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钢厂烧结脱硫技术如何选择?

2015-02-06 11:37:50来源:网络浏览:评论:0

  随着对环境保护的重视和环保力度的加大,从2013年9月至今,国家陆续发布了《国务院关于印发大气污染防治行动计划的通知》《国务院办公厅下发印发2014~2015年节能减排低碳发展行动方案的通知》等法律法规,以及第十二届全国人民代表大会常务委员会第八次会议于2014年4月24日修订通过了《中华人民共和国环境保护法》(该法自2015年1月1日起施行)。这些法律法规要求国家对各级政府和企业进行环保工作考核,并且要对环保业绩情况进行问责,要求行业和企业达到新的环保标准。

  烧结脱硫技术大杂烩

  烧结烟气脱硫技术分为干法、半干法和湿法。湿法主要有石灰-石膏法、氨-硫铵法、氧化镁法、双碱法、离子液法等,干法主要有循环流化床法、密相干塔法、MEROS法、活性炭吸附法、烟道循环法(NID)等,半干法主要有循环流化床法(CFB)、旋转喷雾干燥法(SDA)、密相干塔法等。

  环境保护部办公厅2014年7月8日印发的《关于公布全国燃煤机组脱硫脱硝设施等重点大气污染减排工程名单的公告》统计显示,钢铁行业共有烧结机脱硫设施526台,烧结机总面积为8.7万平方米,其中使用石灰-石膏湿法311套、双碱法46套、循环流化床法35套、氧化镁法32套、旋转喷雾法22套、氨法41套、密相干法6套,以及其他方法的脱硫设施33套。重点钢铁企业烧结生产技术经济指标见附表。

  目前,我国现有的烧结烟气脱硫装置,约有80%采用湿法脱硫技术,其中约60%是石灰-石膏法。总体效果而言,湿法脱硫技术比干法脱硫技术相对优越(活性炭吸附法除外)。但是,目前尚没有一种最优的脱硫方法。

  剖析利弊 合理选择

  评价烧结烟气脱硫技术装备水平有以下几个标准:脱硫效率高(大于90%)、设备运行率要高(大于90%)、副产品能得到回收利用、设备使用寿命长、价格(投资、运行和维护)低和工艺技术的性能稳定优良等。

  石灰-石膏法。该法技术成熟、脱硫效率较高(90%以上),但存在腐蚀设备、结垢严重的问题,且烟囱雨现象严重。控制吸收塔内的PH值是该脱硫技术的关键,会影响到脱硫效率、设备寿命、运行成本和副产品质量等。使用该脱硫技术的烧结机其烟气量、SO2浓度和温度是不断变化的,控制难度较大。因此烧结机会出现运行波动。同时,由于排烟温度低,对周围环境影响较大,副产品石膏脱水难、含杂质高(重金属、二恶英等),难以优化利用。

  河北钢铁集团唐钢的烧结烟气含硫量低,为800mg/m3~1200mg/m3,使用石灰-石膏法的排放烟气为100mg/m3。攀钢烧结烟气SO2含量为6000mg/m3~8000mg/m3,使用石灰-石膏法很难达到小于200mg/m3的排放标准。

  循环流化床法。该技术成熟(在吸收塔内,循环灰与吸收剂的混合物形成流化床,水的气化是去除污染物的良好条件,脱硫效率稳定在95%以上,同步运行率在95%以上),通过控制反应温度可解决糊袋问题,反应速度可调,低温脱硫效果好,投资和运行费低。但是,其副产品利用价值不高,且脱硝效率不高。

  梅山钢铁400m2烧结机投资8000万元应用该方法,脱硫效率为96.4%,脱销效率为11.5%,除尘效率为99.1%,SO2排放浓度为50.76mg/m3,NOx排放浓度为184mg/m3,颗粒物排放浓度为6.12mg/m3,烧结矿运行成本为5.6元/吨。

  氨-硫铵法。该脱硫技术成熟,脱硫效率达到90%以上,副产品是硫酸铵。该技术的缺点是存在设备腐蚀严重、氨的逃逸和气溶胶现象等问题。该技术副产品的重金属和二恶英富集,若生产化肥会污染土壤和农作物。我国施化肥(特别是氮肥)量是世界用量的35%(是美国的3倍),对大气和水质均有严重的影响。我国农业过量使用氮肥已经造成了严重的环境污染,应当引起人们的注意。同时,硫酸铵的市场价格波动大,经济性也会受到影响。

  活性炭吸附法。活性炭吸附法是一种先进成熟的技术,能够实现烟气综合治理的效果,也可以同时脱除SO2、SO3、NOx、二恶英、重金属和粉尘等,缺点是投资和运行费高,能耗也偏高。该法对烟气SO2浓度和温度控制严格,系统脱硫效率为80%,脱硝率为65%,外排SO2浓度小于87mg/Nm3,NOx浓度小于100mg/Nm3,含尘浓度小于40mg/Nm3,二恶英浓度小于0.5ng-TEQ/Nm3,满足国家新环保标准。

