世界鋼鐵業(yè)燒結煙氣脫硫的多種工藝路線

陳健

燒結工序是鋼鐵冶煉的前道工序，作為高爐煉鐵的原料，燒結礦以其經濟性成為高爐煉鐵的最主要的原料來源。由于在燒結過程中鐵礦石、煤和焦粉等原料中的硫在高溫條件下氧化生成二氧化硫并通過煙氣排放至大氣環(huán)境中，造成對大氣環(huán)境的污染。

自20世紀70年代起，燒結煙氣脫硫技術開始逐漸進入工業(yè)化應用，直到今天，由于各國政府的環(huán)境政策和法律法規(guī)的差異，在世界各地已形成了具有各地域特點的燒結脫硫技術路線。 

在日本，以石灰石—石膏法和氧化鎂法為主，近年來建設的燒結煙氣脫硫設施則是以活性炭法為主。歐洲則形成了以循環(huán)流化床為主的干法與半干法脫硫技術格局。  

1 石灰石—石膏法

以石灰石漿液為脫硫劑，通過在吸收塔內與原煙氣接觸，吸收煙氣中的二氧化硫并進行化學反應，生成亞硫酸鈣。利用煙氣中所含的氧和氧化風機鼓入的氧氣，將亞硫酸鈣轉化成石膏結晶(即二水硫酸鈣)。

石灰石—石膏法脫硫系統(tǒng)主要由石灰石漿液制備系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、二氧化硫吸收氧化系統(tǒng)、副產品石膏回收系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)等組成。

石灰石—石膏脫硫法的主要特點如下：第一，石灰石—石膏濕法脫硫工藝技術成熟，脫硫效率高，運行相對穩(wěn)定，負荷適應范圍廣，系統(tǒng)可靠性高。第二，脫硫劑來源廣，成本低，也可根據(jù)鋼鐵廠的實際情況，使用石灰焙燒車間的水冼石灰石泥漿作脫硫劑，這樣既節(jié)約成本，又達到以廢治廢、減少污染物排放的目的。第三，副產物石膏可通過多種途徑得以利用，不存在將氣態(tài)污染物轉化為固態(tài)污染物的問題。第四，脫硫后的凈煙氣溫度低，含水高，加之煙氣中的三氧化硫并未脫除，因此凈煙氣的溫度一般均低于其酸露點溫度，對下游煙道和煙囪的腐蝕作用明顯。第五，由于碳酸鈣漿液和石膏漿液易結垢，故整個漿液系統(tǒng)易產生結垢堵塞現(xiàn)象，直接影響系統(tǒng)的正常運行。第六，廢水成分復雜，處理困難。  

2 循環(huán)流化床法

循環(huán)流化床法采用氧化鈣粉作為脫硫劑，經消化處理成氫氧化鈣后送入脫硫裝置，與原煙氣接觸，吸收煙氣中的二氧化硫和其他酸性氣體并與之反應，生成亞硫酸鈣和硫酸鈣。

循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)主要由脫硫劑運輸儲存消化系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、吸收除塵系統(tǒng)、脫硫劑物料循環(huán)系統(tǒng)、出灰和外運系統(tǒng)等組成。

循環(huán)流化床脫硫法的主要特點如下：第一，脫硫工藝、系統(tǒng)比較簡單，具有較高的脫硫效率，同時對小顆粒粉塵具有很高的除塵效率。第二，由于脫硫劑與脫硫后副產品均為干態(tài)，無污水產生，無須設置龐大的污水處理設施，可有效減少投資和占地面積。第三，由于稅硫設施在脫除二氧化硫的同時，也脫除了三氧化硫，使煙氣的酸露點溫度下降，加之經脫硫后的凈化煙氣溫度比濕法高，對脫硫設備下游的除塵器、煙道、煙囪等不存在嚴重的腐蝕問題。第四，由于脫硫副產物以亞硫酸鈣為主，其特性不穩(wěn)定，使得它的綜合利用途徑收到較大的限制，目前主要以堆置和填井方式處理。第五，硫化床的形成必須以一定的煙氣流速來保證，過低的煙氣流速會使流化床產生塌床，因此其對煙氣量波動幅度的要求較高。

3 氧化鎂法

氧化鎂法以氧化鎂為脫硫劑。在吸收塔內，進入的原煙氣與塔內由氧化鎂溶解產生的氫氧化鎂漿液接觸，煙氣中的二氧化硫被吸收，生成亞硫酸鎂，亞硫酸鎂被進一步氧化成硫酸鎂。

氧化鎂脫硫系統(tǒng)主要由氫氧化鎂漿液制備系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、二氧化硫吸收氧化系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)等組成。

