燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)概述
1 燒結(jié)煙氣脫硫項目實施的政策驅(qū)動
1.1 世界硫氧化物排放及國內(nèi)二氧化硫減排計劃
目前，全世界每年向大氣排放硫氧化物1億t以上，SO2排放造成了嚴(yán)重的污染。節(jié)能減排已經(jīng)成為當(dāng)前宏觀調(diào)控的重點，政府確定了“十一五”期間單位GDP能耗降低20%左右和主要污染物排放減少10%的目標(biāo)。原國家環(huán)？偩指鶕(jù)《二氧化硫總量分配指導(dǎo)意見》，編制的“‘十一五’期間SO2控制計劃”指出：電廠計劃減排SO2 480萬t，其它行業(yè)計劃減排30萬t，其中鋼鐵行業(yè)要減排10萬t。在鋼鐵行業(yè)10萬t SO2減排任務(wù)中，燒結(jié)工序占50%，鋼鐵企業(yè)自備電廠占40%，其它占10%。
1.2鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣脫硫?qū)嵤┓桨?/strong>
目前，鋼鐵行業(yè)二氧化硫主要由燒結(jié)、球團(tuán)煙氣產(chǎn)生，燒結(jié)、球團(tuán)煙氣產(chǎn)生的二氧化硫占鋼鐵企業(yè)排放總量70%以上，個別企業(yè)達(dá)到90%左右（不含燃煤自備電廠產(chǎn)生的二氧化硫）。據(jù)統(tǒng)計，2008年全國重點統(tǒng)計的鋼鐵企業(yè)二氧化硫排放量約110萬t，其中燒結(jié)二氧化硫排放量約80萬t。
為落實《鋼鐵產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》，工業(yè)和信息化部組織制定了《鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣脫硫?qū)嵤┓桨浮罚üば挪抗?jié)［2009］340號），并于2009年7月30日正式發(fā)布實施。該方案提出以下目標(biāo)：在2009年5月底已形成燒結(jié)煙氣脫硫能力8.2萬t的基礎(chǔ)上，2011年底前鋼鐵行業(yè)新增燒結(jié)煙氣脫硫能力20萬t（其中中央企業(yè)10萬t）。2011年鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣排放二氧化硫不超過64.5萬t，重點大中型企業(yè)噸鋼二氧化硫排放量小于1.8kg，滿足《鋼鐵產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》提出的指標(biāo)要求，燒結(jié)煙氣二氧化硫污染初步得到治理。
截至2009年5月底，我國已建成燒結(jié)煙氣脫硫裝置35套，形成燒結(jié)煙氣脫硫能力8.2萬t。已投入運(yùn)行的燒結(jié)煙氣脫硫裝置采用的工藝主要有循環(huán)流化床法、氨-硫銨法、密相干塔法、石灰石-石膏法等。截至2008年底，中央企業(yè)已建成燒結(jié)煙氣脫硫裝置2套，形成燒結(jié)煙氣脫硫能力0.79萬t。因此，盡快解決燒結(jié)機(jī)脫硫問題，已成為鋼鐵行業(yè)完成節(jié)能減排、實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的一個重要課題。
2 國內(nèi)外燒結(jié)脫硫現(xiàn)狀
