加快实施烧结烟气脱硫 促进区域环境改善

能源环保

加快实施烧结烟气脱硫 促进区域环境改善

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加快实施烧结烟气脱硫，促进区域环境改善        冶金工业规划研究院院长 单尚华        冶金工业规划研究 高级工程师 李春风   进入二十一世纪以来，我国正以历史上最脆弱的生态环境承载着世界上最多的人口，承载着历史上最空前的资源消耗和经济活动，面临着历史上最为突出的生态环境挑战。人口与资源、经济发展与生态环境之间的矛盾已成为中国现代化发展的最大制约因素。钢铁工业要保持可持续发展，就必须减少对环境的污染。而减少SO2的排放则是钢铁工业减少对环境污染的关键环节之一，其中，减少烧结工序SO2排放则是其重点。因为钢铁工业产生SO2的污染源主要为烧结工序，其排放的SO2（在不包括自备电厂排放的SO2的情况下）约占总量的90%。因此，加快实施烧结烟气脱硫，减排SO2，是钢铁工业环境治理急需解决的重要问题。   一、加大环境保护力度，要求钢铁工业减排SO2 1、减排SO2是我国“十一五”期间环境保护的重点 在“十五”期间，据中国环境监测总站发布的数据，虽然有71%的公众认为自己所在城市的环境状况有了不同程度的好转，但是中国环境依然有六大“顽疾”，严重影响人们的生活质量。酸雨污染，SO2排放量居高不下就是六大“顽疾”之一。 2005年在全国开展酸雨监测的696个城市中，357个城市出现酸雨，占51.3%，酸雨污染严重。 2005年我国二氧化硫排放总量为2549万吨，超过“十五”规划总量控制目标（1800万吨）749万吨。没有实现“十五”规划要求的二氧化硫减排10%的目标。 “十一五”期间，减排SO2成为我国环境保护的重点，把SO2、化学需氧量减排10%作为“十一五”规划的约束指标。因此，减排SO2就必然是各工业企业治理环境污染，加强环境保护的重点。 2、钢铁行业“十五”期间SO2外排总量有所增加 钢铁行业是一个材料与能源高度密集型的行业，既是原料消耗大户，又是能耗大户、污染大户，近一半以上的物料投入以废气、固体废弃物或副产品的形式产出。“十五”期间，钢铁行业在减排SO2方面作了大量的工作，如使用低S煤，对焦炉煤气进行脱硫，加大回收高炉煤气和转炉煤气的力度，采取燃气—蒸汽联合循环发电机组，实现能源阶梯式利用，提高副产煤气的利用效率，不但使钢铁行业的能耗大大降低，而且从源头控制或减少了SO2的产生。因而使钢铁行业在2000年到2004年间，在钢产量增加118%的情况下，外排SO2总量只增加了2.4%，烧结工序外排SO2量只增加20%。由于钢铁生产总量快速增长，造成SO2排放总量也相应有所增加。 近几年钢铁行业外排大气污染物的情况和烧结工序外排SO2情况见表一、表二。 表1   外排大气污染情况 年份 钢产量 (104t) 外排大气污染物名称 SO2 烟（粉）尘 （t） kg/t.钢 (t) kg/t.钢 2000 12850 650387.88 5.06 791834.3 6.16 2001 15163 601778.42 3.97 644954.33 4.25 2002 18237 616736.91 3.38 627602.28 3.44 2003 22234 616053.09 2.77 579994.78 2.61 2004 28282 666090.8 2.36 570202.78 2.02 注：表中SO2数据含电厂排SO2。 