氧化鎂脫硫法的主要特點如下：第一，雖然同為濕式脫硫法，但與石灰石—石膏脫硫法相比，氧化鎂脫硫系統(tǒng)更為簡單，設備少，投資省，而且對不同二氧化硫濃度的煙氣均有較高的脫硫效率。第二，脫硫系統(tǒng)不存在結垢問題。氫氧化鎂吸收劑漿液與二氧化硫反應生成硫酸鎂，硫酸鎂溶解于水中，因此不存在結垢與堵塞的問題。第三，廢水量大。廢水的處理方法有制硫酸、制七水硫酸鎂或拋棄等。在日本沿海鋼廠，由于考慮到廢水中的硫酸鎂含量與海水接近，為節(jié)約建設與運行成本，一般均將廢水排入大海。

4 氨—硫胺法

氨—硫胺脫硫法即以氨水為脫硫劑對含硫煙氣進行洗滌，吸收煙氣中的二氧化硫生成硫酸胺，硫酸胺經化工工藝處理后成為硫胺產品。

整個脫硫系統(tǒng)由吸收劑配制添加系統(tǒng)、濃縮冷卻吸收系統(tǒng)、硫胺生產系統(tǒng)等組成。在濃縮冷卻吸收系統(tǒng)中實現(xiàn)除塵降溫、預洗滌、脫硫、吸收液濃縮、亞硫酸胺氧化、氧氣除霧等功能。

氨—硫胺脫硫法的主要特點如下：第一，采用液氨或氨水作吸收劑，反應活性高，脫硫效率高，不易發(fā)生結垢。第二，副產品硫胺可作浮選劑或化肥(但可能存在食品安全問題)，不產生廢水，不存在污染物相態(tài)轉移問題。第三，與石灰石—石膏法相比，氨—硫胺法系統(tǒng)的結垢和堵塞問題不明顯，但腐蝕問題相對嚴重。由于煙氣中仍殘留部分的氨和胺鹽，使?jié)穹�脫硫無法避免地排放蒸汽而形成的煙囪雨具有較強的腐蝕性，周圍設備銹蝕嚴重。此外，脫硫系統(tǒng)產生的渣泥在回用過程中會存在氨水味過重、污染環(huán)境的問題。

5 脫硫副產物的綜合利用

脫硫副產物得到合理的綜合利用是防止在脫硫過程中污染物產生物相轉移的最好方法。由于脫硫技術路線的不同，脫硫過程所產生的副產物也不盡相同。

石灰石—石膏脫硫法所產生的副產物以石膏(即二水硫酸鈣)為主，其綜合利用的途徑相對較寬，如建材石膏制品、水泥緩凝劑等。近年來，隨著火電廠脫硫工程的大批建成投運，脫硫石膏的產生量猛增，在部分地區(qū)已經超過了需求量，造成了堆置，亟待尋找新的出路。

循環(huán)流化床脫硫法所產生的副產物以亞硫酸鈣為主，其特性不穩(wěn)定，因此在使用上受到較大的限制，目前主要以回填開采過的礦井為主，也有用于水泥和制作磚制品，或用作路基材料等，但用量很小。填井利用對于遠離礦井的大城市來說可行性不大，因此該脫硫副產物若得不到持續(xù)穩(wěn)定大量的利用，將直接限制循環(huán)流化床脫硫法的推廣應用。

氧化鎂法和氨—硫胺法的主要脫硫產物為液體的硫酸胺和硫酸鎂，可作產品或經簡單處理后排放，只有少量的固體廢棄物產生。

近年來在日本、韓國應用日益增多的活性炭法，雖然在脫硫的同時可同步脫除二噁英和重金屬等污染物，解決大氣污染問題，但隨著物相的轉移，其作為吸附劑的活性炭中將積聚較多的二噁英和重金屬。根據(jù)危險廢棄物分類名錄，含有二噁英、重金屬的固體廢棄物將被作為危險廢棄物處置。由于所產生的脫硫渣數(shù)量不小，其處置的難度和成本將很大，因此合理利用活性炭技術以減少危險固廢的產生量將是該法得以推廣的重要前提之一。

循環(huán)流化床法若輔之以噴入活性炭或焦粉以達到脫除二噁英和重金屬的目的的話，也將面臨活性炭法同樣的危廢難題，如將脫二噁英的處理工序與脫硫處理工序分開，可以大幅減少危廢產生量。鑒于脫硫副產物的合理利用與處置是煙氣脫硫得以順利開展的前提之一，因此，政府有關部門和科研院所、高校等應攜起手來，共同探索、研究燒結脫硫的副產物利用。

結 語

       目前世界燒結煙氣脫硫所采用的技術路線各不相同，并沒有形成一種燒結煙氣二氧化硫的同時不產生其他的環(huán)境和設備問題，每一種燒結脫硫技術都或多或少地存在著它的明顯的缺陷和不足。因此，在技術路線的選擇上主要還得根據(jù)自身煙氣的特點和企業(yè)所追求的主要目標，在進行必要的技術經濟分析的基礎上決定脫硫的技術路線。