高爐硫平衡及用戶煙氣SO2達(dá)標(biāo)排放可行性措施

王玉興

（首鋼京唐公司能環(huán)部，河北唐山 063000）

引言

2019年4月，生態(tài)環(huán)境部、發(fā)改委等五部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》，要求：燒結(jié)機(jī)機(jī)頭、球團(tuán)焙燒、發(fā)電鍋爐SO2排放濃度小時(shí)均值≤35 mg/m3，熱風(fēng)爐、鋼軋加熱爐等工序SO2排放濃度小時(shí)均值≤50 mg/m3。2021 年4 月，唐山市發(fā)布了《關(guān)于執(zhí)行鋼鐵、火電行業(yè)大氣污染物排放特別要求的通知》，從6 月1 日起燒結(jié)機(jī)機(jī)頭、球團(tuán)焙燒SO2排放濃度小時(shí)均值≤20 mg/m3，熱風(fēng)爐、鋼軋加熱爐SO2排放濃度小時(shí)均值≤30 mg/m3。隨著環(huán)保要求的不斷提高，研究降低鋼鐵流程各工序的煙氣SO2排放意義重大，關(guān)系到企業(yè)的生死存亡。

1 高爐硫平衡

（1）入高爐的硫元素

進(jìn)入高爐的硫主要來(lái)自于焦炭、噴吹煤粉、球團(tuán)礦、燒結(jié)礦和生鐵礦。焦炭和噴吹煤粉中的硫占進(jìn)入高爐硫總量的80%左右，分為有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫兩種形態(tài)，無(wú)機(jī)硫主要是硫酸鹽；球團(tuán)礦、燒結(jié)礦和生鐵礦中的硫占20%左右，其中燒結(jié)礦和球團(tuán)礦中的硫以FeS 和CaS 形態(tài)存在，生鐵礦中的硫以FeS2、CaSO4等形態(tài)存在。

（2）高爐中硫的變化過(guò)程及去向

在煉鐵反應(yīng)過(guò)程中，球團(tuán)礦、燒結(jié)礦和生鐵礦中的硫化物分解成單質(zhì)S 或SO2進(jìn)入高爐煤氣，CaS04等鹽類與C 反應(yīng)生成SO2進(jìn)入高爐煤氣；焦炭中的硫元素和噴吹煤粉中的硫元素在高爐中燃燒后，轉(zhuǎn)化成SO2進(jìn)入高爐煤氣。

高溫條件下，高爐煤氣中的SO2與C 反應(yīng)，被還原成單體S和H2S，高爐中的C被氧化成CO2，與爐料中的CaO、FeO 等反應(yīng)，大部分進(jìn)入爐渣和生鐵，小部分進(jìn)入高爐煤氣中。

綜上所述，進(jìn)出高爐的硫元素構(gòu)成及占比如圖1所示。

圖1 進(jìn)出高爐硫平衡

（3）高爐煤氣中硫含量高低的影響因素

由高爐硫平衡可知，理論上焦炭、噴吹煤粉、球團(tuán)礦、燒結(jié)礦和生鐵礦含的硫越多，也就是通常所說(shuō)的高爐硫負(fù)荷越高，則高爐煤氣、生鐵和爐渣中總的硫含量也越高。因此焦炭和噴吹煤粉比例越低，進(jìn)入高爐的硫越少；使用優(yōu)質(zhì)低硫煤，可減少進(jìn)入高爐的硫含量；降低球團(tuán)礦和燒結(jié)礦硫含量也可降低煤氣和生鐵的含硫量。

爐渣量越大，意味著爐渣帶走的硫越多，則分流到煤氣和生鐵中的硫越低，但也意味著鐵產(chǎn)量下降，焦比升高，生產(chǎn)成本升高，影響企業(yè)效益。爐渣中硫的分配系數(shù)越大，則煤氣和生鐵的含硫量越低。

2 達(dá)標(biāo)排放措施

目前鋼鐵行業(yè)的高爐煤氣含硫總和（折合成單質(zhì)硫）約為80～200 mg/m3，其中70%為有機(jī)硫（主要是COS、CS2），30%為無(wú)機(jī)硫（H2S），為確保高爐煤氣燃燒后煙氣SO2含量達(dá)標(biāo)，可研究采取以下措施：

2.1 采用低碳煉鐵技術(shù)

煉鐵技術(shù)革新，可研究綠色氫能煉鐵、CO 煉鐵等低碳煉鐵技術(shù)。

2.2 高爐源頭治理，降低高爐硫負(fù)荷

（1）降低高爐爐料中含硫的總量。可降低焦炭和噴吹煤中含硫量、降低入爐的焦比和煤比、選用含硫量低的生鐵礦。

（2）提高爐內(nèi)溫度。高爐中硫的反應(yīng)過(guò)程是吸熱反應(yīng)，提高爐內(nèi)溫度可以提高脫硫能力，但也帶來(lái)高爐指標(biāo)焦比和煤比的升高，鐵水硅含量升高等負(fù)面影響，應(yīng)結(jié)合爐況進(jìn)行調(diào)整。

（3）可通過(guò)提高球團(tuán)礦堿性球比例來(lái)提高爐渣堿度。

2.3 主管網(wǎng)前端高爐煤氣凈化脫硫

在高爐煤氣干法除塵和高爐煤氣主管網(wǎng)之間合適位置增加精脫硫設(shè)施，可確保熱風(fēng)爐、發(fā)電鍋爐等高爐煤氣用戶達(dá)標(biāo)排放。

目前高爐煤氣精脫硫技術(shù)主要有微晶吸附脫硫、納米吸附脫硫、水解催化干法脫硫、水解催化濕法脫硫等[1]。其中微晶吸附和納米吸附可直接同時(shí)脫除有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫，但解析氣中含硫量較高，需要妥善處理，且吸附劑容易堵塞；水解法脫硫先將有機(jī)硫轉(zhuǎn)換為無(wú)機(jī)硫，再通過(guò)活性炭或噴氫氧化鈉堿液脫除，會(huì)產(chǎn)生一定量的固廢或廢水，以上技術(shù)都在推廣完善階段。

各企業(yè)可結(jié)合自身高爐煤氣含硫量及生產(chǎn)工藝進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，確定合適的精脫硫技術(shù)方案。如若選擇水解催化濕法脫硫技術(shù)，可在現(xiàn)有噴堿脫水系統(tǒng)上改造，降低一次性投資及運(yùn)行成本。

2.4 末端煙氣脫硫

高爐煤氣燃燒后煙氣脫除SO2的技術(shù)已經(jīng)十分成熟，目前廣泛應(yīng)用于電力、鋼鐵等行業(yè)，主要有石灰石膏法、氨法、鎂法等。

高爐煤氣用戶多且較分散，如熱風(fēng)爐、球團(tuán)、燒結(jié)、石灰窯等，煙氣脫硫整體投資高、占地面積大，且高爐煤氣燃燒過(guò)程需要混入大量空氣，造成煙氣處理量大、運(yùn)行維護(hù)成本高。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析高爐硫平衡可知，可采取優(yōu)先源頭減硫、加強(qiáng)過(guò)程控制、末端小范圍煙氣治理的措施，確保各工序的煙氣SO2排放達(dá)標(biāo)。各企業(yè)可結(jié)合現(xiàn)有工藝，在綜合考慮環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)成本等因素基礎(chǔ)上，因地制宜，采取適合的技術(shù)方案降低煙氣SO2含量，實(shí)現(xiàn)環(huán)保達(dá)標(biāo)排放。