硫铵法与循环流化床法烧结烟气脱硫技术的比较
摘要：在收集国内现有烧结烟气脱硫工程监测资料的基础上,对硫铵法和循环流化床法烧结烟气脱硫工艺的脱硫效率、经济技术指标等进行了比较。分析后认为循环流化床法烧结烟气脱硫工艺是现阶段比较适合我国国情的脱硫技术。同时建议加强对脱硫副产石膏的综合利用研究。
关键词：硫铵法,循环流化床法,烧结烟气,脱硫
1 前言
大气环境中的SO2 污染,是当今人类面临的重大环境问题之一。我国的能源结构是以煤炭为主,燃煤型的二氧化硫污染已成为我国大气污染的主要特征。在我国长江以南的一些地区,酸雨出现频率很高,其影响面积也在不断扩大。酸雨不仅严重腐蚀建筑物和公共设施,而且毁坏大面积的森林和农作物,每年给我国造成的经济损失超过150 亿元[1 ] 。
钢铁行业是SO2 排放的高污染行业。其中烧结过程的二氧化硫(SO2 ) 排放量占钢铁企业二氧化硫(SO2) 排放总量的40 %～60 % ,因此, 控制烧结生产过程中的SO2 排放是钢铁企业控制SO2 污染的重点。
目前,控制SO2 大气污染技术可分为四类, 即燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后烟气脱硫以及转化过程中脱硫,其中燃烧后烟气脱硫被认为是控制SO2 污染最为行之有效的途径[2 ] 。燃烧后烟气脱硫( flue gas desulfurization , 缩写 FGD) 是目前世界上唯一大规模工业化应用的脱硫技术[3 ] 。世界各国研究开发的烟气脱硫技术达200 多种,但工业应用的不超过20 种。按脱硫产物是否回收,烟气脱硫可分为抛弃法和回收法。前者是将SO2 转化为固体残渣抛弃掉,后者则是将烟气中的SO2 转化为硫酸、硫磺、液体SO2 、化肥等有用物质回收。按脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿状态,烟气脱硫又可分为湿法、半干法和干法三类工艺。我国烟气脱硫技术起步晚,技术比较落后,烧结烟气脱硫更是近年来才逐渐受到重视。截至2008 年,国内已建成运行的烧结烟气脱硫工程主要有宝钢梅钢3 号烧结机,采用的是湿法(石灰石 - 石膏法) ;柳州钢铁集团公司烧结机,采用是的湿法(硫铵法) ;福建三钢公司烧结机,采用的是干法(循环流化床法) 。
本文收集了国内现有已建成且长期稳定运行的烧结烟气脱硫设施常规运行监测资料,从脱硫效率、运行成本、固废综合利用等方面对其经济技术指标进行了对比分析,以期为我国烧结烟气脱硫技术的进步和国内各烧结厂选择烟气脱硫技术提供参考和依据。
2 烧结烟气的特点
烧结烟气是混合料点火后,随台车运行,在高温烧结过程中所产生的含尘废气。烧结机生产时产生的烟气中SO2 浓度变化很大,其头部和尾部烟气SO2 浓度低,中部浓度高。烧结料中铁氧化物会起到催化剂的作用,将部分SO2 催化氧化为SO3[4 ] 。焦粉中的一部分有机硫转入气相呈单质硫并被氧化,由于烧结过程存在温度不均匀,排出的烟气中还含有H2S 和CaS。另外,混合料中的氯化物也会在烧结过程中生成可挥发性氯化物进入烟气。
烧结烟气的主要特点[5～6 ] 是烟气量大(生产1t 烧结矿约产生4 000～6 000 m3 烟气) 、温度较高(一般在130 ℃左右) 、细粒粉尘多且具有粘性、含湿量大(水分含量在10 %(体积比) 左右) 、含有SOx 、NOx 等腐蚀性气体、SO2 浓度较低(一般在1 000～3 000 mg/ m3 之间) 。某烧结机烟气排放情况如下:烟气量最大 47161 ×104 m3/ h ,最小17105 ×104 m3/ h ,平均 32133 ×104 m3/ h ;温度116～159 ℃;压力1517 ～ 518 kPa ( 除尘器出口) ;含尘112～269 mg/ m3 ;烟气成分:CO 684 ～765 mg/ m3 ,SO2 2 573 ～5 178 mg/ m3 ,NOx73 ～204 mg/ m3 ; 烟尘成分: TFe 4218 % , SiO2 4189 % , FeO 1913 % , MgO3 12 % , TiO2 9128 % , V2O5 0140 % , CaO 10106 %[7 ] 。