我國鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣脫硫成為繼火力發(fā)電機(jī)組煙氣脫硫之后SO2排放控制的重點。鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣中含有SO2、SO3、NOx、CO、CO2、H2O、O2、N2、HF、HCL等復(fù)雜成分，且煙氣流量、煙氣溫度等工況參數(shù)波動較大，難以進(jìn)行脫硫治理。為解決二氧化硫的排放問題，國外主要有兩種對策：一是選用低硫的原料；二是煙氣脫硫。煙氣脫硫技術(shù)還有氨法、石灰石-石膏法、活性碳吸收法等多種方法。
2.1 世界鋼鐵燒結(jié)煙氣脫硫工藝技術(shù)及其發(fā)展趨勢
隨著工業(yè)化進(jìn)程，世界環(huán)境治理經(jīng)歷了四個階段。第一階段：可見污染物治理（黑煙、黑水、固廢）；第二個階段：二氧化硫、氮氧化物等污染物治理；第三階段：二氧化碳、二噁英、重金屬等污染物治理（地球變暖）；第四階段：綜合治理（生態(tài)法，即一攬子解決環(huán)境、能源、資源、經(jīng)濟(jì)、社會和發(fā)展的方法，從源頭治理，建立多種工業(yè)群和系統(tǒng)的聯(lián)系）。發(fā)達(dá)國家已完成工業(yè)化進(jìn)程，進(jìn)入深層次治理階段，如治理有機(jī)物、重金屬、放射性、噪聲、氰化物、砷化物、氮氧化物、二噁英、二氧化碳等。同樣，發(fā)達(dá)國家鋼鐵燒結(jié)煙氣治理也經(jīng)歷了幾個階段。特別是經(jīng)歷了從單一治理二氧化硫到目前的多組分污染物治理階段，因而使世界鋼鐵公司采取的燒結(jié)煙氣脫硫工藝也隨之發(fā)生較大變化。
2.1.1日本
對于燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)的研究，日本居世界領(lǐng)先地位。70年代日本建設(shè)的大型燒結(jié)廠（如日本鋼管的扇島、福山燒結(jié)廠，住友的鹿島、歌山燒結(jié)廠和新日鐵的若松燒結(jié)廠等）先后采用了燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)，脫硫方式為濕式吸收法，主要有石灰石-石膏法、氨法、鎂法等。但是由于濕法煙氣脫硫工藝無法解決燒結(jié)煙氣中二噁英含量過高的問題，同時由于燒結(jié)煙氣還含有SO3、HCL、HF等酸性物質(zhì)和重金屬污染成分，采用濕法工藝系統(tǒng)也不能高效脫除。因此，1989年以后，活性炭吸附工藝漸漸占領(lǐng)日本燒結(jié)煙氣脫硫領(lǐng)域。日本水島制鐵所的第四燒結(jié)廠采用石灰石-石膏法處理75萬m3/h的燒結(jié)煙氣，自1989年投入運(yùn)行以來，處理效果穩(wěn)定，還可以去除30%~60%的粉塵。日本NKK（現(xiàn)為JFE）京濱制鐵所采用氨-硫氨法進(jìn)行燒結(jié)煙氣脫硫，自1989年投入使用以來，運(yùn)行穩(wěn)定，副產(chǎn)品硫酸氨質(zhì)量較好，但需提高設(shè)備的耐腐蝕性。該法利用焦?fàn)t氣中無用的氨與燒結(jié)煙氣中的SO2反應(yīng)回收硫氨，即首先用亞硫酸氨溶液（濃度為3%）吸收SO2并生成亞硫酸氫氨，再將吸收液送到焦化廠吸收焦?fàn)t煤氣中的NH3，進(jìn)而形成亞硫酸氨，隨后送回?zé)Y(jié)廠予以循環(huán)利用。為保證吸收液濃度穩(wěn)定，還要定期外排部分吸收液，并用空氣將排出液中的亞硫酸氨氧化成硫酸氨，加以回收利用。
