烧结烟气脱硫技术概述
1 烧结烟气脱硫项目实施的政策驱动
1.1 世界硫氧化物排放及国内二氧化硫减排计划
目前，全世界每年向大气排放硫氧化物1亿t以上，SO2排放造成了严重的污染。节能减排已经成为当前宏观调控的重点，政府确定了“十一五”期间单位GDP能耗降低20%左右和主要污染物排放减少10%的目标。原国家环保总局根据《二氧化硫总量分配指导意见》，编制的“‘十一五’期间SO2控制计划”指出：电厂计划减排SO2 480万t，其它行业计划减排30万t，其中钢铁行业要减排10万t。在钢铁行业10万t SO2减排任务中，烧结工序占50%，钢铁企业自备电厂占40%，其它占10%。
1.2钢铁行业烧结烟气脱硫实施方案
目前，钢铁行业二氧化硫主要由烧结、球团烟气产生，烧结、球团烟气产生的二氧化硫占钢铁企业排放总量70%以上，个别企业达到90%左右（不含燃煤自备电厂产生的二氧化硫）。据统计，2008年全国重点统计的钢铁企业二氧化硫排放量约110万t，其中烧结二氧化硫排放量约80万t。
为落实《钢铁产业调整和振兴规划》，工业和信息化部组织制定了《钢铁行业烧结烟气脱硫实施方案》（工信部节［2009］340号），并于2009年7月30日正式发布实施。该方案提出以下目标：在2009年5月底已形成烧结烟气脱硫能力8.2万t的基础上，2011年底前钢铁行业新增烧结烟气脱硫能力20万t（其中中央企业10万t）。2011年钢铁行业烧结烟气排放二氧化硫不超过64.5万t，重点大中型企业吨钢二氧化硫排放量小于1.8kg，满足《钢铁产业调整和振兴规划》提出的指标要求，烧结烟气二氧化硫污染初步得到治理。
截至2009年5月底，我国已建成烧结烟气脱硫装置35套，形成烧结烟气脱硫能力8.2万t。已投入运行的烧结烟气脱硫装置采用的工艺主要有循环流化床法、氨-硫铵法、密相干塔法、石灰石-石膏法等。截至2008年底，中央企业已建成烧结烟气脱硫装置2套，形成烧结烟气脱硫能力0.79万t。因此，尽快解决烧结机脱硫问题，已成为钢铁行业完成节能减排、实现循环经济和可持续发展的一个重要课题。
2 国内外烧结脱硫现状
我国钢铁行业烧结烟气脱硫成为继火力发电机组烟气脱硫之后SO2排放控制的重点。钢铁行业烧结烟气中含有SO2、SO3、NOx、CO、CO2、H2O、O2、N2、HF、HCL等复杂成分，且烟气流量、烟气温度等工况参数波动较大，难以进行脱硫治理。为解决二氧化硫的排放问题，国外主要有两种对策：一是选用低硫的原料；二是烟气脱硫。烟气脱硫技术还有氨法、石灰石-石膏法、活性碳吸收法等多种方法。
2.1 世界钢铁烧结烟气脱硫工艺技术及其发展趋势
随着工业化进程，世界环境治理经历了四个阶段。第一阶段：可见污染物治理（黑烟、黑水、固废）；第二个阶段：二氧化硫、氮氧化物等污染物治理；第三阶段：二氧化碳、二噁英、重金属等污染物治理（地球变暖）；第四阶段：综合治理（生态法，即一揽子解决环境、能源、资源、经济、社会和发展的方法，从源头治理，建立多种工业群和系统的联系）。发达国家已完成工业化进程，进入深层次治理阶段，如治理有机物、重金属、放射性、噪声、氰化物、砷化物、氮氧化物、二噁英、二氧化碳等。同样，发达国家钢铁烧结烟气治理也经历了几个阶段。特别是经历了从单一治理二氧化硫到目前的多组分污染物治理阶段，因而使世界钢铁公司采取的烧结烟气脱硫工艺也随之发生较大变化。
2.1.1日本
对于烧结烟气脱硫技术的研究，日本居世界领先地位。70年代日本建设的大型烧结厂（如日本钢管的扇岛、福山烧结厂，住友的鹿岛、歌山烧结厂和新日铁的若松烧结厂等）先后采用了烧结烟气脱硫技术，脱硫方式为湿式吸收法，主要有石灰石-石膏法、氨法、镁法等。但是由于湿法烟气脱硫工艺无法解决烧结烟气中二噁英含量过高的问题，同时由于烧结烟气还含有SO3、HCL、HF等酸性物质和重金属污染成分，采用湿法工艺系统也不能高效脱除。因此，1989年以后，活性炭吸附工艺渐渐占领日本烧结烟气脱硫领域。日本水岛制铁所的第四烧结厂采用石灰石-石膏法处理75万m3/h的烧结烟气，自1989年投入运行以来，处理效果稳定，还可以去除30%~60%的粉尘。日本NKK（现为JFE）京滨制铁所采用氨-硫氨法进行烧结烟气脱硫，自1989年投入使用以来，运行稳定，副产品硫酸氨质量较好，但需提高设备的耐腐蚀性。该法利用焦炉气中无用的氨与烧结烟气中的SO2反应回收硫氨，即首先用亚硫酸氨溶液（浓度为3%）吸收SO2并生成亚硫酸氢氨，再将吸收液送到焦化厂吸收焦炉煤气中的NH3，进而形成亚硫酸氨，随后送回烧结厂予以循环利用。为保证吸收液浓度稳定，还要定期外排部分吸收液，并用空气将排出液中的亚硫酸氨氧化成硫酸氨，加以回收利用。
