烧结烟气脱硫工艺研究

丁立伟 牟慧芹

（日照市环境监测站日照市机电工程学校山东日照276826）

0 引言

钢铁行业是国家的支柱产业,又是高能耗、高排放的行业。其二氧化硫排放量占工业排放总量的8%以上,仅次于火电行业,并仍在逐年增加。烧结工艺过程排放的二氧化硫量约占钢铁企业生产系统的60%,控制烧结机生产过程二氧化硫的排放,是钢铁企业节能减排的头等大事，也是制约其发展的重要因素之一。

1 烧结烟气特点

我国钢铁行业烧结烟气成分复杂，波动性较大，具有以下特点：一是烟气量大；二是二氧化硫浓度变化大；三是温度变化大；四是流量变化大；五是水分含量大且不稳定；六是含氧量高；七是含有多种污染成分，除含有二氧化硫、粉尘外，还含有重金属、二恶英类、氮氧化物等。这些特点都在一定程度上增加了钢铁烧结烟气二氧化硫治理的难度。同时，我国烧结脱硫技术处于起步阶段，缺少成熟可靠、运行稳定且适合我国国情的烧结脱硫工艺。

2 国内各钢铁企业烧结烟气脱硫情况

2.1 密相塔烟气脱硫方法

密相塔烟气脱硫方法在国内的应用主要有石家庄钢铁有限公司2×85m2烧结机，昆钢320m2和130m2烧结机，唐钢320m2烧结机，首钢360m2烧结机。密相塔烟气脱硫工艺属于石灰石半干法的一种，需要处理的烟气经原有除尘后被送入脱硫塔的上部，与经过加湿后的脱硫剂石灰一起从脱硫塔的顶端向下流动，在运动过程中石灰与水、SO2进行系列反应，同时用专门设计的搅拌器实现良好的反应条件，反应后的物料沉积在脱硫塔和除尘器底部的物料集灰斗内，大部分脱硫灰通过机械输送到脱硫塔顶端加湿，然后继续参加循环，少部分从除尘器底部的集灰斗排出作为脱硫副产物。净化后的烟气再返回主抽烟机后的烟道内，从烟囱外排。

密相塔烟气脱硫工艺流程简单，设备少，容易操作。该技术的主要特点有：（1）耗水量低，脱硫剂通过加湿提高其活性所用的水量少，通常循环脱硫剂的含湿量为3%～5%；（2）因脱硫剂是浓相，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；（3）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；（4）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；（5）该技术取消换热器，烟气无需再加热即可排放；（6）安全可靠、投资运行费用低、占地面积小等。

缺点：（1）脱硫剂用量大而且利用率不高，脱硫副产物中含有未反应完全的CaO(含量8%-10%)。（2）脱硫副产物成份复杂，主要成分为CaSO4和CaSO3，同时伴随有未反应的CaO，该脱硫副产物无很好的处理方法，易产生二次污染。

2.2 氧化镁-硫酸镁湿法

氧化镁-硫酸镁湿法在国内的主要应用有唐山国丰钢铁有限公司132m2烧结机和河北敬业集团2×105m2烧结机。粉状的轻烧氧化镁经过熟化后注入脱硫塔内，高温烟气在脱硫塔入口段通过急冷喷淋使烟气温度降低，烟气在上升的过程中与喷淋下来的浆液接触，其中的二氧化硫不断被脱硫剂吸收，生成亚硫酸镁和硫酸镁。烟气中携带的雾滴通过脱硫塔上部的除雾器去除，烟气通过湿烟囱排放到大气中。含有大量亚硫酸镁和硫酸镁的脱硫塔浆液通过排出泵提升到水力旋流器，浓缩后的浆液自流到氧化曝气池中，亚硫酸镁在一定的温度下氧化成硫酸镁，形成硫酸镁过饱和溶液。在氧化结晶池中，通过热交换降低硫酸镁饱和溶液的温度，硫酸镁结晶析出，部分未被氧化的亚硫酸镁进一步氧化。硫酸镁结晶体脱水和干燥后包装成品。

湿法镁法脱硫工艺相对比较简单，设备占地很小，施工时间短，安装时间也非常快。主要特点：（1）脱硫剂活性强，脱硫效率可以达到95%以上，并且氧化镁法脱硫工艺对脱硫剂的质量要求没有石灰石/石膏法高，液气比相对石灰石可减少2/3；（2）在吸收塔里不会发生结垢问题，维修方便；（3）我国镁资源丰富，目前已探明的氧化镁储藏量约为160亿吨,占全世界的80%左右。主要分布在辽宁、山东、四川、河北等省；（4）工艺系统简单，占地面积较小，投资费用与石灰石/石膏法相比可降低20%左右；（5）硫酸镁的溶解度较高，脱硫塔内是溶液水循环，不产生沉渣，不易结垢，同时镁基PH值控制在6.0～6.5之间，比钙基要高，由此，设备的腐蚀问题得到了一定程度的缓解，工艺运行的安全性和可靠性也得到了一定提高。

缺点：（1）85%轻烧氧化镁市场价格约为380元/吨，高于石灰石。（2）氧化镁产地主要分布于辽东半岛和山东半岛，所以其供应情况应予以考虑。

2.3 石灰石-石膏湿法

石灰石-石膏湿法在国内的主要应用有日钢2×360m2烧结机，石横特钢180m2烧结机，鲁丽钢铁180m2烧结机，淄博宏达钢铁有限公司265m2烧结机等。石灰石（石灰）—石膏法脱硫是目前世界上应用最广泛的一种脱硫工艺，该工艺采用石灰石或石灰作脱硫吸收剂，吸收剂与水混合搅拌制成吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应，SO2被脱除，最终反应产物为石膏。脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收。处理后的烟经气气加热器（GGH）加热升温后排入烟囱，或者通过湿烟囱直接排放。