表2    近几年烧结工序外排SO2情况 年份 烧结矿产量 （104t） 外排SO2 总量（t） kg/t烧结矿 2000 15066.94 316286 2.1 2001 18675.99 236743.75 1.27 2002 21767.13 334475.65 1.54 2003 27231.47 319273.4 1.17 2004 32850.29 380711.64 1.16 “十五”期间钢铁行业外排SO2总量仍在增加，主要来源于烧结工序。2000年至2004年间，烧结工序所排SO2占钢铁行业所排SO2总量的比例分别为：49%、39%、54%、57%。所占比例呈逐年递增趋势，这是因为钢铁行业用煤发电的比例在减少。 据预测，“十一五”期间钢铁产能还会适度发展，到2010年钢产量将达到5.0亿吨以上，铁产量达4.8亿吨。按照我国使用烧结矿、块矿、球团矿的比例进行测算，预计烧结矿将需要6.12亿吨。如果以2004年吨烧结矿排放SO2的标准进行测算（使用进口矿与国产矿比例维持在2004年水平），在不采取新的脱硫措施情况下，烧结工序排放SO2将达到709920吨，比2004年增加86.5%。“十一五”规划关于SO2减排10%的环境目标，根本无法实现，因此烧结工序的脱硫将成为环境治理最重要的任务。 二、钢铁行业减排SO2潜力巨大 1、与国外钢铁行业外排SO2 相比差距较大 国外钢铁行业吨钢外排SO2比我国钢铁行业吨钢外排SO2少得多，详见表三。 表3   国内外吨钢排放SO2水平比较 序号 国籍 吨钢外排SO2kg 备注 1 日本 0.6 2 芬兰 1.6 3 美国 1.48 4 英国 1.946 5 法国 1.65 6 5国平均 1.45 7 中国平均 2.36 通过部分企业进行比较，差距也很大。详见表四。 表4     中外部分企业2004年吨钢外排SO2比较 序号 企业名称 吨钢外排SO2kg 备注 1 Arcelor 1.17 2 PoSCO(浦项) 0.93 3 宝钢 2.04 烧结工序0.42 4 攀钢 12.6 烧结工序11.68 5 包钢 7.65 烧结工序6.49 6 武钢 3.28 烧结工序2.34 7 马钢 3.71 烧结工序2.4 8 邯钢 3.66 烧结工序3.0 2、烧结烟气脱硫潜力大 从钢铁生产的工艺流程分析，钢铁生产过程产生的SO2主要来源于烧结工序。烧结工序外排SO2所占比例在65%~93%之间。 国外在上世纪七十年代就开始了对烧结烟气进行脱硫。以日本为例，日本钢铁工业主要的烧结排烟脱硫装置的设置情况如表五。 表5   日本钢铁工业主要的烧结排烟脱硫装置的设置情况 公司 事务所 烧结 工厂 脱硫方式 运转年月 处理能力 /（m3/h） 脱硫率 /% 副产物 A衬 名古屋 5 活性炭吸附干式法 1987.7 900000 ＞95 灰分无 八幡 5 Mg(OH)2 1989.8 480000 95 （排出） B社 京滨 1 氧—硫氨法 1976.10 1230000 ＞99 硫氨 C社 千叶 4 石灰—石膏法 1976.10 762000 95 石膏 水岛 2 石灰—石膏法 1976.5 750000 95 石膏 3 石灰—石膏法 1975.7 900000 95 石膏 4 石灰—石膏法 1974.11 750000 95 石膏 D社 鹿岛 3 石灰—石膏法 1976.6 2000000 95 石膏 和歌山 5 石灰—石膏法 1975.4 370000 95 石膏 小仓 3 Mg(OH1976.3)2 1985.4 320000 98 石膏 E社 神户 1 石灰—石膏法 1983.12 220000 ＞97 石膏 2 石灰—石膏法 1976.3 350000 ＞97 石膏 加古川 1 石灰—石膏法 1978.5 800000 95 石膏 但我国钢铁企业烧结机烟气有脱硫设备和脱硫措施的还很少。