  太钢的活性炭吸附法是从国外引进的,投资额为3.35亿元,运行费为9.75元/吨。该系统的脱硫和脱硝在一个塔内,脱硫率为98.8%,脱硝率为61%,除尘率为82.5%,脱二恶英率为90%,硫酸产量为8800吨/年。加热需要借助外加能源,因而运行能耗较高。我国完全自主成功开发了活性炭吸附法技术设备,其成本只有引进费用的1/3。

  有机胺法。该工艺技术原理上可行,技术设计的烟气含尘量小于50mg/m3,副产物为硫酸,可以利用烧结二次能源,通过再沸器技术和装置与脱硫工艺相结合替代蒸汽,具有节能的效果。该技术的整体系统工艺复杂、庞大,投资和运行费用高,能耗偏高,设备腐蚀严重,占地面积大且有难处理的废水。由于攀钢烟气的含硫量高,使用该法可使排放达标。

  密相干塔法。我国有多个应用案例,但运行效果不好,脱硫效率低,副产品利用价值低,塔内含水量过高,会出现糊袋、挂壁、腐蚀等现象,且挂壁的脱硫物脱落易对塔低设备造成损坏。

  旋转喷雾干燥法。为了解决布袋糊袋的问题,该法的控制温度大于90℃,因此脱硫效率在80%左右。使用该法时,塔内有粘壁、腐蚀现象,喷头磨损严重,有烟囱腐蚀。使用该法的进口设备价格高,运行费高,且运行时难以适应烟气的波动。

  烟道循环法。该法采用石灰外部消化、灰循环增湿一体化技术,具有结构简单、占地面积小、使用灵活的优点。但是,由于烟道就是反应器,且脱硫剂和脱硫灰的加湿都在反应器外部进行,难以适应烟气量和工况波动较大的情况。该法适用于中小烧结机,反应温度一般控制在100℃左右,脱硫效率在80%左右。

  氧化镁法。该技术脱硫效率高,不易结垢,却有湿法的其他缺点,如较难处理的废水、腐蚀和烟囱雨,但腐蚀情况比石膏法要小。该法的回收副产物硫酸镁没有利用价值,若将硫酸镁抛弃则有二次污染的问题。

  MEROS工艺。马钢引进了MEROS工艺应用于300m2烧结机上。该工艺分3步:用碳基(活性炭)、脱硫剂(小苏打、熟石灰)进行吸附;废气经调节反应器,用双流喷嘴进行冷却加湿,加快反应速度;废气通过布袋过滤分离灰尘。当钙硫比为4时,脱硫效率为80%,排放浓度小于200mg/Nm3,重金属和粉尘脱除率大于95%。该工艺占地少,温度适应广泛,运行稳定,但不能脱硝。马钢投资了1.26亿元,年运行费为2613万元,吨烧结矿运行费为15.15元。

  催化氧化法综合脱硫脱硝技术。有机催化剂的基体是富含硫氧基团的复合有机物,将这种有机物按一定比例与水混合,从而得到稳定的有机催化剂吸收液。利用有机催化剂洗涤烟气,捕捉烟气中的SO2、NOx等酸性气体,经持续氧化形成稳定的稀硫酸、稀硝酸溶液,从而达到脱硫、脱硝的减排效果。使用催化氧化剂对烟气进行脱硫脱硝,若在催化剂中加入氨水,将生成最终产品硫酸铵和硝酸铵,同时可脱除汞(90%)。使用该法排放的SO2小于50mg/Nm3,颗粒物排放浓度为80mg/Nm3。该技术由以色列Lextran公司开发,在泰山钢铁公司应用,投资额为6500万元,运行费为1.81元/吨。

  好技术也需设备支持

  在具体实施中,我国烧结烟气脱硫设施的建设还存在着一系列问题。已建成的设施约有一半以上没有达到设计水平,存在工艺设计缺陷、设备选型不合理、施工质量不合格等问题。寻找这其中的原因,笔者认为主要有以下几个方面:

  首先,部分脱硫设施在建设时,没有注意设计参数的科学性。例如,对各烧结烟气的特点没有先进行具体分析(包括烟气温度、SO2含量、烟气量的波动等),再进行工艺选择、设备选型和操作参数的确定,最终达到达标排放。

  其次,部分企业上马脱硫设施时没有严格审查施工单位的资质,选用没有资质或者没有经验的施工单位。还有的企业为了降低设备投资,选用的材料质量难以过关。不合格的设备加上施工质量差,投产以后的运行问题必然增多。

  再其次,一些烧结脱硫工艺存在副产品回收利用难度大,有二次污染的隐患。

  最后,部分钢厂在上马烧结脱硫设施过程中,仅重视工艺的选择,而轻视了装备的设计和运行维护, 也难以达到理想的效果。由此可见,烧结脱硫装备的良好设计和稳定运行也是提高脱硫效率的重要组成部分。

 

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