1987年，日本新日鐵在名古屋鋼鐵廠3號燒結(jié)機(jī)上配置了一套利用活性炭吸附燒結(jié)煙氣脫硫、脫硝的裝置，處理量90萬m3/h，投資約55億日元，年運(yùn)行費用約10億日元。經(jīng)過多年運(yùn)行，該裝置不僅可同時實現(xiàn)較高的脫硫率（95%）和脫硝率（40%），而且具有較好的除塵效果，F(xiàn)名古屋鋼鐵廠的1、2號燒結(jié)機(jī)也配置了這種裝置（煙氣處理量130萬m3/h），并于1999年7月投產(chǎn)使用。該法是在活性炭移動層吸收塔入口處，向煙氣中加入脫硝所需的氨，煙氣在吸收塔內(nèi)形成硫酸、硫酸氫氨等物質(zhì)并被活性碳吸附去除。吸附了硫酸和銨鹽的活性炭被送入解析塔，經(jīng)加熱至400℃左右即可解析出高濃度SO2。解析出的高濃度SO2送往副產(chǎn)品回收裝置利用，生產(chǎn)高濃度硫磺（99.9%以上）或濃硫酸（98%以上）。再生后的活性炭經(jīng)冷卻篩去雜質(zhì)后送回吸收塔進(jìn)行循環(huán)使用。
目前，日本鋼鐵公司共有燒結(jié)機(jī)25臺，建有燒結(jié)煙氣脫硫裝置的燒結(jié)機(jī)17臺，其中9臺采用的工藝是活性炭/焦吸附工藝，8臺是舊有濕法工藝（均為1989年前建成投運(yùn)），其余8臺燒結(jié)機(jī)因使用原料、燃料含硫量極低，并采取別的辦法治理二噁英，因此未建脫硫裝置。
2000年日本政府提出執(zhí)行二噁英排放濃度標(biāo)準(zhǔn)后，日本鋼鐵公司新建燒結(jié)煙氣處理工藝全部采用活性炭/焦吸附工藝，在脫除二氧化硫的同時脫除二噁英。由于原來濕法工藝，只能脫硫而無法脫除二噁英，為解決二噁英污染排放控制問題，幾家鋼廠將濕法脫硫工藝裝置廢棄，新建了活性炭/焦吸附工藝。但是活性炭/焦工藝復(fù)雜，解析過程能耗大，活性炭易自燃，系統(tǒng)投資、運(yùn)行費用非常高，在其他國家尚未得到很好的應(yīng)用。
2.1.2歐洲
由于原來使用的鐵礦及焦炭等原、燃料含硫量低，煙氣中二氧化硫濃度符合排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，早期燒結(jié)煙氣治理主要集中在粉塵和二噁英（PCDD/Fs）上，很少有專門用于燒結(jié)煙氣脫硫的裝置。目前，歐美已采用的燒結(jié)煙氣脫硫工藝主要有以下幾種：
1）德國杜依斯堡鋼廠108m2燒結(jié)機(jī)1998年建有旋轉(zhuǎn)噴霧干燥（SDA）干法脫硫工藝；
2）法國ALSTOM（阿爾斯通）研發(fā)NID干法燒結(jié)煙氣脫硫工藝，并在法國某燒結(jié)機(jī)上實施；
3）奧鋼聯(lián)研發(fā)MEROS干法脫硫工藝，并在LINZ鋼廠實施；
4）2006年，德國迪林根燒結(jié)機(jī)煙氣處理采用CFB干法脫硫工藝。
從日本和歐美鋼鐵公司燒結(jié)煙氣脫硫工藝的選擇和應(yīng)用可見，國外燒結(jié)煙氣脫硫工藝的選擇趨勢是由“濕”到“干”。
2.1.3中國
目前，國內(nèi)燒結(jié)煙氣脫硫剛剛起步，濕法、干法并存。而且只考慮脫除二氧化硫，不符合國際環(huán)保治理趨勢。雖然我國還處在工業(yè)化進(jìn)程中，但國際社會不會允許我國再經(jīng)歷環(huán)保治理的四個階段，F(xiàn)在同時進(jìn)行第二、三階段的工作，甚至第四階段的工作，如屬于第二階段的二氧化硫、氮氧化物治理；屬于第三階段的二氧化碳減排、履約行動；屬于第四階段的循環(huán)經(jīng)濟(jì)、清潔生產(chǎn)工作。因此，根據(jù)燒結(jié)煙氣成分復(fù)雜的特點，燒結(jié)煙氣污染物綜合脫除一體化集成技術(shù)是燒結(jié)煙氣治理的必然方向。2005年之前，我國還沒有一臺燒結(jié)機(jī)實施煙氣脫硫技術(shù)。近年來，隨著環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格，節(jié)能減排已成為當(dāng)前宏觀調(diào)控的重點。