石灰石－石膏法脱硫工艺特点：（1）技术成熟可靠，该工艺在世界各地都有非常多的应用业绩。（2）在我国石灰石或石灰的储量十分可观，吸收剂来源丰富，价格便宜易得到。（3）属湿法脱硫技术，湿法脱硫剂最显著的特点就是脱硫效率高，采用石灰石（石灰）－石膏法对脱硫效率有充分的保证。（4）系统能够适应烟气负荷的变化，尤其对于烧结烟气工况变化大的特点，有很强的适应性，对于烟气流量、SO2浓度、烟温等变化都能通过系统的自动调节而适应工况条件，同时保证脱硫效率。（5）工艺技术成熟，装置运行可靠性高。

缺点：占地面积大，系统水耗比较大，同时有废水的产生，而且废水处理难度较大。

2.4 氨-硫酸铵湿法工艺

氨-硫酸铵湿法在国内的主要应用有南钢360m2烧结机，日钢2×180 m2烧结机，该工艺是以氨水为脱硫剂，烟气经过吸收塔，其中的SO2被吸收剂吸收，生成亚硫酸铵与硫酸氢铵，再经过浓缩，结晶，干燥生产出硫酸铵化肥。主要由液氨稀释系统、氨水储运系统、烟气系统、循环吸收系统、氧化系统、浓缩系统、排空系统、硫铵结晶干燥系统、工艺水系统、杂用和仪用压缩空气系统、制氨系统等组成。从目前的运行情况来看，系统运行正常，脱硫效率在90%左右。存在的主要问题是运行费用较高，外购液氨2700元/吨，销售副产品硫酸铵490元/吨，日产量40余吨，扣除副产品利润，仅脱硫剂消耗一项月运行费用就近50万元。综合水、电、蒸汽、运行承包费、折旧费等，运行费用高这一问题就显的更为突出。

2.5 MEROS（即最大限度减少烧结排放）工艺

项目位于马鞍山钢铁公司300m2烧结机，该工艺是西门子奥钢联公司开发的一种适合烧结机烟气治理的高效净化减排技术，具有布置灵活、净化效率高、技术稳定可靠等特点。MEROS脱硫是一种用脉动喷气式过滤器从化合物中通过半干法脱硫的先进技术。从近一年的运行情况来看，脱硫效率在80%左右。存在的主要难题是脱硫废渣的处置，因其成分复杂，含有氧化钙、氢氧化钙、硫酸钙、亚硫酸钙等，造成了处置困难，目前马钢将废渣免费提供给附近的水泥厂使用，无任何经济效益，没有长期稳定的处置方式。

3 投资成本与运行成本比较

3.1 投资成本分析

湿法烟气脱硫技术，如石灰-石膏法和氨-硫酸铵法，由于工艺较复杂，投资较大；半干法烟气脱硫技术，如密相塔法和循环流化床法，由于取消了湿法脱硫工艺中的制浆、增稠和脱水等设备，工艺比较简单，投资较少。

3.2 运行成本分析

投资成本是一次性的，而运行成本是长期的。考虑这两个因素时，要把运行成本放在第一位。运行成本主要与脱硫剂和副产物有关。①脱硫剂的用量和价格与运行成本的高低有很大关系。石灰-石膏法、密相塔法、循环流化床法等使用的脱硫剂为石灰或者石灰石，氨-硫酸铵法使用的脱硫剂为氨水（焦化氨水或者液氨）。对于使用石灰或者石灰石作为脱硫剂的脱硫系统，钙硫比是影响系统脱硫效率和经济运行的重要参数，它是指加入系统的新脱硫剂中钙的摩尔数与烟气中被脱除的硫的摩尔数的比值。我国石灰石资源丰富，除上海、香港、澳门外，在各省区均有分布。氨-硫酸铵法的脱硫剂可以使用焦化氨水，做到“以废制废”，但首先要求企业要有焦化厂，而且焦化厂的氨水产量与烧结脱硫所需基本平衡。②按照循环经济的原则，脱硫副产物的价值高低、能否利用已经成为影响脱硫技术推广应用的关键因素。石灰-石膏法是目前烧结烟气脱硫最成熟的技术，副产物为纯度90%以上的石膏。我国存在大量廉价天然石膏，除浙江、福建、黑龙江3省外，所有地区都有非常丰富的天然石膏资源，因此，脱硫石膏的利用受到影响。然而氨-硫酸铵法的脱硫副产物可回收，硫酸铵化肥纯度可达96%以上。

4 结论

石灰石（石灰）—石膏法脱硫是目前世界上应用最广泛的一种脱硫工艺，日钢6#7#、8#9#、12#13#烧结机脱硫均采用该工艺，项目由日钢与山东国舜采用BOO模式合作。该项目很好地解决了脱硫石膏利用问题，不论是BOO模式的运作还是脱硫石膏的利用都为同行业兄弟单位提供很好的参考。

[1]章敬泉.《烧结烟气脱硫技术综述》.“十一五”烟气脱硫脱氮技术创新与发展交流会(2007)

[2]党玉华、齐渊洪、王海风.《烧结烟气脱硫技术》.钢铁研究学报.2010年5月第22卷第5期

[3]王新建.《我国目前烧结烟气脱硫工艺的优缺点》.金属材料与冶金工程.2012年01期

[4]王青、许艳梅.《钢铁行业烧结烟气脱硫现状及发展》.冶金设备.2010年S1期