雙循環(huán)流化床煙氣脫硫

雙循環(huán)流化床煙氣脫硫摘要：鋼鐵企業(yè)是造成大氣污染較為嚴(yán)重的工業(yè)企業(yè)類型之一，其中燒結(jié)工序是主要的污染源。綜述了鋼鐵企業(yè)二氧化硫污染現(xiàn)狀及主要控制技術(shù)，結(jié)合鋼鐵企業(yè)燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)，介紹了目前幾種燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)，主要介紹了雙循環(huán)流化床燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)，同時(shí)分析了這些燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞:二氧化硫，燒結(jié)煙氣，雙循環(huán)流化床煙氣脫硫引言鋼鐵行業(yè)是材料與能源高度密集型的行業(yè)，既是原料消耗大戶，又是能耗大戶、污染大戶，近一半以上的物料投入最終以廢氣、固體廢棄物或副產(chǎn)品的形式產(chǎn)出。2004年鋼鐵工業(yè)二氧化硫（SO2）排放量為113.4萬t,占全國SO2排放量的6.5%,僅次于火電行業(yè)和建材業(yè)，居第3位。從鋼鐵生產(chǎn)的工藝流程分析，鋼鐵生產(chǎn)過程產(chǎn)生的SO2主要來源于燒結(jié)工序。燒結(jié)工序外排SO2所占比例在65%?93%之間，并且所占比例呈逐年增加的趨勢?？刂茻Y(jié)機(jī)生產(chǎn)過程中SO2的排放，是鋼鐵企業(yè)SO2污染控制的重點(diǎn)，是鋼鐵企業(yè)保持可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。Berry等就21世紀(jì)鋼鐵工業(yè)五大趨勢指出，除非鋼鐵行業(yè)能夠確保環(huán)境不受污染與行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展密切結(jié)合，否則社會(huì)將限制鋼鐵工業(yè)的存在。國外已投巨資對燒結(jié)煙氣進(jìn)行治理，甚至關(guān)閉了燒結(jié)廠。由于前些年我國對燒結(jié)煙氣長期執(zhí)行較低的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)在國內(nèi)沒有得到推廣和應(yīng)用，燒結(jié)煙氣SO2排放基本上處于無治理的排放狀況，相關(guān)工藝開發(fā)和技術(shù)積累都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。因此,目前的主要任務(wù)就是借鑒國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)適應(yīng)我國國情的燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)。燒結(jié)煙氣是燒結(jié)混合料點(diǎn)火后隨臺(tái)車運(yùn)行，在高溫?zé)Y(jié)成型過程中產(chǎn)生的含塵廢氣。其主要特點(diǎn)是：排放量大，1t燒結(jié)礦大約產(chǎn)生4000?6000m3煙氣；含塵濃度高，煙塵主要以鐵及其化合物為主，還含有硅、鈣等鐵礦伴生成分；溫度較高，一般在150°C左右;含濕量大，水分含量在10%（體積比）左右；含有腐蝕性氣體，如H2S、NOX、SOX;含SO2濃度低，濃度變化很大，一般在1000?3000mg/m3。燒結(jié)煙氣SO2控制方法國外燒結(jié)煙氣SO2減排和控制措施主要有低硫原料配入法、高煙囪稀釋法和尾部燒結(jié)煙氣脫硫法三種。2?1低硫原料配入法燒結(jié)煙氣中的SO2是由燒結(jié)原料中的硫在高溫?zé)Y(jié)過程中與空氣中的氧化合生成的。