淺析我國燒結煙氣脫硫技術進展

張良進，龍 躍，王 云，杜培培

(1.華北理工大學 冶金與能源學院，河北 唐山063009 China;2.邯鄲鋼鐵集團有限責任公司)

隨著鋼鐵產業的快速發展，我國成為世界上最大的產鋼國，隨之而來的環境問題也日益嚴重。鋼鐵企業每年都會向大氣中排放大量的SO2，SO2對人體健康有嚴重的危害，可以引發多種疾病，對植物和農作物的影響尤為明顯，可以造成植物的生長率下降和農作物的減產［1］。鋼鐵工業產生SO2的污染源主要為燒結工序，燒結煙氣占鋼鐵行業所排SO2的50%～70%［2］。抽風燒結的過程中，礦石和焦粉中的硫轉化為SO2、SO3等酸性氣體，隨系統煙氣直接排放到大氣中。在國家提出建設環境友好型、資源節約型社會的前提下，“十二五”規劃對煙氣中SO2的含量做了更嚴格的規定，因此改善燒結環境，提高燒結煙氣脫硫技術是非常有必要的。目前，燒結煙氣脫硫是控制煙氣中SO2的最有效的手段之一，在世界范圍內已有大規模的應用。

1 燒結煙氣的特點

燒結煙氣是將置于燒結臺車上的各種粉狀含鐵原料、燃料和熔劑的混合料點火后隨臺車運行，在高溫燒結過程中產生的含塵廢氣，是含有多種污染成分的氣體，它具有以下特點［3－7］:

(1)煙氣量大。每生產1t燒結礦，大約產生4 000m3～6 000m3煙氣。

(2)含氧量與含水量高。為了提高燒結混合料的透氣性，混合料在燒結前必須加適量的水制成小球，所以導致煙氣中的含水量較大，水的質量分數在10%～12%左右，含氧量一般為10%～15%左右。

(3)煙氣溫度較高。煙氣溫度一般在120℃～180℃。

(4)含有害氣體。煙氣中含有一定量的HCl、HF、SOX和NOX等，同時還含有對人體健康危害極大的二噁英。

(5)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。

(6)不穩定性。由于燒結工藝的不穩定，所產生的煙氣流量、溫度、SO2濃度等都會有大幅度變化，且變化頻率高。

2 典型燒結煙氣脫硫技術

近幾年各鋼鐵企業相繼建設了多套燒結煙氣脫硫設備，采用的燒結煙氣脫硫工藝可以分為濕法脫硫，包括石灰－石膏法、氨－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;干法脫硫，包括活性炭法等;半干法脫硫，包括密相塔法、循環流化床法、MEROS法(高性能燒結廢棄凈化)、NID法(脫硫除塵一體化技術)、ENS法、LEC法、電子束照射法、噴霧干燥法等。其中有代表性的是以下幾種。

2.1 石灰－石膏法

石灰－石膏法屬于濕法脫硫工藝，是目前應用最為廣泛的燒結煙氣脫硫工藝，原理是利用石灰石(CaCO3)或生石灰(CaO)消石灰(Ca(OH)2)的乳濁液與SO2反應，從而吸收煙氣中的SO2，達到脫硫的目的。是目前世界上技術最成熟、運行最穩定、應用最早、工業化裝置最多(目前占全世界脫硫裝置80%以上)的煙氣脫硫方法［8］。脫硫產物為純度90%的石膏，改方法技術成熟，脫硫效率高，副產物可以利用［6］。

2.2 氨－硫酸銨法

氨－硫酸銨法是一種濕法脫硫技術，是把燒結廠的煙氣脫硫和焦化廠的煤氣脫氨相結合的一種綜合處理工藝。原理是用亞硫酸銨溶液與燒結煙氣中的SO2反應，生成亞硫酸氫:

(NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3

吸收SO2后的溶液在吸收塔中與焦爐煤氣中的NH3反應，再生成亞硫酸銨:

NH4HSO3+NH3=(NH4)2SO3

循環反復，溶液中的亞硫酸銨濃度增加，當濃度達到一定值后，引出一部分溶液在空氣中氧化成硫酸銨收回，

(NH4)2SO3+O2→(NH4)2SO4

該方法吸收反應充分，脫硫率高，脫硫副產品為硫氨化肥，可以利用。該方法需要焦化廠的NH3，要求焦化廠的氨量與脫硫所需的氨量保持平衡。

2.3 活性炭法

活性炭法是一種典型的干法脫硫工藝，，利用活性炭的吸附催化作用來脫除燒結煙氣中的SO2，在脫硫的同時還具有除塵、脫硝和脫除二噁英等功效。該方法的脫硫原理是燒結煙氣經除塵后，粉塵粒度降到250mg/m3左右，由主風機排出。通過吸收塔內填充的活性炭床層，原煙氣中的SO2和部分氧及水蒸氣分子被分別吸附到活性炭孔隙表面上，繼而發生催化反應生成硫酸，反應式為:

