隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和能耗的快速增長(zhǎng),SO2 排放量呈逐年上升趨勢(shì),1995 年我國(guó)SO2 排放量已達(dá)2. 43 kt/ a ,居世界首位,酸雨及SO2 污染達(dá)國(guó)土面積的46 % ,硫沉降量超臨界負(fù)荷面積為210 萬(wàn)km2 ,占國(guó)土面積的21. 9 %。每年因酸雨造成損失達(dá)1 000 億元人民幣,酸雨及SO2 污染已嚴(yán)重制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。

承德地區(qū)是我國(guó)北方酸雨出現(xiàn)頻率較高的地區(qū)之一。凌鋼是這一地區(qū)SO2 排放大戶,且四周環(huán)山,煙氣難以擴(kuò)散,周圍緊鄰生活區(qū),居住人口稠密且屬主要發(fā)展地段,SO2 直接排放不僅威脅職工及家屬身體健康,還直接危害植被及周圍農(nóng)作物,并且對(duì)工業(yè)設(shè)備腐蝕較大。

另外,我國(guó)又是一個(gè)硫資源缺乏的國(guó)家,農(nóng)業(yè)急需的氮磷復(fù)合肥的生產(chǎn)因硫資源缺乏受到較大限制,需進(jìn)口大量硫磺、硫酸。

凌鋼燒結(jié)煙氣中每年排放的SO2 總量約為1. 64 萬(wàn)t ,造成大量的資源浪費(fèi)。

可見(jiàn),解決燒結(jié)煙氣中SO2 排放造成的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)問(wèn)題,達(dá)到環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一,具有十分重要的意義。

1 　燒結(jié)煙氣基本情況

凌鋼公司現(xiàn)有燒結(jié)機(jī)4 臺(tái):1 臺(tái)24 m2 ,1 臺(tái)34 m2 ,1 臺(tái)52m2 ,1 臺(tái)75 m2 。燒結(jié)煙氣經(jīng)大煙道通過(guò)除塵器除塵后經(jīng)80 m煙囪排入大氣。

1. 1 　燒結(jié)機(jī)煙氣狀況

煙氣總流量:105 萬(wàn)m3/ h ;煙氣溫度:85～130 ℃;SO2 質(zhì)量濃度:1. 5～3. 5 g/ m3 ;H2O 體積分?jǐn)?shù):7 %～10 %;O2 體積分?jǐn)?shù):12 %～16 %;煙塵:80～150 mg/ m3 ;NOx :72～180 mg/ m3 ;CO:2～4. 5 g/ m3 。

1. 2 　燒結(jié)煙氣含硫基本情況

凌鋼公司燒結(jié)混合料由6 種原料組成,其中,鐵精礦3種,熔劑2 種,燃料1 種。組分見(jiàn)表1。

從表1 可知,燒結(jié)煙氣中的硫主要來(lái)源于高含硫的鐵精礦,占燒結(jié)混合料的24. 6 %。根據(jù)物料平衡可計(jì)算出燒結(jié)機(jī)頭外排煙氣中SO2 排放總量。以燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)2. 0 t/ (m2·h) 計(jì),185 m2 (即24 m2 + 34 m2 + 52 m2 + 75 m2) 燒結(jié)機(jī)混合料用量約為335. 7 萬(wàn)t ,平均含硫0. 28 % ,年產(chǎn)燒結(jié)礦310. 8 萬(wàn)t ,平均含硫0. 04 % ,由此可計(jì)算出燒結(jié)混合料中含硫總量335. 7 ×0. 28 % = 0. 94 萬(wàn)t ;燒結(jié)礦含硫總量310. 8 ×0. 04 % =0. 12 萬(wàn)t ;則外排SO2 總量(0. 94 - 0. 12) ×64/ 32 = 1. 64 萬(wàn)t 。

2 　燒結(jié)煙氣SO2 控制方法

目前,對(duì)燒結(jié)煙氣SO2 的控制方法主要有低硫原料配入法,高煙囪擴(kuò)散稀釋法,煙氣脫硫法。

2. 1 　低硫原料配入法

燒結(jié)煙氣中的SO2 是燒結(jié)原料中的硫在高溫?zé)Y(jié)過(guò)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),按照規(guī)定的SO2 允許排放量來(lái)適當(dāng)?shù)剡x擇、配入含硫低的原料,以實(shí)現(xiàn)對(duì)排放SO2 量的控制。此法是從根本上消除SO2 污染簡(jiǎn)單易行、有效的措施。