目前只有广钢对1台24m2烧结机采取了脱硫措施，方法是石灰—石膏法，已投入运行；石家庄钢铁厂正在实施2台50m2烧结机烟气脱硫的治理， 2006年5月份投产，采用的方法是密相干塔法；攀钢正在针对自产矿的特性，对烧结烟气进行脱硫试验，寻找合理的工艺；武钢正在酝酿对三烧结烟气进行脱硫。因此，可以说我国钢铁厂烧结烟气脱硫还只是刚刚起步。 但随着国家对环境要求越来越严格，首当其冲的是城市性钢铁企业面临着减排SO2的压力。城市性钢铁厂将会被要求对其烧结机烟气进行脱硫处理。根据我国钢铁企业的布局，绝大多数的钢铁企业都属于城市性的。如广钢、石家庄钢铁厂、武钢、南昌钢铁厂、济南钢铁厂、湘潭钢铁厂、合肥钢铁厂、杭州钢铁厂、重庆钢铁厂、宝钢、鞍钢、攀钢、武钢、马钢、唐钢、沙钢、包钢等。对烧结烟气脱硫，则可使钢铁企业外排SO2总量大大减少，从而大大减少对城市环境的污染。 三、对烧结烟气进行脱硫在技术上是可行的 钢铁企业烧结机的烟气性质与电厂的烟气性质相近，可以考虑采用类似电厂的脱硫工艺。电厂按脱硫工艺在生产中所处的部位不同可分为：燃烧前脱硫（如原煤洗选脱硫）、燃烧中脱硫（如洁净煤燃烧和炉内喷钙）、燃烧后脱硫即烟气脱硫（如海水脱硫、石灰石—石膏湿法、电子束脱硫等），其中燃烧后的烟气脱硫是目前世界上控制SO2排放主要而有效的工艺。烧结机烟气就属于燃烧后的烟气脱硫。 烟气脱硫方法很多，典型的烟气脱硫工艺有5种。 1、湿法烟气脱硫工艺（WFGD） 湿法烟气脱硫工艺以石灰或石灰石浆液与烟气中的SO2反应，脱硫产物亚硫酸钙，也可氧化为石膏回收利用。 该工艺具有脱硫剂价廉易得、脱硫效率高、对烟气和煤种的适应性能好、适于大容量机组的烟气净化等优点。但其投资及运行费用较高，系统复杂，占地面积大，而且易于腐蚀、磨损以至堵塞管路，从而降低了其运行的可靠性。 2、循环流化床烟气脱硫工艺（CFB-FGD） 循环流化床烟气脱硫工艺是20世纪80年代德国鲁奇（Lurgi）公司开发的一种新的半干法脱硫工艺。这种工艺以循环流化床原理为基础，通过吸收剂的多次再循环，延长吸收剂与烟气的接触时间，大大提高了吸收剂的利用率。具有干法脱硫工艺流程简单、占地少、投资小以及副产品可以综合利用等优点。在钙硫比为1.1～1.2的情况下脱硫率可达到90%左右。此外，循环流化床烟气脱硫工艺还可有效控制氮氧化物的生成。 但是该工艺也存在着不足之处，烟气量的不稳定变化会影响到吸收剂的流化状态不稳定，导致脱硫效果易随烟气量的变化受影响，而且还会出现堵塞现象。 3、电子束照射烟气脱硫工艺 电子束照射法是利用放电技术通过电子加速器提供高能的电子射线对烟气中SO2进行脱硫的方法。该技术首先是日本荏原制作所于1970年开始试验，1972年又与日本原子能研究所合作，确立了该技术作为连续处理的基础，并进行了一系列化的中小规模的试验。 工艺过程：烟气经除尘后用水喷雾冷却到70℃左右，并加入适量的氨通过电子射线的激发辐射，使烟气中SO2和NOx急速氧化合成硫酸和硝酸，再和氨反应生成粉末状的硫铵和硝铵（如果用石灰作为吸收剂则生成亚硫酸钙和硫酸钙），由其后的过滤装置回收作为肥料，清洁的烟气经烟囱排放。 