然后把吸收了SO2的活性炭加熱到400℃左右可以得到高濃度的SO2，再生后的活性炭經過篩選后可以重復使用。活性炭工藝具有脫硫效率高、再脫硫的同時還可以同時脫除二噁英等有害物質、可回收副產品等優點，但該工藝投資較多，設備龐大，一定程度上限制了它的發展。

2.4 MEROS法

MEROS(高性能燒結廢氣凈化)法是一種半干法脫硫技術，它的原理是利用熟石灰做脫硫劑，與燒結煙氣中的SO2反應，反應式為:

2SO2+2Ca(OH)2=2CaSO3·1/2H2O+H2O

熟石灰是堿性物質，與燒結廢棄中的酸性成分發生反應，主要反應如下:

也可以采用小蘇打(NaHCO3)和CaO作為脫硫劑。其中小蘇打的脫硫效率較高，可以達到90%，消耗量相對較低，但成本高于CaO和熟石灰。如果使用CaO作為脫硫劑，則需要在系統中增加石灰消化器，通過向消化器中加入一定的水使CaO消化為Ca(OH)2，系統對消化器性能的要求比較高，要求消化后的Ca(OH)2符合MEROS工藝的要求。MEROS法集脫硫、脫HCl和HF于一身，幾乎可以全部去除可冷凝部分的揮發性有機物，是比較理想的脫硫方法。

2.5 循環流化床法

循環流化床法是一種半干法脫硫技術，最早用于煅燒、焙燒及煤燃燒的流態化工藝。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，反應后的煙氣從吸收塔頂排出，再經袋式除塵器或電除塵器，分離出的固態物經過循環回到流化床的吸收塔。反應產物及飛灰，在固態再循環回路末段排出，并輸送到廢料倉待處置［8］。經過除塵裝置后煙氣中的粉塵粒度降到要求以下，通過煙囪直接排入大氣。該工藝的脫硫效率較高，脫硫吸收劑的利用率較高，設計簡單，操作簡單，占地面積小，投資及運行的費用較低，但此方法對控制技術水平要求較高。

表1 各類脫硫技術的優缺點

由表1可知:

在建設環境友好型、資源節約型社會的前提下，如今應用最廣的石灰－石膏法由于它的初期投資和運行費用高、占地面積大、副產物無法利用及容易造成二次污染等原因在將來會被淘汰。氨硫酸銨法的吸收塔不易結垢，耗能低，不需要設置旁路煙道，脫硫速度快，方便高效，占地面積小，設備的投資及運行費用低，且副產物硫氨化肥可以利用，因此氨－硫酸銨法應是以后的發展方向。

3 我國燒結煙氣脫硫發展中存在的問題及解決方法

3.1 存在的問題

(1)投資和運行費用高。燒結煙氣的排放量大，SO2濃度波動大，設備的投資較大，運行維修費用高。據了解，目前已建成燒結煙氣脫硫設施的投資占燒結機總投資的30%以上，噸燒結礦脫硫成本5～14元［10］。巨大的投資、高昂的設備運行費用，是使燒結煙氣脫硫發展緩慢的原因之一。

(2)技術風險較高。燒結煙氣有很大的特殊性，成分復雜，溫度波動大，雖然燃煤電廠煙氣脫硫的成熟技術給燒結煙氣脫硫提供了很好的借鑒，但卻并不能完全套用燃煤電廠的煙氣脫硫技術和經驗，有發展前景的脫硫方法技術仍不成熟，如貿然應用有很大的風險［9］。

(3)缺少建設場地。由于燒結煙氣脫硫的設備都需要建設在老廠里，但在建設燒結機時很少考慮預留燒結脫硫場地，造成現在設備無地可建的局面［11］。

(4)脫硫副產物難利用。目前為止我國干法和半干法脫硫的副產物基本不能回收利用，需另外投入專項資金去處理。雖然濕法脫硫的副產物石膏和硫酸氨等可回收利用，但由于燒結煙氣中成分復雜，含有多種污染物，導致副產物的品質較差，重新利用的難度較大。

