烧结作为钢铁生产重要工序,保证了高炉炼铁炉内料柱的透气性,能有效提高炉料含铁品位,与此同时,烧结工序也向大气中排放了大量的SO2等污染物质,导致大气环境不断恶化,酸雨增加。为进一步降低大气污染。
2019年4月28日由国家五部委联合颁布的《关于钢铁行业超低排放的意见》明确烧结机及球团焙烧烟气颗粒物、SO2、NOx排放浓度分别不高于10、35、50mg/N3,钢厂烧结机烟气脱硫脱销除尘装置面临大面积提效改造。
烧结烟气SO2的形成及特点:
根据数据统计,在钢铁冶炼过程中约48%的NOx和51-62%的SOx来自铁矿烧结工艺,烧结烟气已成为钢铁企业SO2和NOx的产生来源。
铁矿石中的硫多数为硫酸盐、硫化物,固体燃料( 如煤粉) 带入的硫则多为有机硫。烧结过程中,一些有机硫及90% 以上硫化物( FeS2、CuS、PbS、CuFeS2、ZnS 等) 在干燥预热带、燃烧带分解后,很快氧化为SO2被释放; 由于分解需较高温度及较长的时间,85%左右的硫酸盐( MgSO4、CaSO4、BaSO4等) 将在燃烧带被分解释放SO2; 一些有机硫在干燥预热带以H2S、CS2的形式析出; 其余无机硫及有机硫被固定在烧结矿中。
烧结机SO2浓度排放特点为机头、机尾低,中后部高。SO2浓度由铁矿粉、燃料、生产负荷、添加物成分及熔剂等决定,一般在300~2000mg/m3,为满足排放限值180mg/m3 的要求,需要脱硫效率大于91%; 当排放量高于7000mg/m3 以上,此时需要脱硫效率大于97.4%。
烧结烟气量大,一般在1500~2500m3/t( 烧结矿) 。通常烟温较高,在120-180 ℃左右,机尾处风箱烟温较高,一般在350~400℃。烟气含湿量大,且含有腐蚀性气体,如SO2、NOx、HCl、HF 等,一旦烟温降低将产生强酸性冷凝液滴,造成严重的设备腐蚀。
烧结工艺本身具有不稳定性,烧结烟气量、SO2浓度、温度均有剧烈升降,且频繁波动,其中烟气量一般为设计流量的0.5~1.5 倍。
烧结烟气脱硫工艺
烧结烟气脱硫工艺种类很多,下图为烧结烟气集中高效脱硫脱硝的方法,该方法是将烧结机沿入料端至出料端方向的烟气依次分为前段、前中段、中段、中尾段和尾段五部分烟气,将前中段烟气循环利用,使NOx集中排放到烧结机中段烟气中,中段高NOx烟气与中尾段烟气经过换热器换热,与尾段高温烟气汇合使烟气温度大于250℃满足SCR法脱硝要求。换热后的烧结机中尾段高SOx烟气进行脱硫。脱硫后的烟气、脱硝后的烟气与烧结机前段烟气合并,经烟囱进行排放。
烟气脱硫根据处理时加水与否及其产物是否含水可将其分为湿法、半干法、干法3大类。湿法主要有石灰石- 石膏法、氧化镁法、氨- 硫铵法、双碱法、离子液法、钢渣脱硫法;
半干法主要有密相干塔法、旋转喷雾法(SDA)、循环流化床法; 干法主要有活性炭吸收法。
湿法约占82.7%,湿法脱硫主要以石灰石-石膏法为主,约占比72.4%; 半干法、干法约占17.3%,半干法脱硫中循环流化床法应用广泛,约占比44.9%。
不同脱硫工艺之间的比较
脱硫方法 |
石灰/石灰石法 |
氨法 |
镁法 |
钠-钙双碱法 |
脱硫塔体积 |
适中 |
小 |
较小 |
小 |
所需脱硫剂 |
石灰/石灰石 |
氨水 |
氧化镁等 |
钠碱及石灰 |
消耗脱硫剂 |
石灰/石灰石 |
氨水 |
氧化镁等 |
钠碱及石灰 |
脱硫产物 |
石膏 |
硫酸铵 |
硫酸镁 |
石膏 |
脱硫效率 |
高 |
高 |
高 |
高 |
腐蚀问题 |
较轻 |
明显 |
较轻 |
很轻 |
系统能耗 |
中 |
中 |
中 |
低 |
是否易结垢 |
偶然 |
下游烟道 |
否 |
否 |
二次污染问题 |
无 |
明显 |
少 |
无 |
工艺的经济性 |
好 |
好 |
一般 |
很好 |
设备维护
湿法中脱硫塔入口与烟道干湿交界处金属壁面易出现腐蚀、堵塞现象; 半干法中密相干塔法腐蚀、糊袋、挂壁比较严重,循环流化床法、旋转喷雾法(SDA) 法设备不需防腐,但SDA 法管道易出现结垢、堵塞问题; 活性焦法无需防腐,无堵塞现象。石灰石-石膏法、SDA法、活性炭法设备易磨损。
湿法产生大量含氯离子和重金属的废水,处理难度较大; 半干法、干法则无废水污染现象。
总结:
1、湿法脱硫对设备容易造成腐蚀,其中双碱法气液比小,双碱法是采用钠基脱硫剂进行塔内脱硫,由于钠基脱硫剂碱性强,吸收SO2后反应产物溶解度大,不会造成过饱和结晶,造成结垢堵塞问题,相比较石膏法脱硫更适合采用ZS-1041/ZS-711/ZS-1033等涂层对塔体进行防腐。
2、湿法脱硫工艺,喷淋区域和界面区域腐蚀和磨损较强,需加强涂层厚度,设计涂层厚度不低于0.8毫米。
3、采用喷碱吸收塔脱硫设备防腐
德龙钢铁和天柱钢铁 选用防腐产品ZS-1041和ZS-1042,应用时间超2年,连续订购2次。中冶京诚设计邯郸某钢厂碱喷塔,应用产品ZS-711,应用时间超2年,客户基本满意。