高炉硫平衡及用户烟气SO2达标排放可行性措施

王玉兴

（首钢京唐公司能环部，河北唐山 063000）

引言

2019年4月，生态环境部、发改委等五部委联合发布了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，要求：烧结机机头、球团焙烧、发电锅炉SO2排放浓度小时均值≤35 mg/m3，热风炉、钢轧加热炉等工序SO2排放浓度小时均值≤50 mg/m3。2021 年4 月，唐山市发布了《关于执行钢铁、火电行业大气污染物排放特别要求的通知》，从6 月1 日起烧结机机头、球团焙烧SO2排放浓度小时均值≤20 mg/m3，热风炉、钢轧加热炉SO2排放浓度小时均值≤30 mg/m3。随着环保要求的不断提高，研究降低钢铁流程各工序的烟气SO2排放意义重大，关系到企业的生死存亡。

1 高炉硫平衡

（1）入高炉的硫元素

进入高炉的硫主要来自于焦炭、喷吹煤粉、球团矿、烧结矿和生铁矿。焦炭和喷吹煤粉中的硫占进入高炉硫总量的80%左右，分为有机硫和无机硫两种形态，无机硫主要是硫酸盐；球团矿、烧结矿和生铁矿中的硫占20%左右，其中烧结矿和球团矿中的硫以FeS 和CaS 形态存在，生铁矿中的硫以FeS2、CaSO4等形态存在。

（2）高炉中硫的变化过程及去向

在炼铁反应过程中，球团矿、烧结矿和生铁矿中的硫化物分解成单质S 或SO2进入高炉煤气，CaS04等盐类与C 反应生成SO2进入高炉煤气；焦炭中的硫元素和喷吹煤粉中的硫元素在高炉中燃烧后，转化成SO2进入高炉煤气。

高温条件下，高炉煤气中的SO2与C 反应，被还原成单体S和H2S，高炉中的C被氧化成CO2，与炉料中的CaO、FeO 等反应，大部分进入炉渣和生铁，小部分进入高炉煤气中。

综上所述，进出高炉的硫元素构成及占比如图1所示。

图1 进出高炉硫平衡

（3）高炉煤气中硫含量高低的影响因素

由高炉硫平衡可知，理论上焦炭、喷吹煤粉、球团矿、烧结矿和生铁矿含的硫越多，也就是通常所说的高炉硫负荷越高，则高炉煤气、生铁和炉渣中总的硫含量也越高。因此焦炭和喷吹煤粉比例越低，进入高炉的硫越少；使用优质低硫煤，可减少进入高炉的硫含量；降低球团矿和烧结矿硫含量也可降低煤气和生铁的含硫量。

炉渣量越大，意味着炉渣带走的硫越多，则分流到煤气和生铁中的硫越低，但也意味着铁产量下降，焦比升高，生产成本升高，影响企业效益。炉渣中硫的分配系数越大，则煤气和生铁的含硫量越低。

2 达标排放措施

目前钢铁行业的高炉煤气含硫总和（折合成单质硫）约为80～200 mg/m3，其中70%为有机硫（主要是COS、CS2），30%为无机硫（H2S），为确保高炉煤气燃烧后烟气SO2含量达标，可研究采取以下措施：

2.1 采用低碳炼铁技术

炼铁技术革新，可研究绿色氢能炼铁、CO 炼铁等低碳炼铁技术。

2.2 高炉源头治理，降低高炉硫负荷

（1）降低高炉炉料中含硫的总量。可降低焦炭和喷吹煤中含硫量、降低入炉的焦比和煤比、选用含硫量低的生铁矿。

（2）提高炉内温度。高炉中硫的反应过程是吸热反应，提高炉内温度可以提高脱硫能力，但也带来高炉指标焦比和煤比的升高，铁水硅含量升高等负面影响，应结合炉况进行调整。

（3）可通过提高球团矿碱性球比例来提高炉渣碱度。

2.3 主管网前端高炉煤气净化脱硫

在高炉煤气干法除尘和高炉煤气主管网之间合适位置增加精脱硫设施，可确保热风炉、发电锅炉等高炉煤气用户达标排放。

目前高炉煤气精脱硫技术主要有微晶吸附脱硫、纳米吸附脱硫、水解催化干法脱硫、水解催化湿法脱硫等[1]。其中微晶吸附和纳米吸附可直接同时脱除有机硫和无机硫，但解析气中含硫量较高，需要妥善处理，且吸附剂容易堵塞；水解法脱硫先将有机硫转换为无机硫，再通过活性炭或喷氢氧化钠碱液脱除，会产生一定量的固废或废水，以上技术都在推广完善阶段。

各企业可结合自身高炉煤气含硫量及生产工艺进行综合评价，确定合适的精脱硫技术方案。如若选择水解催化湿法脱硫技术，可在现有喷碱脱水系统上改造，降低一次性投资及运行成本。

2.4 末端烟气脱硫

高炉煤气燃烧后烟气脱除SO2的技术已经十分成熟，目前广泛应用于电力、钢铁等行业，主要有石灰石膏法、氨法、镁法等。

高炉煤气用户多且较分散，如热风炉、球团、烧结、石灰窑等，烟气脱硫整体投资高、占地面积大，且高炉煤气燃烧过程需要混入大量空气，造成烟气处理量大、运行维护成本高。

3 结束语

通过分析高炉硫平衡可知，可采取优先源头减硫、加强过程控制、末端小范围烟气治理的措施，确保各工序的烟气SO2排放达标。各企业可结合现有工艺，在综合考虑环保排放标准、生产成本等因素基础上，因地制宜，采取适合的技术方案降低烟气SO2含量，实现环保达标排放。