低含硫原料配入法由于對(duì)原料含硫要求嚴(yán)格,使原料來(lái)源受到一定限制,燒結(jié)礦的生產(chǎn)成本也會(huì)隨含硫原料價(jià)格的上漲而增加。因此,此法推廣有較大難度。

2. 2 　高煙囪擴(kuò)散稀釋法

一般情況下,燒結(jié)排放煙氣的主抽煙囪高度大多為80～120 m ,為使燒結(jié)煙氣中的SO2 沉降量低于當(dāng)?shù)丨h(huán)境標(biāo)準(zhǔn),常采用高煙囪達(dá)到擴(kuò)散稀釋的目的,此法在世界各國(guó)的冶金、火電等企業(yè)廣泛應(yīng)用。如日本有230 m 高煙囪,美國(guó)煙囪最高達(dá)360 m。隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)重視程度日益加深,對(duì)污染物實(shí)施排放濃度和排放總量雙重限制。因此,此法不適于現(xiàn)實(shí)要求。

2. 3 　煙氣脫硫法

煙氣脫硫法是治理燒結(jié)煙氣SO2 污染有效方法之一。脫硫方法按工藝特點(diǎn)分為濕法、半干法和干法3 種,按副產(chǎn)品處置方式分為回收流程和拋棄流程。常見(jiàn)的脫硫方法有:

(1) 石灰/ 石灰石膏法。該法用石灰石或石灰的乳濁液吸收煙氣中的SO2 ,生成半水硫酸鈣或石膏,其技術(shù)成熟,脫硫效率高,可達(dá)90 % ,但投資巨大,運(yùn)行成本高。目前國(guó)外工業(yè)煙氣脫硫主要采用這一方法,占已建成煙氣脫硫裝置的83. 7 %。

(2) 噴霧干燥法。該法以石灰乳為吸收劑的半干法脫硫,脫硫率為80 %～90 % ,投資比石灰/ 石灰石膏法低,但副產(chǎn)品要廢棄,該法占已建成煙氣脫硫裝置的8. 4 %。

(3) 吸收再生法。有氧化膜法、雙堿法等,脫硫率可達(dá)95 % ,技術(shù)較成熟,占已建成裝置的3. 4 %。

(4) 爐內(nèi)噴鈣法增濕活化脫硫法。這是一種將黏狀鈣質(zhì)脫硫劑(石灰石/ 石灰) 直接噴入燃燒鍋爐爐膛的脫硫技術(shù),主要適用于中、低硫煤鍋爐,脫硫率80 % ,占已建成裝置的1. 3 %。

從總體看,國(guó)外的煙氣脫硫裝置比較成熟,自動(dòng)化控制水平高,已系統(tǒng)化、成套化和工程化,形成了產(chǎn)業(yè)規(guī)模,并廣泛地應(yīng)用。但這些技術(shù)用于凌鋼存在以下問(wèn)題:

(1) 投資大、運(yùn)行成本高。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn),目前國(guó)內(nèi)外采用以上方法所建成的處理煙氣量為45 萬(wàn)m3/ h 的脫硫裝置投資約為1 億元人民幣,運(yùn)行成本一般為每脫1 t SO2 需700～1 500 元。以此推算,凌鋼燒結(jié)煙氣脫硫需投資2. 4 億元人民幣,每年運(yùn)行成本在2 400 萬(wàn)元以上。

(2) 浪費(fèi)硫資源和產(chǎn)生二次污染。由于煙氣脫硫技術(shù)以“拋棄法”為主,煙氣脫硫在取得控制大氣SO2 污染的環(huán)境效益的同時(shí),往往伴隨硫資源的嚴(yán)重浪費(fèi)和固體廢棄物的二次污染。由于我國(guó)石膏資源十分豐富,副產(chǎn)的大量石膏沒(méi)有銷路,需花費(fèi)大量資金來(lái)處置。