環(huán)境保護(hù)部于2008年4月8日發(fā)布的中華人民共和國環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)鋼鐵行業(yè)（燒結(jié)）》（HJ/T428-2008年）于8月1日實施。迫于政策壓力，鋼鐵企業(yè)才開始將其提上日程實施燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)，但是又不得不面對巨大的技術(shù)風(fēng)險和高額的投資、運(yùn)行費用等問題。
二氧化硫是鋼鐵企業(yè)常見的污染物,燒結(jié)過程中排放的二氧化硫約占總排放量的60%以上。由于國內(nèi)尚無專項燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù),因此燒結(jié)煙氣脫硫項目被列為我國至2020年鋼鐵行業(yè)科技發(fā)展指南中的重點研發(fā)課題。2007年5月,寶鋼研究院成功研發(fā)出一整套燒結(jié)煙氣脫硫工藝和關(guān)鍵設(shè)備等系列技術(shù),并于2007年10月在不銹鋼分公司3 號燒結(jié)機(jī)旁建設(shè)成了工業(yè)試驗裝置。之后,科研人員開展了全面試驗研究,實驗結(jié)果得到了專家一致認(rèn)可。該技術(shù)應(yīng)用于寶鋼分公司、不銹鋼分公司、梅鋼,標(biāo)志著這一擁有寶鋼自主知識產(chǎn)權(quán)的科技成果向工程化應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步,我國首個大型燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫工程在寶鋼誕生。
根據(jù)《二氧化硫總量分配指導(dǎo)意見》，至2010年，環(huán)？偩滞ㄟ^的以鋼鐵燒結(jié)為代表的非電脫硫重點項目為39個，其中包括22個鋼鐵企業(yè)脫硫項目（見表1）。
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從目前情況看，我國燒結(jié)煙氣脫硫應(yīng)用了濕法、干法、半干法和氨法等多種方法。我國燒結(jié)煙氣脫硫裝置建設(shè)的非常少，有一些已經(jīng)完成建設(shè)并投入運(yùn)行，例如包鋼采用ENS半干法，柳鋼采用氨－硫銨法，三鋼、濟(jì)鋼采用半干法-循環(huán)流化床法，石鋼采用干法-密相干塔法，寶鋼不銹和梅鋼采用改進(jìn)的濕法-氣噴旋沖石灰石/石膏法等。我國正在建設(shè)或者已經(jīng)簽訂燒結(jié)煙氣脫硫項目合同的鋼鐵企業(yè)有20余家，例如南鋼、杭鋼、日鋼采用氨-硫銨法，萊鋼、邢鋼、邯鋼均采用半干法，太鋼采用濕法等。國外技術(shù)諸如MEROS、GSCA等也有應(yīng)用，SDA、NID等方法也將被采用？v觀我國已運(yùn)行的燒結(jié)煙氣脫硫項目，或多或少都存在問題，主要原因在于環(huán)保公司照搬電廠的脫硫技術(shù)？傮w來說，我國燒結(jié)脫硫技術(shù)處于百花齊放、百家爭鳴的階段，但缺少適合我國國情的成熟可靠、運(yùn)行穩(wěn)定的燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)。
目前，各種燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)應(yīng)用情況，見表2。
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3 燒結(jié)煙氣脫硫的主要技術(shù)難題
