包文槐
杭州钢铁集团公司 浙江杭州 310022
摘要：国内钢企烧结烟气氨法脱硫的技术，具有脱硫、除尘、脱硝三位一体的特点，即脱硫效率可高达95%以上，对三电场除尘后的烟气具有50%的除尘效率，同时还具有30~40%的脱硝能力。此外，还有脱硫副产品硫酸铵品质高的特点。系统稳定可靠、易于操作，设备国产化程度高，工程采用氨法脱硫，性能可靠的PLC控制系统，根据杭钢的实际条件，满足工艺系统必要的控制、监视及实时在线管理功能。
关键词：钢铁厂；二氧化硫；氨法脱硫；烧结烟气
引言
我国大气污染以煤烟型为主，首要污染物是二氧化硫。我国二氧化硫年排放量2000万吨以上，居世界首位，主要由二氧化硫排放所致的硫酸型酸雨污染危害面积达国土面积40%全国因此每年损失达五千亿元。二氧化硫污染已成为制约我国经济、社会可持续发展的重要因素。
杭州钢铁股份有限公司位于中国历史文化名城—杭州市，交通便捷，环境优美，旅游资源丰富。公司现有150m2烧结机一台，90m2烧结机两台，其中150m2烧结机脱硫装置已于2009年3月投运。根据国家环境保护要求和企业发展的需要，公司决定建设2×90m2烧结机烟气脱硫装置，减少SO2的排放量。采用性能可靠的PLC控制系统，根据杭钢的实际条件，脱硫装置与硫铵装置各设置一台操作站兼工程师站，满足工艺系统必要的控制、监视及实时在线管理功能。
1、烧结烟气的特点及SO2控制方法
1.1烧结烟气的特点，分以下几个方面
1）烧结机的烟气量大，变化大；每生产1t烧结矿，大约产生4000～6000m3 烟气。
2）烟气温度较高。随烧结工况变化，烟气温度一般在120～180?℃。
3）烟气粉尘浓度高。粉尘主要以铁及其化合物为主，由于使用不同的原料还可能含有微量重金属元素。
4）含湿量大。为了提高烧结料层的透气性，混合料在烧结前加水制粒，按体积比计算，水分含量一般在10?%左右。
5）含有害气体。烟气中含有一定量的SOx、NOx、HCl?和HF?等，它们遇水后将形成酸雨，腐蚀金属构件。此外，还含有对人体健康危害极大的二噁英和呋喃等。
6）含SO2 浓度相对较低。随原料硫负荷等因素的变化，国内企业一般在1000～3000 mg/ m3 。
7）不稳定性。由于烧结工况波动，烟气量、烟气温度、SO2 浓度等经常发生变化，阵发性强。
2、烧结烟气脱硫工艺的选择
2.1氨法烟气脱硫原理
烟气脱硫工艺选择的主要，采用先进、成熟、可靠的脱硫工艺，脱硫效率高、系统可利用率高，脱硫剂的来源可靠，脱硫系统运行成本低，副产品的处置途径可靠，保证脱硫系统的状况不影响主体系统的正常运行，该项目采用氨法湿法脱硫工艺图1。烧结机烟气进行全脱硫处理，设置脱硫塔1座，脱硫塔处理烟气量为1080000m3/h，原烟气平均温度135℃，高硫烟气SO2初始浓度按2500mg/Nm3设计，低硫烟气SO2初始 浓度按300mg/Nm3设计，系统脱硫效率达到95%以上，脱硫净烟气SO2浓度控制在约50mg/Nm3，实现SO2减排量7337.8吨/年。脱硫剂采用外购液氨直接稀释成氨水储存及使用，避免了液氨在现场储存及使用的危险性。脱硫循环液通过脱硫循环泵从脱硫塔底部溶液池送至塔内吸收段喷嘴系统，与烟气接触发生化学反应吸收烟气中的SO2。脱硫塔采用新型的双循环脱硫塔。脱硫塔前设浓缩降温槽，脱硫塔为喷淋及格栅填料组合塔，整体玻璃材质，下段为吸收液池、上段为SO2吸收段。脱硫塔尺寸：Ф10.0，含顶部烟囱总高100m。脱硫净烟气通过塔顶烟囱高空排放。脱硫烟气系统对应烧结机两抽风机配置两台离心风机，用于克服FGD装置造成的烟气压降。
图1 氨法烟气脱硫工艺
氨法烟气脱硫技术，以液氨、氨水或碳铵为脱硫剂对烟气中的SO2进行吸收脱除。烟气经过吸收塔，其中的SO2被吸收剂吸收，生成亚硫酸铵与硫酸氢铵，以液氨或氨水作脱硫剂的吸收化学反应为：
H2O＋SO2→H2SO3
NH3＋H2SO3→NH4HSO3
2NH3＋H2O＋SO2→（NH4）2SO3
（NH4）2SO3+SO2+H2O→2NH4HSO3
NH4HSO3+ NH3 →（NH4）2SO3
因此，用氨将烟气中的SO2脱除，得到亚硫酸铵中间产品。采用空气对亚硫铵直接氧化，可将亚硫铵氧化为硫铵，反应为：
（NH4）2SO3＋1/2O2 =（NH4）2SO4
