鋼廠燒結(jié)脫硫技術(shù)如何選擇？
對于鋼鐵行業(yè)來說，鋼鐵企業(yè)面臨著嚴(yán)峻的環(huán)保形勢。國家提出的GB28662—2012《鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等一系列鋼鐵行業(yè)新排放標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)于2012年10月1日正式實施。
隨著對環(huán)境保護的重視和環(huán)保力度的加大，從2013年9月至今，國家陸續(xù)發(fā)布了《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)大氣污染防治行動計劃的通知》《國務(wù)院辦公廳下發(fā)印發(fā)2014～2015年節(jié)能減排低碳發(fā)展行動方案的通知》等法律法規(guī)，以及第十二屆全國人民代表大會常務(wù)委員會第八次會議于2014年4月24日修訂通過了《中華人民共和國環(huán)境保護法》（該法自2015年1月1日起施行）。這些法律法規(guī)要求國家對各級政府和企業(yè)進行環(huán)保工作考核，并且要對環(huán)保業(yè)績情況進行問責(zé)，要求行業(yè)和企業(yè)達到新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
對于鋼鐵行業(yè)來說，鋼鐵企業(yè)面臨著嚴(yán)峻的環(huán)保形勢。國家提出的GB28662—2012《鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等一系列鋼鐵行業(yè)新排放標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)于2012年10月1日正式實施，與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)相比，污染物排放濃度限值均大幅收嚴(yán)。如果按照新標(biāo)準(zhǔn)排放限值，鋼鐵企業(yè)現(xiàn)有的環(huán)保水平還存在較大差距。按國家新公布的關(guān)于大氣污染物排放極限值的要求，1000萬噸鋼的聯(lián)合企業(yè)，環(huán)保的投入約為10億元。
因此，鋼鐵企業(yè)全面實施提標(biāo)改造，時間緊，任務(wù)重，資金壓力大。特別是在鋼鐵行業(yè)大面積虧損的情況下，對環(huán)保裝備和工藝的選擇就應(yīng)更加慎重。
燒結(jié)脫硫技術(shù)大雜燴
燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)分為干法、半干法和濕法。濕法主要有石灰-石膏法、氨-硫銨法、氧化鎂法、雙堿法、離子液法等，干法主要有循環(huán)流化床法、密相干塔法、MEROS法、活性炭吸附法、煙道循環(huán)法（NID）等，半干法主要有循環(huán)流化床法（CFB）、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法（SDA）、密相干塔法等。
環(huán)境保護部辦公廳2014年7月8日印發(fā)的《關(guān)于公布全國燃煤機組脫硫脫硝設(shè)施等重點大氣污染減排工程名單的公告》統(tǒng)計顯示，鋼鐵行業(yè)共有燒結(jié)機脫硫設(shè)施526臺，燒結(jié)機總面積為8.7萬平方米，其中使用石灰-石膏濕法311套、雙堿法46套、循環(huán)流化床法35套、氧化鎂法32套、旋轉(zhuǎn)噴霧法22套、氨法41套、密相干法6套，以及其他方法的脫硫設(shè)施33套。重點鋼鐵企業(yè)燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見附表。
目前，我國現(xiàn)有的燒結(jié)煙氣脫硫裝置，約有80%采用濕法脫硫技術(shù)，其中約60%是石灰-石膏法？傮w效果而言，濕法脫硫技術(shù)比干法脫硫技術(shù)相對優(yōu)越（活性炭吸附法除外）。但是，目前尚沒有一種最優(yōu)的脫硫方法。
剖析利弊合理選擇
評價燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)裝備水平有以下幾個標(biāo)準(zhǔn)：脫硫效率高（大于90%）、設(shè)備運行率要高（大于90%）、副產(chǎn)品能得到回收利用、設(shè)備使用壽命長、價格（投資、運行和維護）低和工藝技術(shù)的性能穩(wěn)定優(yōu)良等。
