫酸銨品質高的特點。系統穩定可靠、易于操作，設備國產化程度高，工程采用氨法脫硫，性能可靠的PLC控制系統，根據杭鋼的實際條件，滿足工藝系統必要的控制、監視及實時在線管理功能。

關鍵詞：鋼鐵廠；二氧化硫；氨法脫硫；燒結煙氣

引言

我國大氣污染以煤煙型為主，首要污染物是二氧化硫。我國二氧化硫年排放量2000萬噸以上，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國土面積40%全國因此每年損失達五千億元。二氧化硫污染已成為制約我國經濟、社會可持續發展的重要因素。

杭州鋼鐵股份有限公司位于中國歷史文化名城—杭州市，交通便捷，環境優美，旅游資源豐富。公司現有150m2燒結機一臺，90m2燒結機兩臺，其中150m2燒結機脫硫裝置已于2009年3月投運。根據國家環境保護要求和企業發展的需要，公司決定建設2×90m2燒結機煙氣脫硫裝置，減少SO2的排放量。采用性能可靠的PLC控制系統，根據杭鋼的實際條件，脫硫裝置與硫銨裝置各設置一臺操作站兼工程師站，滿足工藝系統必要的控制、監視及實時在線管理功能。

1、燒結煙氣的特點及SO2控制方法

1.1燒結煙氣的特點，分以下幾個方面

1）燒結機的煙氣量大，變化大；每生產1t燒結礦，大約產生4000～6000m3 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1000～3000 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、燒結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、成熟、可靠的脫硫工藝，脫硫效率高、系統可利用率高，脫硫劑的來源可靠，脫硫系統運行成本低，副產品的處置途徑可靠，保證脫硫系統的狀況不影響主體系統的正常運行，該項目采用氨法濕法脫硫工藝圖1。燒結機煙氣進行全脫硫處理，設置脫硫塔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設計，低硫煙氣SO2初始 濃度按300mg/Nm3設計，系統脫硫效率達到95%以上，脫硫凈煙氣SO2濃度控制在約50mg/Nm3，實現SO2減排量7337.8噸/年。脫硫劑采用外購液氨直接稀釋成氨水儲存及使用，避免了液氨在現場儲存及使用的危險性。脫硫循環液通過脫硫循環泵從脫硫塔底部溶液池送至塔內吸收段噴嘴系統，與煙氣接觸發生化學反應吸收煙氣中的SO2。脫硫塔采用新型的雙循環脫硫塔。脫硫塔前設濃縮降溫槽，脫硫塔為噴淋及格柵填料組合塔，整體玻璃材質，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。脫硫凈煙氣通過塔頂煙囪高空排放。脫硫煙氣系統對應燒結機兩抽風機配置兩臺離心風機，用于克服FGD裝置造成的煙氣壓降。

氨法煙氣脫硫技術，以液氨、氨水或碳銨為脫硫劑對煙氣中的SO2進行吸收脫除。煙氣經過吸收塔，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反應為：

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品。采用空氣對亞硫銨直接氧化，可將亞硫銨氧化為硫銨，反應為：

（NH4）2SO3+1/2O2 =（NH4）2SO4

高濃度的硫酸銨先經過過濾器除去灰塵等雜質，再通過濃縮結晶生產硫銨；其它脫硝、去氯離子的化學反應為：

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是亞硫酸銨對N02的脫除反應，燒結機的煙氣氮氧化物以N02為主，所以氨法有一定的脫硝能力。去氯離子主要是通過干燥機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

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

2）氨法工藝適應性強。

3）脫硫劑氨來源廣；脫硫副產物硫銨既是氮肥，又是硫肥，是應用前景好、市場容量大的化肥。

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）空噴塔的結構和氨法的特點，決定了增壓風機壓頭較小、能耗低，塔內不堵塞、不易結垢。

2.3 硫銨市場預測

我國目前的硫銨年產量是51萬噸/年，都是副產品，主要集中在兩個己內酰胺廠，南京東方化工廠，湖南岳陽鷹化公司，兩家合計約30萬噸/年。其余主要是丙烯腈裝置、焦化廠、煤氣廠等的副產。對硫銨市場的估計有兩種途徑：一是現實市場的大小，二是可以開拓的市場大小。首先，硫銨僅是氮肥的一個品種。作為氮肥，可以滿足需要的有碳銨、尿素、硝銨和磷銨等，而且，這些品種都有大規模的生產工廠，而硫銨卻沒有生產工廠，只有副產工廠。中國磷肥工業協會的一個估計是，即使僅僅考慮結合復合肥，我國的硫銨需求量將超過500萬噸/年。而我國目前的硫銨產量只有約50萬噸/年。出口量還很大，僅在亞洲，硫銨貿易量就超過200萬噸/年。脫硫裝置可年產硫銨～15134噸，根據市場情況，銷路完全沒有問題。

2.4 氨法煙氣脫硫系統不影響燒結主體系統的運行

1）氨法煙氣脫硫系統設在燒結主抽風機后，并單獨設增壓風機克服脫硫系統的阻力，不改變主抽風機的工作負荷。

2）氨法煙氣脫硫系統配置性能優良、可靠性高的自動控制系統，保持FGD入口（即主抽風機出口）風壓穩定在允許范圍內。

3）脫硫系統設置煙氣旁路及旁路擋板門。當脫硫系統故障時，控制系統自動（也可人工控制）快速開啟旁路擋板門，煙氣從旁路直接排入煙囪，脫硫系統與燒結主系統快速解列，而燒結主體工藝系統仍正常運行。因此，氨法煙氣脫硫系統不影響燒結主體系統的運行。

3、結論與建議

本項目采用氨法脫硫技術處理燒結機頭煙氣，能有效地降低SO2及灰塵的排放量，并產生硫銨化肥副產品，既形成局部循環經濟，又清潔生產保護了環境，不產生新的二次污染。從經濟角度分析本方案每噸處理SO2實際費用，比目前國內電廠以石灰石為原料的石灰石-石膏法明顯降低，能實現零成本運行、甚至贏利，技術上經濟效益明顯；從資源利用角度分析，為資源的開發回收利用開創了一條途徑。在SO2濃度、液氨價格及硫氨價格各單因素變化時，年運行費用始終處于收益狀態，說明項目具有很強的抗風險能力及收益能力。工程的實施將有效地遏制了生態環境惡化，使有害物質的排放減量化、無害化、資源化達到國家環保要求，符合促進杭鋼的可持續發展的戰略要求。因此盡快抓緊建設十分必要。

參考文獻：

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