以石灰/ 石灰石膏法為例,在Ca/ S 為1. 3∶1 的條件下,凌鋼每年需原料石灰石(CaCO3) 3. 4 萬(wàn)t (如吸收劑為CaO ,則需1. 94 萬(wàn)t ,折合人民幣952 萬(wàn)元) ,至少產(chǎn)生5. 5 萬(wàn)t 固體廢棄物。這些固體廢棄物的處置在凌源地區(qū)都是大問(wèn)題。因此,上述脫硫技術(shù)凌鋼在經(jīng)濟(jì)上很難承受。重慶珞璜電廠的石灰石/ 石膏煙氣脫硫裝置就是最好的例子。

華能公司重慶珞璜電廠一期工程裝機(jī)容量2 ×36 萬(wàn)kW發(fā)電機(jī)組,單元匹配日本三菱重工濕式石灰石/ 石膏法煙氣脫硫裝置(簡(jiǎn)稱FGD) 。煙氣量為108. 72 萬(wàn)m3/ h ,SO2 年產(chǎn)量6. 87 萬(wàn)t 。該脫硫裝置投資4 億元人民幣,于1992 年3 月投入運(yùn)行以來(lái),效果良好,但每年運(yùn)行費(fèi)用為4 千萬(wàn)元人民幣。由于運(yùn)行成本太高,副產(chǎn)品銷售困難等原因,該脫硫裝置目前一直處于時(shí)開(kāi)時(shí)停狀態(tài)。

3 　燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

燒結(jié)煙氣脫硫的研究,日本居于世界領(lǐng)先地位,日本在20 世紀(jì)70 年代建設(shè)的大型燒結(jié)機(jī),先后采用了燒結(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。

3. 1 　新日鐵的活性焦炭吸收法

日本新日鐵于1987 年在名古屋鋼鐵廠燒結(jié)機(jī)設(shè)置了1套利用活性炭吸附燒結(jié)煙氣脫硫、脫硝裝置,處理煙氣量為90 萬(wàn)m3/ h ,投資55 億日元,年運(yùn)行費(fèi)用約10 億日元。其工藝流程為:燒結(jié)機(jī)→旋風(fēng)除塵器→主風(fēng)機(jī)→升壓鼓風(fēng)機(jī)→燒結(jié)排煙脫硫、脫硝、除塵設(shè)備→煙囪。

燒結(jié)機(jī)排出的煙氣經(jīng)旋風(fēng)除塵器簡(jiǎn)單除塵后,粉塵質(zhì)量濃度由1 000 mg/ m3 降為250 mg/ m3 ,由主風(fēng)機(jī)排出,經(jīng)升壓鼓風(fēng)機(jī)后送往吸收塔,在吸收塔的入口處添加脫硝所需的氨氣。在吸收塔內(nèi)的活性焦炭脫硫、脫硝和除塵后,從煙囪排出。

3. 2 　氨硫銨法燒結(jié)煙氣脫硫

氨硫銨法燒結(jié)煙氣脫硫工藝,是把燒結(jié)廠的煙氣脫硫和焦化廠的煤氣脫氨相結(jié)合的一種“化害為利”的綜合處理工藝。由吸收、氧化和后處理部分組成,其脫硫率達(dá)90 % ,脫硫副產(chǎn)品為硫氨化肥,純度為96 %以上。

4 　凌鋼燒結(jié)煙氣脫硫的技術(shù)要求

(1) 脫硫技術(shù)高效化、資源化、經(jīng)濟(jì)化�；谀壳皣�(guó)內(nèi)外煙氣脫硫技術(shù)和凌鋼燒結(jié)煙氣的現(xiàn)狀,凌鋼燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)必須達(dá)到“高效化”、“資源化”、“經(jīng)濟(jì)化”。通過(guò)采用“高效化”的脫硫劑和脫硫裝置,減少設(shè)備投資及原料費(fèi)用;通過(guò)將脫硫產(chǎn)物“資源化”,以減少二次污染。同時(shí)脫硫產(chǎn)品的收益沖抵部分脫硫費(fèi)用,最終實(shí)現(xiàn)脫硫裝置投資和運(yùn)行費(fèi)用的“經(jīng)濟(jì)化”。

(2) 占地要求。由于凌鋼廠區(qū)狹窄、擁擠,脫硫裝置必須適應(yīng)這種客觀條件。

借鑒國(guó)內(nèi)外脫硫技術(shù),結(jié)合凌鋼實(shí)際情況,燒結(jié)煙氣采用回收流程是必由之路。

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