因此，在確定燒結(jié)原料方案時(shí)，按規(guī)定的SO2允許排放量配比燃料，實(shí)現(xiàn)從源頭上控制燒結(jié)煙氣中SO2的排放量。但此法使原料的來源受到限制，燒結(jié)礦的成本也隨著低硫原料價(jià)格的上漲而增加。就目前國內(nèi)能源材料緊缺的狀況來看，此法難以全面推廣應(yīng)用。2?2高煙囪稀釋法一般情況下，燒結(jié)排放煙氣的主抽煙囪高度在80?120m之間，為使SO2著地時(shí)的濃度滿足環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求，常采用高煙囪稀釋排放法。此法在世界各國的冶金、火電等企業(yè)廣泛使用。如日本有230m的高煙囪，英國有260m的煙囪，美國的煙囪高達(dá)360m。由于此法經(jīng)濟(jì)、簡單易行，因此被西歐各國的燒結(jié)廠，特別是未制定排放總量限制國家的燒結(jié)廠所普遍采用。高煙囪稀釋法雖能暫時(shí)解決區(qū)域環(huán)境SO2污染，但隨之會(huì)帶來酸雨、

腐蝕等問題。目前我國實(shí)行對大氣污染物排放濃度和排放總量的雙重限制，因此，高煙囪稀釋法亦不符合我國的實(shí)際要求。2.3煙氣脫硫法尾部燒結(jié)煙氣脫硫法是各國專家普遍認(rèn)為唯一能實(shí)現(xiàn)的、有效的解決燒結(jié)煙氣脫硫的方法。煙氣脫硫方法按工藝特點(diǎn)分為濕法、半干法和干法三種，按脫硫產(chǎn)物是否回收分為拋棄法和回收法。目前世界上研發(fā)的煙氣脫硫技術(shù)有200多種，進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的只有10余種，我國也先后引進(jìn)了不同的煙氣脫硫技術(shù)用于火電廠，但用于燒結(jié)煙氣脫硫的技術(shù)卻進(jìn)展緩慢。因此，如何根據(jù)我國鋼鐵業(yè)的實(shí)際情況，開發(fā)適應(yīng)中國國情的燒結(jié)煙氣脫硫主流工藝成為當(dāng)務(wù)之急。3燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)3.1燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)現(xiàn)狀燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)的研究，日本居于世界領(lǐng)先地位，按照嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，在上世紀(jì)70年代建設(shè)的大型燒結(jié)廠，采用了燒結(jié)煙氣脫硫法，脫硫方式為濕式吸收法。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后，考慮到資源的綜合利用，燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)均向回收利用資源的方向發(fā)展。經(jīng)過長期的技術(shù)研發(fā)，具有工程實(shí)例的尾部燒結(jié)煙氣脫硫法主要包括石灰石/石膏法、鋼渣石膏法、氨硫銨法、電子束氨法、活性焦法、密相干塔法。石灰石/石膏法是用石灰石或石灰的乳濁液吸收煙氣中的S02,生成半水硫酸鈣或石膏。其技術(shù)成熟，脫硫效率高達(dá)90%,在美國、德國等國家被廣泛采用。但投資及其運(yùn)行費(fèi)用較高，系統(tǒng)復(fù)雜，占地面積大，而且易于腐蝕、磨損以至堵塞管路。鋼渣石膏法燒結(jié)煙氣脫硫原理與石灰石/石膏法基本相同，其本質(zhì)是利用鈣元素將氣相中的硫元素轉(zhuǎn)移到固相，吸收劑是利用煉鐵轉(zhuǎn)爐的廢鋼渣制成的鋼渣乳液，副產(chǎn)品是含大量雜質(zhì)的石膏。