脱硫脱硝的反应机理：由电子加速器形成的大量高能电子，在反应器内与烟气中的主要成分N2、O2、H2O分子冲撞，反应生成氧化能力强的OH、O、H2O等活性游离基；活性游离基氧化烟气中的SO2和NOx，生成硫酸和硝酸；再与预加入烟气中的氨反应，生成细粒的硫酸铵和硝酸铵。 工艺特点： 优点：①能够同时脱硫脱硝；②能够生成硫铵和硝铵副产品作化肥用，没有废弃物。 缺点：①系统的安全性问题，原料氨存在泄漏的危险；而且要有严格庞大的放射线防护设施，电子线照射产生的臭氧对装置有腐蚀，对周围环境有害；②运行成本较高，原料氨价格昂贵，耗电量大，核心部件电子加速器等需进口，且电子枪灯丝使用寿命短（2年左右），正常运行时，窗箔每年更换一次，价格昂贵，难以满足工业化应用的基本要求；③脱硫产物的有效捕集以及利用问题，由于硫铵及硝铵的吸湿特性和微小粒径，增加了布袋除尘器的捕集难度，若使用电除尘器需对电除尘器进行改造，而且脱硫副产品的具体使用，尚待有关农业部门的鉴定和认可；④脱硫后烟气的排放问题，处理后烟气中是否还存在排放微量氨、硫酸和一氧化二氮（N2O）的可能性，有待进一步确认，而且处理后的烟气温度可能降至露点以下，容易造成风机及烟道的带水问题，需增加烟气换热器。 4、NID脱硫工艺 NID脱硫工艺是瑞典ABB公司在半干法系统上创新发展而成。NID工艺原理是利用石灰（CaO）干反应剂或干的熟石灰[Ca（OH）2]吸收烟气中的SO2。把电除尘器或布袋除尘器捕集下来的具有一定碱性的飞灰与含[Ca（OH）2]的脱硫剂，充分混合、增湿，然后作为吸收剂注入除尘器入口烟道，使之均匀地分布在热态烟气中。此时，吸收剂得到干燥，烟气得到冷却、增湿，烟气中的SO2在随后的烟道和除尘器中被吸收，最终生成CaSO3和CaSO4。被除尘器捕集下来的含硫产物和未反应的吸收剂飞灰，再部分注入混合增湿装置，并补充吸收剂后进行再循环，达到吸收剂利用率的目的。 该技术的缺点是：①含钙循环灰是靠流化风为动力，借助烟道和负压的引力进入直烟道反应器，存在着结垢、堵塞的问题；②没有主反应器，脱硫剂与烟气是在烟道中作用的，故作用时间受限制，影响脱硫效率与脱硫剂的利用率。 5、密相干塔处理工艺 密相干塔烟气脱硫技术是由北京科技大学环境工程中心和德国福汉燃烧技术股份有限公司针对中国国情开发的一种先进技术，具有脱硫效率高、投资运行费用低、可靠性高、能耗低、维护量小、占地面积小、系统使用寿命长等优点。主要用于各种火电厂锅炉、工业锅炉以及工业窑炉排放烟气的脱硫净化处理。 到目前为止，在德国等一些欧洲国家和地区，已有20多家不同规模的电厂锅炉和工业锅炉应用了密相干塔烟气脱硫技术，其独特的技术优势保证了较高的脱硫效率和良好的信誉。 密相干塔烟气脱硫的主要原理是利用干的熟石灰[Ca(OH)2]以及密相干塔下部及后部工艺设备布袋除尘器下收集的大量循环灰一起进入加湿器内进行均化，使混合灰的水分含量保持在3%到5%之间，加湿后的大量循环灰由密相干塔上部的布料器进入塔内，含水分的循环灰有极好的反应活性，与塔上部进入的烟气发生反应。塔中设有的搅拌器，增强了搅拌、破碎作用（即流化、传质），脱硫剂不断循环，使脱硫效率可达90%以上。最终脱硫产物由灰仓排出循环系统，通过输送装置送入废料仓。 整个工艺流程包括SO2的吸收和吸收剂的循环利用两个过程： （1）SO2的吸收：烟气由密相干塔上部入口进入塔内，在塔内与吸收剂进行反应，反应后的烟气由塔下部烟道出口排出，经布袋除尘器除尘后排放至大气中。 （2）吸收剂的循环利用：密相干塔内落下的反应产物、布袋除尘器收集的循环灰一起由提升机提升到塔上部布料器内，并且新吸收剂由气力输送装置送到塔上部布料器内，再次进入密相干塔进行脱硫反应。 该技术的主要特点有： （1）脱硫剂用量少而且利用率高，循环过程中脱硫剂颗粒在搅拌器的机械力作用下，不断裸露出新表面，使脱硫反应不断充分地进行，SO2脱除效率高达99%，同时可以去除HF等； （2）耗水量低，脱硫剂通过加湿提高其活性所有的水量少，通常循环脱硫剂的含湿量为3%～5%； （3）反应塔内的搅拌器强化了均质过程，延长了脱硫反应的时间，保证了系统的运行质量； （4）系统对不同SO2浓度的烟气及负荷变化的适应能力极强，这是该技术的最显著优点； （5）脱硫剂在整个脱硫过程中都处于干燥状态，操作温度高于露点，没有腐蚀或冷凝现象，无废水产生； （6）密相干塔用普通钢材制作，而且无需合金、涂料和橡胶衬里等特殊防腐措施； （7）烟气无需再加热即可排放； 据第四届中国国际钢铁大会资料，西门子集团新开发了MEROS——烧结烟气干式净化工艺，建了试验厂，展示设备预计运行到2007年10月，现已有一系列运行结果。经过这一装置处理后的烧结烟气，其烟囱出口烟气的含尘浓度小于5mg/m3，重金属去除量超过95%，二噁英/呋喃去除率达98%，达到世界先进排放水平。酸性气体，像HCl或HF去除率超过90%，并且有机荷载（VOC）的可冷凝部分几乎是定量去除。添加不同的添加剂，可获得不同的脱硫效果：加消石灰脱硫率达到80%；加碳酸氨钠脱硫率大于90%。 MEROS是一种高效干式气体净化工艺，它由逆流喷射添加剂（烟道气流单元）、气体调节反应器、粉尘循环系统、脉冲织物过滤器、增加风机及清洁气体监控和烟囱组成。在MEROS工艺中，吸附剂均匀、高速并逆流喷射到烧结废气流中。其后是冷却，并使用安装在专门设计的调节反应器中的高效双流（水/压缩空气）喷嘴加湿烧结废气。气体被均匀冷却，这加速了化学反应，特别适合去除SO2。在调节反应器底部去除少量的分离物。在离开调节反应器之后，含尘废气气流通过脉冲袋滤器，去除气流中的所有烟气颗粒。为了提高气体净化效率和显著降低添加剂费用，滤袋除尘器中的大多数分离粉尘循环到调节反应器之后的气流中。其中部分粉尘离开系统，并且输送到中间存储筒仓。袋滤器系统借助于增压风机排出的气体应认真进行监控，以保证在通过烟囱排放前，在任何时候都保持规定的排放值。 喷入添加剂有两个目的。第一是去除重金属，PCDD/F（二噁英/呋喃）和其它有毒有机化合物VOC（挥发性有机化合物）。物理吸附机理负责还原。吸附是以碳/焦炭颗粒的多孔通路中的化学反应支持的。例如气流中的SO2部分转换成硫酸，其与气体中的金属气体化合物产生反应（Hg→HgSO4）。此反应提高了重金属分离效率。因此工艺专门配置的焦炭或活性碳分别注入到气流中。上述成分进入吸附剂的高度多孔结构中并且不可逆地固定在此。第二个目的是通过注入专门脱硫粉剂对废气进行脱硫。例如消石灰或碳酸氢钠。这两种添加剂按重量计量，并借助于压缩空气输送到喷射点。这一工艺的关键技术点在添加剂和粉尘循环。 四、我国烧结烟气脱硫应注意的几个问题 随着国家对SO2限量排放的要求越来越高，城市性钢铁厂的烧结机烟气将被强制进行脱硫。目前，国内外烟气脱硫的方法有很多种，这些方法的应用主要取决于烟气的含硫率、脱硫效率、脱硫剂的供应条件及用户的地理位置、副产品的利用等因素。脱硫工艺相同但在不同的地区，其脱硫成本将不尽相同。因此，根据各钢铁企业的具体情况选择最适合的脱硫工艺及合理的设计参数是至关重要的。