石灰-石膏法。該法技術(shù)成熟、脫硫效率較高（90%以上），但存在腐蝕設(shè)備、結(jié)垢嚴(yán)重的問題，且煙囪雨現(xiàn)象嚴(yán)重？刂莆账䞍(nèi)的PH值是該脫硫技術(shù)的關(guān)鍵，會影響到脫硫效率、設(shè)備壽命、運行成本和副產(chǎn)品質(zhì)量等。使用該脫硫技術(shù)的燒結(jié)機其煙氣量、SO2濃度和溫度是不斷變化的，控制難度較大。因此燒結(jié)機會出現(xiàn)運行波動。同時，由于排煙溫度低，對周圍環(huán)境影響較大，副產(chǎn)品石膏脫水難、含雜質(zhì)高（重金屬、二噁英等），難以優(yōu)化利用。
河北鋼鐵(000709,股吧)集團唐鋼的燒結(jié)煙氣含硫量低，為800mg/m3～1200mg/m3，使用石灰-石膏法的排放煙氣為100mg/m3。攀鋼燒結(jié)煙氣SO2含量為6000mg/m3～8000mg/m3，使用石灰-石膏法很難達到小于200mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)。
循環(huán)流化床法。該技術(shù)成熟（在吸收塔內(nèi)，循環(huán)灰與吸收劑的混合物形成流化床，水的氣化是去除污染物的良好條件，脫硫效率穩(wěn)定在95%以上，同步運行率在95%以上），通過控制反應(yīng)溫度可解決糊袋問題，反應(yīng)速度可調(diào)，低溫脫硫效果好，投資和運行費低。但是，其副產(chǎn)品利用價值不高，且脫硝效率不高。
梅山鋼鐵400m2燒結(jié)機投資8000萬元應(yīng)用該方法，脫硫效率為96.4%，脫銷效率為11.5%，除塵效率為99.1%，SO2排放濃度為50.76mg/m3，NOx排放濃度為184mg/m3，顆粒物排放濃度為6.12mg/m3，燒結(jié)礦運行成本為5.6元/噸。
氨-硫銨法。該脫硫技術(shù)成熟，脫硫效率達到90%以上，副產(chǎn)品是硫酸銨。該技術(shù)的缺點是存在設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、氨的逃逸和氣溶膠現(xiàn)象等問題。該技術(shù)副產(chǎn)品的重金屬和二噁英富集，若生產(chǎn)化肥會污染土壤和農(nóng)作物。我國施化肥（特別是氮肥）量是世界用量的35%（是美國的3倍），對大氣和水質(zhì)均有嚴(yán)重的影響。我國農(nóng)業(yè)過量使用氮肥已經(jīng)造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，應(yīng)當(dāng)引起人們的注意。同時，硫酸銨的市場價格波動大，經(jīng)濟性也會受到影響。
活性炭吸附法。活性炭吸附法是一種先進成熟的技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)煙氣綜合治理的效果，也可以同時脫除SO2、SO3、NOx、二噁英、重金屬和粉塵等，缺點是投資和運行費高，能耗也偏高。該法對煙氣SO2濃度和溫度控制嚴(yán)格，系統(tǒng)脫硫效率為80%，脫硝率為65%，外排SO2濃度小于87mg/Nm3，NOx濃度小于100mg/Nm3，含塵濃度小于40mg/Nm3，二噁英濃度小于0.5ng-TEQ/Nm3，滿足國家新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
太鋼的活性炭吸附法是從國外引進的，投資額為3.35億元，運行費為9.75元/噸。該系統(tǒng)的脫硫和脫硝在一個塔內(nèi)，脫硫率為98.8%，脫硝率為61%，除塵率為82.5%，脫二噁英率為90%，硫酸產(chǎn)量為8800噸/年。加熱需要借助外加能源，因而運行能耗較高。我國完全自主成功開發(fā)了活性炭吸附法技術(shù)設(shè)備，其成本只有引進費用的1/3。
有機胺法。該工藝技術(shù)原理上可行，技術(shù)設(shè)計的煙氣含塵量小于50mg/m3，副產(chǎn)物為硫酸，可以利用燒結(jié)二次能源，通過再沸器技術(shù)和裝置與脫硫工藝相結(jié)合替代蒸汽，具有節(jié)能的效果。該技術(shù)的整體系統(tǒng)工藝復(fù)雜、龐大，投資和運行費用高，能耗偏高，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，占地面積大且有難處理的廢水。由于攀鋼煙氣的含硫量高，使用該法可使排放達標(biāo)。