該法利用了廢渣，減少了石灰石粉的用量，從而降低了成本，但易結(jié)垢，產(chǎn)品不易利用。氨硫銨法是把燒結(jié)煙氣脫硫和焦化煤氣脫氨相結(jié)合的一種化害為利的綜合處理工藝。它以氨水作為吸收劑洗滌煙氣中的SO2,最終生成硫銨。在有焦?fàn)t的鋼鐵廠，燒結(jié)廢氣采用氨硫銨法脫硫具有經(jīng)濟(jì)效益好、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)，其不足之處是有廢水排放。電子束氨法的基本原理是：在高能量的電子束的照射下，煙氣中的各種氣體分子和水蒸氣發(fā)生輻射反應(yīng)，產(chǎn)生大量的離子自由基等活性物質(zhì)。這些活性離子與S02和NOX反應(yīng)生成硫酸和硝酸，再與先加入的氨反應(yīng)生成硫酸銨和硝酸銨。電子束氨法能同時(shí)脫硫脫硝，過程簡單，不產(chǎn)生廢水、廢渣，反應(yīng)副產(chǎn)品可作化肥，但系統(tǒng)安全性差，運(yùn)行成本咼?；钚越狗ㄊ且蕴坎牧蠟槊摿騽┑奶糠摿蚣夹g(shù)之一。此法在脫除SO2的同時(shí)，能不同程度地脫除廢氣中的HCI、HF等有害氣體，裝置占地面積較小，副產(chǎn)品經(jīng)綜合加工后可利用。但存在運(yùn)行成本高，設(shè)備龐大且造價(jià)高、腐蝕問題突出、硫資源回收處理等問題。改進(jìn)后的活性焦脫硫技術(shù)可以充分利用燒結(jié)煙氣中的SO3和高含水量，也能較好地適應(yīng)煙氣中SO2濃度的波動(dòng)，并能除去煙氣中的鐵氧化物和氯代芳香烴類危險(xiǎn)物質(zhì)。我國采用新型炭材料、新型炭床與新脫硫工藝自主研發(fā)的新型炭法，已被列為國家重大高新科技產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。

密相干塔法是利用干粉狀的鈣基脫硫劑，與密相干塔及除塵器除下的大量循環(huán)灰一起進(jìn)入加濕器內(nèi)進(jìn)行增濕消化，使混合灰的水分含量保持在3%?5%之間，加濕后的循環(huán)灰由塔上部進(jìn)料口進(jìn)入塔內(nèi)。該技術(shù)的主要特點(diǎn)是：脫硫劑用量少且利用率高，耗水量低，系統(tǒng)對SO2濃度的變化適應(yīng)性強(qiáng)，脫硫在整個(gè)脫硫過程中處于干燥狀態(tài)。但是由于脫硫過程中利用斗式提升機(jī)將吸收劑和循環(huán)物料從吸收塔頂部倒入，水分得不到充分蒸發(fā)，頂部開口漏風(fēng)率大；而且塔內(nèi)裝有多個(gè)攪拌器來增加物料的擾動(dòng)，這對裝置運(yùn)行而言也存在很大隱患。3?2內(nèi)外雙循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)由于我國大多數(shù)燒結(jié)機(jī)建設(shè)時(shí)沒有預(yù)留脫硫位置，因此這些燒結(jié)機(jī)在增加脫硫設(shè)施時(shí)會(huì)受到場地空間的制約。循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫工藝簡單，投資僅為濕法的50%?60%,運(yùn)行費(fèi)用為濕法的一半，在鈣硫比為1.2?1.3時(shí)脫硫效率可達(dá)85%以上，能滿足絕大部分中國燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫要求。循環(huán)硫化床半干法脫硫工藝的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，尤其適用于中國鋼鐵企業(yè)現(xiàn)場用地緊張的實(shí)際情況。同時(shí)該工藝無廢水產(chǎn)生，脫硫產(chǎn)物經(jīng)處理可以進(jìn)行綜合利用，不產(chǎn)生二次污染。因此，該工藝有望成為適應(yīng)中國國情的燒結(jié)煙氣脫硫主流工藝。