因为它不但影响到脱硫系统的安全可靠运行，而且也直接关系到脱硫系统的运行成本等实际问题。 脱硫工程是一个系统工程，虽仅仅是钢铁厂烧结工序中一个子系统，但关系到钢铁企业SO2排放能否满足排总量控制要求的大问题，因此如何选择适当的脱硫技术是每一个有烧结机企业值得认真研究的问题。 1、首先要选择能够安全可靠运行的脱硫技术 作为烧结工序的一个子系统，烧结烟气脱硫工程需要考虑加装烟气脱硫系统后，不影响烧结机的正常运行，如脱硫系统出现问题，烧结烟气仍能正常地通过除尘系统及烟囱排放。 2、选择足够的脱硫效率，满足减排SO2目标要求的工艺 所谓足够的脱硫效率，就是能够满足烟气经脱硫处理后达标外排，并且经脱硫处理后外排SO2总量满足对钢铁厂总量控制、符合清洁生产指标要求的脱硫效率。根据火电厂烟气脱硫实际研究，当脱硫率由30%增加到50%时，投资增加1倍；脱硫率增加到70%，其投资将是30%的4倍；脱硫率越高，则投资增长越大。就目前情况，1台360m2烧结机烟气脱硫设施投资大约在8000~10000万元。 3、选择投资少，运行成本低的工艺 影响烟气脱硫技术在我国应用的主要障碍之一就是脱硫成本问题。我国烟气脱硫起步比较晚，技术发展还不成熟；全部引进国外先进的脱硫技术以及国外先进的脱硫设备，投资大，运行成本高，给企业带来较重的经济负担。以我国火电脱硫的情况看，火电脱硫经历了由绝大部分引进国外脱硫技术和设备发展到绝大部分技术及设备国产化的过程，因此，其投资也发生了很大的变化。2000年前，大多为进口设备，单位投资高达800-1300元/千瓦，而2005年单位投资为150-250元/千瓦左右。由于烧结烟气SO2的特性与火电烟气SO2特性类似，因此，我国烧结脱硫要在利用我国已有的脱硫技术和设备的基础之上，选择有针对性的方法，力争投资少，运行成本低。同时，根据烧结机烟气SO2是在变化的特点，头部和尾部烟气含SO2浓度低，中部烟气SO2浓度高。在满足SO2排放总量控制的要求下，为了减少脱硫装置的规模，还可只将含SO2浓度高的烧结烟气引入脱硫装置。 （4）采取循环经济的运行模式，选择副产品能高效利用的工艺 脱硫工艺的选择受很多因素的制约，脱硫工程是一个系统工程。其中所选工艺产生的副产品就是一个应该考虑的因数。比如，在日本和德国，他们采用较多的是湿法的石灰石—石膏法烟气脱硫技术。他们之所以采用这种脱硫工艺，是因为日本天然资源相当匮乏，大量的石膏资源需要进口，成本相对较高。他们通过处理烟气中的二氧化硫来制造石膏满足对石膏资源的需要。因此，他们在脱硫系统中石膏制备系统相对比较完善。而我国、美国有充足的、品质优良的天然石膏资源，价格相对较低。脱硫系统产生的副产物制备的石膏成本往往偏高，品质较差，其利用价值无法跟天然石膏相比。目前国内火电所采用石灰—石膏湿法的脱硫工艺对脱硫副产物大都经过简单处理后，直接抛弃，造成了二次污染。因此，钢铁厂烧结烟气脱硫必须考虑钢铁厂所在地理位置、钢铁厂内部有少量焦化氨水的实际情况，选择脱硫工艺，在满足减排SO2总量及达标的条件下，充分考虑副产品的利用问题，实现循环经济运行模式，使企业在治理环境的同时，减少企业的经济负担。

dlmshuali

写得非常完整,对冶金行业了解非常透彻,看了后很有启发!谢谢!

能源环保

是一篇不错的文章，可好像没什么人看阿。呵呵

jiuyu8121

感谢楼主！是一篇不错的文章，对烧结烟气脱硫的基本将情况有了一个了解。不知道有没有成功实例的一些钢铁企业的采用脱硫工艺的一些数据：比如脱硫效率，投资费用等等。