3 脱硫效率及技术经济指标比较
本文收集了柳州钢铁集团公司83 m2 烧结机脱硫系统(采用氨- 硫铵法) 和福建三钢公司 180 m2 烧结机脱硫系统(采用循环流化床法) 的常规运行监测数据,对其脱硫效率进行比较分析。
(1) 硫铵法
柳钢烧结厂83 m2 烧结机采用了硫铵法脱硫工艺,于2007 年3 月投入试生产。根据环境监测站2007 年11 月对该脱硫设施的监测结果 (见表1) ,其脱硫效率在95 %以上,除尘效率为 40 % ,运行情况较稳定。
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(2) 循环流化床法
福建三钢厂180 m2 烧结机采用循环流化床法烟气脱硫工艺,于2007 年10 月投入试运行。根据环境监测站对其进行的监测结果(表2) 表明,其脱硫效率在98 %以上,脱硫效果好,运行情况较稳定。
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(3) 技术经济指标对比
本文从脱硫设施总投资、运营成本、物耗能耗等多个方面对硫铵法和循环流化床法烧结烟气脱硫工艺的技术经济指标进行对比分析,结果见表3 。
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通过分析可以看出,循环流化床法相比氨 - 硫铵法具有脱硫效率高、占地面积小,运行维护费用低,设备无需防腐,对烧结废气中的重金属脱除效率高,总投资相对较省等优点。同时也存在着脱硫副产物难以综合利用的缺点。
(4) 脱硫副产物的综合利用
循环流化床法的脱硫副产物是一种干态的混合物,它包含飞灰及消石灰反应后产生的各种钙基化合物, 主要成分为CaSO4 ·1/ 2H2O , CaSO3 ·1/ 2H2O , 少量未完全反应的吸收剂 Ca (OH) 2及杂质等。硫铵法的脱硫副产物是以硫酸铵为主。
在综合利用方面,硫铵法只要控制好脱硫副产物中的重金属成分,就能够外售给化肥厂实现综合利用。而循环流化床法脱硫副产物的综合利用相对较为困难。最新的工业利用主要是在水泥生产中替代天然石膏作为缓凝剂。
2008 年,该综合利用方案在天瑞集团汝州水泥有限公司7 500 t/ d 新型干法水泥生产线[8 ]和梅县恒塔旋窑水泥有限公司2 500 t/ d 新型干法水泥生产线[9 ] 中得到了成功运用。运行结果表明,脱硫石膏可以作为天然石膏的替代品,用于水泥生产。掺入小于3 %的脱硫石膏,不会影响水泥产品的品质。
4 结论及建议
通过对我国目前为数不多的烧结烟气脱硫工程的运行情况进行监测,结合烧结烟气脱硫的特点,分析后认为,循环流化床法更为成熟可靠,已有在大型烧结机(三钢180 m2 烧结机) 上运用的成功范例,硫铵法现最大还只用于83 m2 烧结机。循环流化床法烟气脱硫技术具有脱硫效率高,占地面积小,运行维护费用低,设备无需防腐,对烧结废气中的重金属脱除效率高,总投资相对较省等优点。脱硫固废(脱硫石膏) 可替代天然石膏,在水泥生产中用作水泥缓凝剂。该综合利用方案已成功运用于国内多条水泥生产线的工业生产中。循环流化床法烧结烟气脱硫技术已被列入2008 年9 月国家环保部颁布的《国家先进污染防治技术示范名录》( 2008 年度) ,成为国家当前示范和推广的烧结烟气脱硫技术。
针对循环流化床法脱硫工艺中脱硫副产物综合利用较为困难,利用方式比较单一的问题, 建议在下一步工作中,加强对脱硫石膏的成分分析,加大力度开拓和研究将脱硫石膏用作垃圾场防渗层、制造防噪隔音墙和墙砖等领域的综合利用新方式。
参考文献
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5 黄导1 中国钢铁工业环境保护工作面临更大压力[J ]1 冶金环境保护,2004 , (3) :122
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8 张冠军1 脱硫石膏代替二水石膏作水泥缓凝剂的实践[J ]1 新世纪水泥导报,2008 (4) :38～39
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