高浓度的硫酸铵先经过过滤器除去灰尘等杂质，再通过浓缩结晶生产硫铵；其它脱硝、去氯离子的化学反应为：
2NO十02＝2N02
2N02十H20＝HN03 ＋ HN02
NH3＋ HN03 = N4HNO3
NH3＋ HN02 = N4HNO2
4（NH4）2SO3＋ 2N02 = N2 ＋4（NH4）2SO4
NH-4＋Cl-→NH4Cl
其中起主要作用的脱硝反应是亚硫酸铵对N02的脱除反应，烧结机的烟气氮氧化物以N02为主，所以氨法有一定的脱硝能力。去氯离子主要是通过干燥机直接将氯化铵干燥而从溶液中脱除。
2.2 氨法烟气脱硫工艺特点
1）氨法烟气脱硫技术是利用液氨或氨水作为脱硫剂，对烟气中SO2进行吸收脱除的一种技术。氨是良好的SO2吸收剂，其溶解度远高于钙基等吸收剂。用氨吸收烟气中的SO2是气-液或气-气相反应，反应速度快，脫硫效率可达95%以上，吸收剂利用率高。因此循环泵的能耗很低，仅为钙法的1/8。
2）氨法工艺适应性强。
3）脱硫剂氨来源广；脱硫副产物硫铵既是氮肥，又是硫肥，是应用前景好、市场容量大的化肥。
4）氨法烟气脱硫工艺还具有一定的脱硝能力，脱硝效率一般为20~40%，而且脱硝还不增加脱硫剂的消耗量。
5）空喷塔的结构和氨法的特点，决定了增压风机压头较小、能耗低，塔内不堵塞、不易结垢。
2.3 硫铵市场预测
我国目前的硫铵年产量是51万吨/年，都是副产品，主要集中在两个己内酰胺厂，南京东方化工厂，湖南岳阳鹰化公司，两家合计约30万吨/年。其余主要是丙烯腈装置、焦化厂、煤气厂等的副产。对硫铵市场的估计有两种途径：一是现实市场的大小，二是可以开拓的市场大小。首先，硫铵仅是氮肥的一个品种。作为氮肥，可以满足需要的有碳铵、尿素、硝铵和磷铵等，而且，这些品种都有大规模的生产工厂，而硫铵却没有生产工厂，只有副产工厂。中国磷肥工业协会的一个估计是，即使仅仅考虑结合复合肥，我国的硫铵需求量将超过500万吨/年。而我国目前的硫铵产量只有约50万吨/年。出口量还很大，仅在亚洲，硫铵贸易量就超过200万吨/年。脱硫装置可年产硫铵~15134吨，根据市场情况，销路完全没有问题。
2.4 氨法烟气脱硫系统不影响烧结主体系统的运行
1）氨法烟气脱硫系统设在烧结主抽风机后，并单独设增压风机克服脱硫系统的阻力，不改变主抽风机的工作负荷。
2）氨法烟气脱硫系统配置性能优良、可靠性高的自动控制系统，保持FGD入口（即主抽风机出口）风压稳定在允许范围内。
3）脱硫系统设置烟气旁路及旁路挡板门。当脱硫系统故障时，控制系统自动（也可人工控制）快速开启旁路挡板门，烟气从旁路直接排入烟囱，脱硫系统与烧结主系统快速解列，而烧结主体工艺系统仍正常运行。因此，氨法烟气脱硫系统不影响烧结主体系统的运行。
3、结论与建议
本项目采用氨法脱硫技术处理烧结机头烟气，能有效地降低SO2及灰尘的排放量，并产生硫铵化肥副产品，既形成局部循环经济，又清洁生产保护了环境，不产生新的二次污染。从经济角度分析本方案每吨处理SO2实际费用，比目前国内电厂以石灰石为原料的石灰石-石膏法明显降低，能实现零成本运行、甚至赢利，技术上经济效益明显；从资源利用角度分析，为资源的开发回收利用开创了一条途径。在SO2浓度、液氨价格及硫氨价格各单因素变化时，年运行费用始终处于收益状态，说明项目具有很强的抗风险能力及收益能力。工程的实施将有效地遏制了生态环境恶化，使有害物质的排放减量化、无害化、资源化达到国家环保要求，符合促进杭钢的可持续发展的战略要求。因此尽快抓紧建设十分必要。
参考文献：
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[2]何宝.钢铁工业烧结烟气脱硫技术的探讨[J].科技和产业.2009（07）
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[4]李春风.对我国烧结烟气脱硫工作的回顾与展望[J].冶金经济与管理.2011（02）
论文作者:包文槐
论文发表刊物:《基层建设》2015年3期供稿
论文发表时间:2015/9/10
标签：烟气论文; 系统论文; 工艺论文; 硫酸铵论文; 浓度论文; 万吨论文; 抽风机论文; 《基层建设》2015年3期供稿论文;