1987年，日本新日铁在名古屋钢铁厂3号烧结机上配置了一套利用活性炭吸附烧结烟气脱硫、脱硝的装置，处理量90万m3/h，投资约55亿日元，年运行费用约10亿日元。经过多年运行，该装置不仅可同时实现较高的脱硫率（95%）和脱硝率（40%），而且具有较好的除尘效果。现名古屋钢铁厂的1、2号烧结机也配置了这种装置（烟气处理量130万m3/h），并于1999年7月投产使用。该法是在活性炭移动层吸收塔入口处，向烟气中加入脱硝所需的氨，烟气在吸收塔内形成硫酸、硫酸氢氨等物质并被活性碳吸附去除。吸附了硫酸和铵盐的活性炭被送入解析塔，经加热至400℃左右即可解析出高浓度SO2。解析出的高浓度SO2送往副产品回收装置利用，生产高浓度硫磺（99.9%以上）或浓硫酸（98%以上）。再生后的活性炭经冷却筛去杂质后送回吸收塔进行循环使用。
目前，日本钢铁公司共有烧结机25台，建有烧结烟气脱硫装置的烧结机17台，其中9台采用的工艺是活性炭/焦吸附工艺，8台是旧有湿法工艺（均为1989年前建成投运），其余8台烧结机因使用原料、燃料含硫量极低，并采取别的办法治理二噁英，因此未建脱硫装置。
2000年日本政府提出执行二噁英排放浓度标准后，日本钢铁公司新建烧结烟气处理工艺全部采用活性炭/焦吸附工艺，在脱除二氧化硫的同时脱除二噁英。由于原来湿法工艺，只能脱硫而无法脱除二噁英，为解决二噁英污染排放控制问题，几家钢厂将湿法脱硫工艺装置废弃，新建了活性炭/焦吸附工艺。但是活性炭/焦工艺复杂，解析过程能耗大，活性炭易自燃，系统投资、运行费用非常高，在其他国家尚未得到很好的应用。
2.1.2欧洲
由于原来使用的铁矿及焦炭等原、燃料含硫量低，烟气中二氧化硫浓度符合排放标准。因此，早期烧结烟气治理主要集中在粉尘和二噁英（PCDD/Fs）上，很少有专门用于烧结烟气脱硫的装置。目前，欧美已采用的烧结烟气脱硫工艺主要有以下几种：
1）德国杜依斯堡钢厂108m2烧结机1998年建有旋转喷雾干燥（SDA）干法脱硫工艺；
2）法国ALSTOM（阿尔斯通）研发NID干法烧结烟气脱硫工艺，并在法国某烧结机上实施；
3）奥钢联研发MEROS干法脱硫工艺，并在LINZ钢厂实施；
4）2006年，德国迪林根烧结机烟气处理采用CFB干法脱硫工艺。
从日本和欧美钢铁公司烧结烟气脱硫工艺的选择和应用可见，国外烧结烟气脱硫工艺的选择趋势是由“湿”到“干”。
2.1.3中国
目前，国内烧结烟气脱硫刚刚起步，湿法、干法并存。而且只考虑脱除二氧化硫，不符合国际环保治理趋势。虽然我国还处在工业化进程中，但国际社会不会允许我国再经历环保治理的四个阶段。现在同时进行第二、三阶段的工作，甚至第四阶段的工作，如属于第二阶段的二氧化硫、氮氧化物治理；属于第三阶段的二氧化碳减排、履约行动；属于第四阶段的循环经济、清洁生产工作。因此，根据烧结烟气成分复杂的特点，烧结烟气污染物综合脱除一体化集成技术是烧结烟气治理的必然方向。2005年之前，我国还没有一台烧结机实施烟气脱硫技术。近年来，随着环保要求的日趋严格，节能减排已成为当前宏观调控的重点。环境保护部于2008年4月8日发布的中华人民共和国环境保护标准《清洁生产标准钢铁行业（烧结）》（HJ/T428-2008年）于8月1日实施。迫于政策压力，钢铁企业才开始将其提上日程实施烧结烟气脱硫技术，但是又不得不面对巨大的技术风险和高额的投资、运行费用等问题。
二氧化硫是钢铁企业常见的污染物,烧结过程中排放的二氧化硫约占总排放量的60%以上。由于国内尚无专项烧结烟气脱硫技术,因此烧结烟气脱硫项目被列为我国至2020年钢铁行业科技发展指南中的重点研发课题。2007年5月,宝钢研究院成功研发出一整套烧结烟气脱硫工艺和关键设备等系列技术,并于2007年10月在不锈钢分公司3 号烧结机旁建设成了工业试验装置。之后,科研人员开展了全面试验研究,实验结果得到了专家一致认可。该技术应用于宝钢分公司、不锈钢分公司、梅钢,标志着这一拥有宝钢自主知识产权的科技成果向工程化应用迈出了关键一步,我国首个大型烧结机烟气脱硫工程在宝钢诞生。