密相干塔法。我國有多個應(yīng)用案例，但運行效果不好，脫硫效率低，副產(chǎn)品利用價值低，塔內(nèi)含水量過高，會出現(xiàn)糊袋、掛壁、腐蝕等現(xiàn)象，且掛壁的脫硫物脫落易對塔低設(shè)備造成損壞。
旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法。為了解決布袋糊袋的問題，該法的控制溫度大于90℃，因此脫硫效率在80%左右。使用該法時，塔內(nèi)有粘壁、腐蝕現(xiàn)象，噴頭磨損嚴(yán)重，有煙囪腐蝕。使用該法的進口設(shè)備價格高，運行費高，且運行時難以適應(yīng)煙氣的波動。
煙道循環(huán)法。該法采用石灰外部消化、灰循環(huán)增濕一體化技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、使用靈活的優(yōu)點。但是，由于煙道就是反應(yīng)器，且脫硫劑和脫硫灰的加濕都在反應(yīng)器外部進行，難以適應(yīng)煙氣量和工況波動較大的情況。該法適用于中小燒結(jié)機，反應(yīng)溫度一般控制在100℃左右，脫硫效率在80%左右。
氧化鎂法。該技術(shù)脫硫效率高，不易結(jié)垢，卻有濕法的其他缺點，如較難處理的廢水、腐蝕和煙囪雨，但腐蝕情況比石膏法要小。該法的回收副產(chǎn)物硫酸鎂沒有利用價值，若將硫酸鎂拋棄則有二次污染的問題。
MEROS工藝。馬鋼引進了MEROS工藝應(yīng)用于300m2燒結(jié)機上。該工藝分3步：用碳基（活性炭）、脫硫劑（小蘇打、熟石灰）進行吸附；廢氣經(jīng)調(diào)節(jié)反應(yīng)器，用雙流噴嘴進行冷卻加濕，加快反應(yīng)速度；廢氣通過布袋過濾分離灰塵。當(dāng)鈣硫比為4時，脫硫效率為80%，排放濃度小于200mg/Nm3，重金屬和粉塵脫除率大于95%。該工藝占地少，溫度適應(yīng)廣泛，運行穩(wěn)定，但不能脫硝。馬鋼投資了1.26億元，年運行費為2613萬元，噸燒結(jié)礦運行費為15.15元。
催化氧化法綜合脫硫脫硝技術(shù)。有機催化劑的基體是富含硫氧基團的復(fù)合有機物，將這種有機物按一定比例與水混合，從而得到穩(wěn)定的有機催化劑吸收液。利用有機催化劑洗滌煙氣，捕捉煙氣中的SO2、NOx等酸性氣體，經(jīng)持續(xù)氧化形成穩(wěn)定的稀硫酸、稀硝酸溶液，從而達到脫硫、脫硝的減排效果。使用催化氧化劑對煙氣進行脫硫脫硝，若在催化劑中加入氨水，將生成最終產(chǎn)品硫酸銨和硝酸銨，同時可脫除汞（90%）。使用該法排放的SO2小于50mg/Nm3，顆粒物排放濃度為80mg/Nm3。該技術(shù)由以色列Lextran公司開發(fā)，在泰山鋼鐵公司應(yīng)用，投資額為6500萬元，運行費為1.81元/噸。
好技術(shù)也需設(shè)備支持
在具體實施中，我國燒結(jié)煙氣脫硫設(shè)施的建設(shè)還存在著一系列問題。已建成的設(shè)施約有一半以上沒有達到設(shè)計水平，存在工藝設(shè)計缺陷、設(shè)備選型不合理、施工質(zhì)量不合格等問題。尋找這其中的原因，筆者認(rèn)為主要有以下幾個方面：
首先，部分脫硫設(shè)施在建設(shè)時，沒有注意設(shè)計參數(shù)的科學(xué)性。例如，對各燒結(jié)煙氣的特點沒有先進行具體分析（包括煙氣溫度、SO2含量、煙氣量的波動等），再進行工藝選擇、設(shè)備選型和操作參數(shù)的確定，最終達到達標(biāo)排放。
其次，部分企業(yè)上馬脫硫設(shè)施時沒有嚴(yán)格審查施工單位的資質(zhì)，選用沒有資質(zhì)或者沒有經(jīng)驗的施工單位。還有的企業(yè)為了降低設(shè)備投資，選用的材料質(zhì)量難以過關(guān)。不合格的設(shè)備加上施工質(zhì)量差，投產(chǎn)以后的運行問題必然增多。
再其次，一些燒結(jié)脫硫工藝存在副產(chǎn)品回收利用難度大，有二次污染的隱患。
最后，部分鋼廠在上馬燒結(jié)脫硫設(shè)施過程中，僅重視工藝的選擇，而輕視了裝備的設(shè)計和運行維護，也難以達到理想的效果。由此可見，燒結(jié)脫硫裝備的良好設(shè)計和穩(wěn)定運行也是提高脫硫效率的重要組成部分。
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