硫銨法與循環流化床法燒結煙氣脫硫技術的比較
摘要：在收集國內現有燒結煙氣脫硫工程監測資料的基礎上,對硫銨法和循環流化床法燒結煙氣脫硫工藝的脫硫效率、經濟技術指標等進行了比較。分析后認為循環流化床法燒結煙氣脫硫工藝是現階段比較適合我國國情的脫硫技術。同時建議加強對脫硫副產石膏的綜合利用研究。
關鍵詞：硫銨法,循環流化床法,燒結煙氣,脫硫
1 前言
大氣環境中的SO2 污染,是當今人類面臨的重大環境問題之一。我國的能源結構是以煤炭為主,燃煤型的二氧化硫污染已成為我國大氣污染的主要特征。在我國長江以南的一些地區,酸雨出現頻率很高,其影響面積也在不斷擴大。酸雨不僅嚴重腐蝕建筑物和公共設施,而且毀壞大面積的森林和農作物,每年給我國造成的經濟損失超過150 億元[1 ] 。
鋼鐵行業是SO2 排放的高污染行業。其中燒結過程的二氧化硫(SO2 ) 排放量占鋼鐵企業二氧化硫(SO2) 排放總量的40 %～60 % ,因此, 控制燒結生產過程中的SO2 排放是鋼鐵企業控制SO2 污染的重點。
目前,控制SO2 大氣污染技術可分為四類, 即燃燒前脫硫、燃燒中脫硫、燃燒后煙氣脫硫以及轉化過程中脫硫,其中燃燒后煙氣脫硫被認為是控制SO2 污染最為行之有效的途徑[2 ] 。燃燒后煙氣脫硫( flue gas desulfurization , 縮寫 FGD) 是目前世界上唯一大規模工業化應用的脫硫技術[3 ] 。世界各國研究開發的煙氣脫硫技術達200 多種,但工業應用的不超過20 種。按脫硫產物是否回收,煙氣脫硫可分為拋棄法和回收法。前者是將SO2 轉化為固體殘渣拋棄掉,后者則是將煙氣中的SO2 轉化為硫酸、硫磺、液體SO2 、化肥等有用物質回收。按脫硫過程是否加水和脫硫產物的干濕狀態,煙氣脫硫又可分為濕法、半干法和干法三類工藝。我國煙氣脫硫技術起步晚,技術比較落后,燒結煙氣脫硫更是近年來才逐漸受到重視。截至2008 年,國內已建成運行的燒結煙氣脫硫工程主要有寶鋼梅鋼3 號燒結機,采用的是濕法(石灰石 - 石膏法) ;柳州鋼鐵集團公司燒結機,采用是的濕法(硫銨法) ;福建三鋼公司燒結機,采用的是干法(循環流化床法) 。
本文收集了國內現有已建成且長期穩定運行的燒結煙氣脫硫設施常規運行監測資料,從脫硫效率、運行成本、固廢綜合利用等方面對其經濟技術指標進行了對比分析,以期為我國燒結煙氣脫硫技術的進步和國內各燒結廠選擇煙氣脫硫技術提供參考和依據。
2 燒結煙氣的特點
燒結煙氣是混合料點火后,隨臺車運行,在高溫燒結過程中所產生的含塵廢氣。燒結機生產時產生的煙氣中SO2 濃度變化很大,其頭部和尾部煙氣SO2 濃度低,中部濃度高。燒結料中鐵氧化物會起到催化劑的作用,將部分SO2 催化氧化為SO3 [4 ] 。焦粉中的一部分有機硫轉入氣相呈單質硫并被氧化,由于燒結過程存在溫度不均勻,排出的煙氣中還含有H2S 和CaS。另外,混合料中的氯化物也會在燒結過程中生成可揮發性氯化物進入煙氣。
燒結煙氣的主要特點[5～6 ] 是煙氣量大(生產1t 燒結礦約產生4 000～6 000 m3 煙氣) 、溫度較高(一般在130 ℃左右) 、細粒粉塵多且具有粘性、含濕量大(水分含量在10 %(體積比) 左右) 、含有SOx 、NOx 等腐蝕性氣體、SO2 濃度較低(一般在1 000～3 000 mg/ m3 之間) 。某燒結機煙氣排放情況如下:煙氣量最大 47161 ×104 m3/ h ,最小17105 ×104 m3/ h ,平均 32133 ×104 m3/ h ;溫度116～159 ℃;壓力1517 ～ 518 kPa ( 除塵器出口) ;含塵112～269 mg/ m3 ;煙氣成分:CO 684 ～765 mg/ m3 ,SO2 2 573 ～5 178 mg/ m3 ,NOx73 ～204 mg/ m3 ; 煙塵成分: TFe 4218 % , SiO2 4189 % , FeO 1913 % , MgO3 12 % , TiO2 9128 % , V2O5 0140 % , CaO 10106 %[7 ] 。