根据《二氧化硫总量分配指导意见》，至2010年，环保总局通过的以钢铁烧结为代表的非电脱硫重点项目为39个，其中包括22个钢铁企业脱硫项目（见表1）。
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从目前情况看，我国烧结烟气脱硫应用了湿法、干法、半干法和氨法等多种方法。我国烧结烟气脱硫装置建设的非常少，有一些已经完成建设并投入运行，例如包钢采用ENS半干法，柳钢采用氨－硫铵法，三钢、济钢采用半干法-循环流化床法，石钢采用干法-密相干塔法，宝钢不锈和梅钢采用改进的湿法-气喷旋冲石灰石/石膏法等。我国正在建设或者已经签订烧结烟气脱硫项目合同的钢铁企业有20余家，例如南钢、杭钢、日钢采用氨-硫铵法，莱钢、邢钢、邯钢均采用半干法，太钢采用湿法等。国外技术诸如MEROS、GSCA等也有应用，SDA、NID等方法也将被采用。纵观我国已运行的烧结烟气脱硫项目，或多或少都存在问题，主要原因在于环保公司照搬电厂的脱硫技术。总体来说，我国烧结脱硫技术处于百花齐放、百家争鸣的阶段，但缺少适合我国国情的成熟可靠、运行稳定的烧结烟气脱硫技术。
目前，各种烧结烟气脱硫技术应用情况，见表2。
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3 烧结烟气脱硫的主要技术难题
目前，市场成熟的脱硫技术是应用于燃煤电厂的，如湿法、干法、半干法、氨法等。但这些技术不能简单转移到钢铁企业烧结烟气脱硫上，因为燃煤电厂和烧结厂的工况和烟气成分差异巨大。当前熟练掌握脱硫技术和具备丰富项目管理经验的人员更熟悉燃煤电厂的环境，不了解冶金工艺，缺乏必要的专业经验积累。
在工况方面，例如湿法要配备脱硫塔，而烧结机现场往往没有足够的地方建脱硫塔；还有脱硫产生废弃物的处理问题；在燃煤电厂，脱硫属于末端环节，一旦出现问题，可以暂时利用“旁路”直接排放，而烧结是冶金的中间环节，一旦出现问题，整个生产必然受到影响，试验风险较高。
在烟气成分方面，烧结烟气具有以下特点：
1）烟气量大，生产1t烧结矿产生4000m3~6000m3烟气；
2）二氧化硫浓度变化大，范围在400mg/Nm3~5000mg/Nm3之间；
3）温度变化大，一般为80℃~180℃；
4）流量变化大，幅度高达40%以上；
5）水分含量大且不稳定，一般为10%~13%；
6）含氧量高，一般为15%~18%；
7）含有多种污染成分，除含有二氧化硫、粉尘外，还含有重金属、二噁英类、氮氧化物等。这些特点都在一定程度上增加了烧结烟气二氧化硫治理的难度。
在经费方面，烧结烟气脱硫设施投资占烧结机总投资的20%~30%，每个烧结脱硫项目的投资金额从5000万~2亿元不等，主要影响因素有烧结机面积大小、现场条件和脱硫技术的选择等。从国内已实施建设的太钢、石钢、柳钢、济钢和郉钢等几个项目的情况看，项目造价在4000万~8000万元之间。烧结烟气脱硫的运行费用也很高。以山东某钢厂90m2烧结机石灰石-石膏法脱硫为例，年运行费用为490万元左右。巨大的资金需求是多年来烧结烟气脱硫不能有效开展的重要因素之一。
由于历史原因，我国很大一部分烧结机建设年代较早，设计和建设时都没有预留烧结烟气脱硫项目的建设场地，造成现在既使想建脱硫装置也无场地可建的局面。石灰石-石膏法脱硫技术是目前烧结脱硫中最成熟的技术，在日本应用十分广泛。这是因为日本缺少天然石膏，烧结脱硫副产物石膏在日本可以得到很好的利用。而我国有大量廉价天然石膏，脱硫石膏因品质差而未得到利用，电厂脱硫石膏被直接抛弃，造成固体废弃物的二次污染。因此，如何改进脱硫技术，提高脱硫石膏的品质加以利用是摆在烧结烟气脱硫工作者面前的大课题。其它的氨法、干法也存在脱硫副产物利用方面的问题。
随着国家环保政策的逐步落实，“十二五”期间将有更多钢铁企业开始实施烧结烟气脱硫项目，因此，开发适合我国国情、投资少的烧结烟气脱硫技术是推进烧结烟气脱硫工作最迫切需要解决的问题。
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