(5)缺乏科學的脫硫設備設計參數。據統計目前我國共有燒結煙氣脫硫設備372套，面積74 930m2［12］。但大多工廠都是根據脫硫工藝選擇的設備，并沒有對燒結煙氣的特點進行具體分析，同時燒結煙氣的溫度、SO2含量等因素的波動，也對工藝參數的選擇造成了一定難度。

3.2 解決方法

綜合考慮我國燒結脫硫發展中存在的問題，應該針對以下三點解決:

(1)是應開發新技術以適應當今的燒結煙氣脫硫形勢。目前存在的問題很大程度上是由于我國技術落后造成的，如能研發出成熟且在各方面有相當優勢的新技術，那技術風險高及設備的投資和運行費用高的問題都可以解決。新技術如果能以較低的成本滿足環保的要求，甚至可以給企業帶來效益的話，相信企業都會建設相應的脫硫設備。

(2)是由于目前我國的燒結煙氣脫硫副產物的利用率較低，且我國的鋼鐵產量高，如果還是按照以前由企業花錢讓副產物外排的話，將會對企業造成很大的負擔，所以我們必須開辟新的副產物利用途徑。就石膏而言，可以將其做成石膏板以及建筑用的膩子粉，還可以將其做成某種特殊的填充材料。石膏中富含鈣離子，而鈣又是農作物生產的必須元素，可以利用石膏中的鈣離子，為農作物的生長提供較好的土壤環境。在石膏的利用方面，國外已達到先進水平，德國和美國走在了世界前列，對于石膏的利用基本已達到100%。而我國在這方面還是一個短板，對于石膏的綜合利用率較低，因此應該加強這方面的研究。

(3)在對燒結煙氣脫硫設備的選擇設計上，我們應該先對每個燒結機排放的煙氣特點進行具體分析，了解燒結煙氣的溫度、SO2含量和煙氣量的波動情況，再進行脫硫設備的選擇，然后確定其操作參數。同時在運行過程中，要注重設備的維修和保養。

4 結語

根據新標準《鋼鐵燒結、球團大氣污染物排放標準》GB28662－2012中的要求，新建企業自2012年10月1日起，現有企業自2015年1月1日起，執行二氧化硫≤200mg/Nm3、氮氧化物≤300 mg/Nm3的標準。根據目前我國鋼鐵企業排放情況，所有的企業都應該安裝燒結煙氣脫硫裝置。所以我們應該對各種脫硫工藝進行合理的消化吸收，在此基礎上進行大膽創新，發展適合我國鋼鐵企業的技術和設備，并加緊研究脫硫副產品利用技術，努力實現清潔生產，從而促進鋼鐵產業的健康可持續發展。

［1］卞京鳳，郭斌.半干法循環流化床脫硫副產物的綜合利用［J］.河北工業科技，2009，26(1):41.

［2］沈迪新，楊曉葵.中，日，美三國煙氣脫硫技術的發展和現狀［J］.環境科學進展，1993，1(3):21.

［3］田犀，潘成武，蒲靈，鄭吉.硫銨法與循環流化床法燒結煙氣脫硫技術的比較［J］.燒結球團，2009，34(2):34.

［4］方雨田.芻議燒結機煙氣脫硫工藝的選擇［J］.城市建設理論研究，2013，(24).

［5］黨玉華，齊淵洪，王海風.燒結煙氣脫硫技術［J］.鋼鐵研究學報，2010，22(5):2.

［6］楊天鈞，張建良，劉征建.燒結煙氣脫硫技術的研究與發展［J］.中國冶金，2009，(2):84.

［7］王亮.燒結煙氣脫硫技術的比較分析［J］.河北冶金，2008，2:53.

［8］楊麗芬，李友琥.環保工作者實用手冊［M］.北京:冶金工業出版社，2001.122－128.

［9］《中國電力百科全書》編輯委員會，中國電力出版社《中國電力百科全書》編輯部.中國電力百科全書·火力發電卷［M］.北京:中國電力出版社，2001.279－280.

［10］劉濤，李春鳳.燒結脫硫對節能減排、擴大內需的作用分析［J］.節能減排，2009，(3):16.

［11］郜學.減排燒結二氧化硫 實現可持續發展［J］.冶金經濟與管理，2008，(3)，18.

［12］王維興.燒結煙氣綜合治理技術［A］.2014年全國煉鐵生產技術會暨煉鐵學術年會文集(下)［C］.北京:中國金屬學會，2014.1066－1075.