3 脫硫效率及技術經濟指標比較
本文收集了柳州鋼鐵集團公司83 m2 燒結機脫硫系統(采用氨- 硫銨法) 和福建三鋼公司 180 m2 燒結機脫硫系統(采用循環流化床法) 的常規運行監測數據,對其脫硫效率進行比較分析。
(1) 硫銨法
柳鋼燒結廠83 m2 燒結機采用了硫銨法脫硫工藝,于2007 年3 月投入試生產。根據環境監測站2007 年11 月對該脫硫設施的監測結果 (見表1) ,其脫硫效率在95 %以上,除塵效率為 40 % ,運行情況較穩定。
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(2) 循環流化床法
福建三鋼廠180 m2 燒結機采用循環流化床法煙氣脫硫工藝,于2007 年10 月投入試運行。根據環境監測站對其進行的監測結果(表2) 表明,其脫硫效率在98 %以上,脫硫效果好,運行情況較穩定。
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(3) 技術經濟指標對比
本文從脫硫設施總投資、運營成本、物耗能耗等多個方面對硫銨法和循環流化床法燒結煙氣脫硫工藝的技術經濟指標進行對比分析,結果見表3 。
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通過分析可以看出,循環流化床法相比氨 - 硫銨法具有脫硫效率高、占地面積小,運行維護費用低,設備無需防腐,對燒結廢氣中的重金屬脫除效率高,總投資相對較省等優點。同時也存在著脫硫副產物難以綜合利用的缺點。
(4) 脫硫副產物的綜合利用
循環流化床法的脫硫副產物是一種干態的混合物,它包含飛灰及消石灰反應后產生的各種鈣基化合物, 主要成分為CaSO4 ·1/ 2H2O , CaSO3 ·1/ 2H2O , 少量未完全反應的吸收劑 Ca (OH) 2及雜質等。硫銨法的脫硫副產物是以硫酸銨為主。
在綜合利用方面,硫銨法只要控制好脫硫副產物中的重金屬成分,就能夠外售給化肥廠實現綜合利用。而循環流化床法脫硫副產物的綜合利用相對較為困難。最新的工業利用主要是在水泥生產中替代天然石膏作為緩凝劑。 2008 年,該綜合利用方案在天瑞集團汝州水泥有限公司7 500 t/ d 新型干法水泥生產線[8 ]和梅縣恒塔旋窯水泥有限公司2 500 t/ d 新型干法水泥生產線[9 ] 中得到了成功運用。運行結果表明,脫硫石膏可以作為天然石膏的替代品,用于水泥生產。摻入小于3 %的脫硫石膏,不會影響水泥產品的品質。
4 結論及建議
通過對我國目前為數不多的燒結煙氣脫硫工程的運行情況進行監測,結合燒結煙氣脫硫的特點,分析后認為,循環流化床法更為成熟可靠,已有在大型燒結機(三鋼180 m2 燒結機) 上運用的成功范例,硫銨法現最大還只用于83 m2 燒結機。循環流化床法煙氣脫硫技術具有脫硫效率高,占地面積小,運行維護費用低,設備無需防腐,對燒結廢氣中的重金屬脫除效率高,總投資相對較省等優點。脫硫固廢(脫硫石膏) 可替代天然石膏,在水泥生產中用作水泥緩凝劑。該綜合利用方案已成功運用于國內多條水泥生產線的工業生產中。循環流化床法燒結煙氣脫硫技術已被列入2008 年9 月國家環保部頒布的《國家先進污染防治技術示范名錄》( 2008 年度) ,成為國家當前示范和推廣的燒結煙氣脫硫技術。
針對循環流化床法脫硫工藝中脫硫副產物綜合利用較為困難,利用方式比較單一的問題, 建議在下一步工作中,加強對脫硫石膏的成分分析,加大力度開拓和研究將脫硫石膏用作垃圾場防滲層、制造防噪隔音墻和墻磚等領域的綜合利用新方式。
參考文獻
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