福建三鋼閩光股份有限公司經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研論證在2號(hào)燒結(jié)機(jī)上使用了循環(huán)流化床脫硫技術(shù)。中國科學(xué)院過程工程研究所獨(dú)立開發(fā)了內(nèi)外雙循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)，并在濟(jì)南鋼鐵公司120m2燒結(jié)機(jī)上完成了中試開發(fā)，該技術(shù)正在進(jìn)一步推廣應(yīng)用。(1)工藝流程雙循環(huán)流化床煙氣脫硫裝置是一種兩級(jí)分離、內(nèi)外雙重循環(huán)的煙氣脫硫裝置。它利用循環(huán)流化床的原理，通過對吸收劑的多次再循環(huán)，增大吸收劑與煙氣的接觸時(shí)間，提高脫硫劑的利用率和煙氣脫硫的效率。循環(huán)流化床里部的內(nèi)循環(huán)使床內(nèi)呈現(xiàn)一種激烈的湍流狀態(tài),增強(qiáng)了吸收劑對SO2的吸收，并且由于顆粒之間的碰撞加劇，使得吸收劑表面不斷被剝落，從而避免了孔堵塞造成的吸收劑活性下降。工藝的主要構(gòu)成包括：文丘里流化裝置、脫硫反應(yīng)塔、一級(jí)慣性分離器、二級(jí)旋風(fēng)分離器、脫硫灰回送及添加機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng),如圖1所示。圖］取貓環(huán)藍(lán)化床煙氣咚硫王藝麓程井離器二分離黑圖］取貓環(huán)藍(lán)化床煙氣咚硫王藝麓程井離器二分離黑-煙氣經(jīng)脫硫塔下部的文丘里，把脫硫劑及脫硫灰流化，文丘里上方設(shè)有噴水嘴，噴出的水與煙氣、脫硫劑及脫硫灰充分混合，進(jìn)行半干式脫硫反應(yīng)。分離塔頂部的一級(jí)慣性分

離器對高含灰煙氣進(jìn)行初步分離，分離出的脫硫灰靠重力直接進(jìn)入脫硫塔形成內(nèi)循環(huán)。初步分離后的煙氣進(jìn)入二級(jí)旋風(fēng)分離器進(jìn)行二級(jí)分離。分離后的煙氣進(jìn)入靜電除塵器進(jìn)行除塵，分離出的脫硫灰經(jīng)螺旋給料機(jī)送回脫硫塔，形成脫硫灰的外循環(huán)。(2)技術(shù)特點(diǎn)內(nèi)外雙循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)的主要技術(shù)特點(diǎn)是：該系統(tǒng)沒有漿液噴嘴，只噴入水和空氣，因而無制漿及噴漿系統(tǒng)，節(jié)省了原材料，降低了資金投入；塔內(nèi)增加了一級(jí)慣性分離裝置，強(qiáng)化了脫硫劑的內(nèi)循環(huán)，使得出塔氣體的含塵濃度大大降低，減輕了外部除塵器的負(fù)荷，延長了使用壽命，這是該技術(shù)最顯著的特點(diǎn)；由于煙氣可以在較低的溫度下運(yùn)行，脫硫效率高、鈣利用率高，因而鈣硫比低，通常在1.1?1.3之間；脫硫劑用量少且利用率咼，床料有98%參與循環(huán)，使脫硫劑的利用率可達(dá)99%,從而提咼了脫硫效率；通過控制噴水量的大小，可以使脫硫塔在接近煙氣絕熱飽和溫度下運(yùn)行，使液滴蒸發(fā)趨于緩慢，SO2與脫硫劑的反應(yīng)時(shí)間增大，脫硫效率和脫硫劑的利用率都有提高，并且脫硫劑在整個(gè)脫硫過程處于干燥狀態(tài)，避免了結(jié)垢和腐蝕現(xiàn)象；脫硫副產(chǎn)品為硫酸鈣、亞硫酸鈣及飛灰的混合物，脫硫灰的濕度小于1%,而且不粘結(jié)，對脫硫副產(chǎn)品的處置方式可以采取拋棄法，也可以采取綜合利用法，拋棄后脫硫灰的表面形成一層硬殼，避免向周圍的土壤滲透，綜合利用的脫硫灰可做建筑和筑路材料，用于非結(jié)構(gòu)性場合；煙氣無需加熱即可排放。4結(jié)論目前，我國正處于“十一五”階段，建設(shè)和諧社會(huì)、人類