目前，市場成熟的脫硫技術(shù)是應(yīng)用于燃煤電廠的，如濕法、干法、半干法、氨法等。但這些技術(shù)不能簡單轉(zhuǎn)移到鋼鐵企業(yè)燒結(jié)煙氣脫硫上，因為燃煤電廠和燒結(jié)廠的工況和煙氣成分差異巨大。當(dāng)前熟練掌握脫硫技術(shù)和具備豐富項目管理經(jīng)驗的人員更熟悉燃煤電廠的環(huán)境，不了解冶金工藝，缺乏必要的專業(yè)經(jīng)驗積累。
在工況方面，例如濕法要配備脫硫塔，而燒結(jié)機(jī)現(xiàn)場往往沒有足夠的地方建脫硫塔；還有脫硫產(chǎn)生廢棄物的處理問題；在燃煤電廠，脫硫?qū)儆谀┒谁h(huán)節(jié)，一旦出現(xiàn)問題，可以暫時利用“旁路”直接排放，而燒結(jié)是冶金的中間環(huán)節(jié)，一旦出現(xiàn)問題，整個生產(chǎn)必然受到影響，試驗風(fēng)險較高。
在煙氣成分方面，燒結(jié)煙氣具有以下特點：
1）煙氣量大，生產(chǎn)1t燒結(jié)礦產(chǎn)生4000m3~6000m3煙氣；
2）二氧化硫濃度變化大，范圍在400mg/Nm3~5000mg/Nm3之間；
3）溫度變化大，一般為80℃~180℃；
4）流量變化大，幅度高達(dá)40%以上；
5）水分含量大且不穩(wěn)定，一般為10%~13%；
6）含氧量高，一般為15%~18%；
7）含有多種污染成分，除含有二氧化硫、粉塵外，還含有重金屬、二噁英類、氮氧化物等。這些特點都在一定程度上增加了燒結(jié)煙氣二氧化硫治理的難度。
在經(jīng)費方面，燒結(jié)煙氣脫硫設(shè)施投資占燒結(jié)機(jī)總投資的20%~30%，每個燒結(jié)脫硫項目的投資金額從5000萬~2億元不等，主要影響因素有燒結(jié)機(jī)面積大小、現(xiàn)場條件和脫硫技術(shù)的選擇等。從國內(nèi)已實施建設(shè)的太鋼、石鋼、柳鋼、濟(jì)鋼和郉鋼等幾個項目的情況看，項目造價在4000萬~8000萬元之間。燒結(jié)煙氣脫硫的運(yùn)行費用也很高。以山東某鋼廠90m2燒結(jié)機(jī)石灰石-石膏法脫硫為例，年運(yùn)行費用為490萬元左右。巨大的資金需求是多年來燒結(jié)煙氣脫硫不能有效開展的重要因素之一。
由于歷史原因，我國很大一部分燒結(jié)機(jī)建設(shè)年代較早，設(shè)計和建設(shè)時都沒有預(yù)留燒結(jié)煙氣脫硫項目的建設(shè)場地，造成現(xiàn)在既使想建脫硫裝置也無場地可建的局面。石灰石-石膏法脫硫技術(shù)是目前燒結(jié)脫硫中最成熟的技術(shù)，在日本應(yīng)用十分廣泛。這是因為日本缺少天然石膏，燒結(jié)脫硫副產(chǎn)物石膏在日本可以得到很好的利用。而我國有大量廉價天然石膏，脫硫石膏因品質(zhì)差而未得到利用，電廠脫硫石膏被直接拋棄，造成固體廢棄物的二次污染。因此，如何改進(jìn)脫硫技術(shù)，提高脫硫石膏的品質(zhì)加以利用是擺在燒結(jié)煙氣脫硫工作者面前的大課題。其它的氨法、干法也存在脫硫副產(chǎn)物利用方面的問題。
隨著國家環(huán)保政策的逐步落實，“十二五”期間將有更多鋼鐵企業(yè)開始實施燒結(jié)煙氣脫硫項目，因此，開發(fā)適合我國國情、投資少的燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)是推進(jìn)燒結(jié)煙氣脫硫工作最迫切需要解決的問題。
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