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脱硫技术在钢铁生产中的应用

2014-07-15    来源:中国节能网
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[ 导读 ]:截至2012年,全国共建成烧结脱硫设施389台,占烧结机总台数的1 3,实施烟气脱硫烧结机的面积达6.3万平方米,占烧结机总面积的50%。 相关统计
截至2012年,全国共建成烧结脱硫设施389台,占烧结机总台数的1/3,实施烟气脱硫烧结机的面积达6.3万平方米,占烧结机总面积的50%。 相关统计数据显示,2005年到2012年,在我国粗钢产量翻一番的情况下,我国吨钢二氧化硫排放量从4克左右下降到3克左右。

  在肯定成绩的同时,关注的视角应该更多地投向我国钢铁行业烧结烟气脱硫领域的“困局”。为什么还有2/3的烧结机没有配备烟气脱硫装置?是没有技术吗?

  “钢铁行业烧结烟气脱硫工艺五花八门,多达十余种,掰着指头能说出来的就有石灰-石膏法,循环流化床法,氨法,逆向干塔法,喷碱法,镁法,活性炭法……还有很多说不清的方法,甚至还有声称是祖传秘方的方法。”谈到我国烧结烟气脱硫技术,刘炳江有点哭笑不得。

  既然技术不缺,为什么占全球粗钢产量“半壁江山”的我国钢铁行业还没有一个主流的、被广泛认可的烧结烟气脱硫技术呢?除了技术层面的问题,国家的政策导向上是不是也有一些“空白点”?

  我们需要层层深入、细致调查,才能完整呈现我国钢铁行业烧结烟气脱硫的“困局”,也才有可能找到一条适合我国钢铁行业烧结烟气脱硫的发展之路。

  从“湿”向“干”演变

   从全球的角度看,我国钢铁行业配备烧结烟气脱硫工艺起步较晚。资料显示,2004年,我国仅有少数几个钢厂开始采用烧结烟气脱硫技术。目前,烧结烟气脱 硫技术已经在我国得到较多应用,其应用面也在不断扩大。我国烧结烟气脱硫工艺种类繁多,还没有一个主流的工艺脱颖而出。

  我国烧结烟气脱硫目前主要考虑脱除二氧化硫,而对于烧结烟气脱硝、二口恶英、重金属等考虑较少。据了解,除了少数脱硫装置脱硫效率和同步运行率能达到85%以上,大多数脱硫装置脱硫效率、同步运行率达不到设计值,个别企业脱硫效率极低,不到20%。

   相关资料显示,全球最早对二氧化硫排放实施控制要追溯到上世纪70年代。从那时起,部分发达国家就已经在其钢铁企业的烧结工序配备以湿法为主的烟气脱硫 装置。随着公众对自身健康和生态环境的关注日益增强,烧结烟气脱硫技术也不断得到优化,技术进步的结果就是二氧化硫的排放大幅减少。

  北 京科技大学冶金与生态工程学院教授白皓向记者介绍,钢铁行业控制二氧化硫排放的思路主要有前端治理、过程治理和末端治理。所谓前端治理,就是钢铁企业尽量 选用硫含量低的原燃料;过程和末端治理,即对含二氧化硫的烟气实施脱硫处理。从单纯控制二氧化硫排放到更加注重多组分污染物治理,也使得烟气脱硫工艺从最 早的湿法向干法演变。

  日本早期使用的烟气脱硫技术是以石灰石-石膏法、氨法、镁法等为代表的湿法工艺。但是,为了除去烧结烟气中的二口恶英、三氧化硫、氯化氢、氟化氢等酸性物质和重金属污染成分,湿法工艺就显得无能为力了。

  上世纪90年代初,日本一些钢铁企业采用了以活性炭吸附工艺为代表的干法脱硫工艺。进入新世纪,日本政府制定了二口恶英的排放标准,其新建烧结机烟气处理工艺全部采用活性炭吸附工艺。目前,活性炭吸附工艺已经成为日本烧结烟气脱硫的主流。

   欧洲钢铁企业使用的原燃料含硫量较低,因此欧洲建设的烧结烟气脱硫装置较少,其烟气治理的重点是粉尘和二口恶英。所以,欧洲采用的污染治理工艺大多为能 去除二口恶英、重金属的干法工艺。例如,旋转喷雾干燥法(SDA),NID干法烧结烟气脱硫工艺,MEROS烟气净化干法脱硫工艺、CFB循环流化床法干 法脱硫工艺等。

  从日本和欧洲烧结烟气脱硫工艺应用情况来看,国外烧结烟气脱硫的发展趋势是由“湿”到“干”。

  从单纯脱硫到资源回收

  我国的硫储量并不丰富,但对硫的消费需求巨大,目前对硫资源的对外依存度较高。

  “我国每年大气污染减排下来的二氧化硫有4000万吨,而我国每年要进口1800万吨左右的硫磺。”一位业内人士告诉记者。

  据介绍,日本的烧结烟气脱硫从一开始就非常注重二氧化硫减排后的资源回收利用。例如,1989年,JFE采用氨-硫酸铵法进行烧结烟气脱硫,利用焦炉气体中无用的氨与烧结烟气中的二氧化硫反应回收硫酸铵。硫酸铵是一种优良的氮肥。

  新日铁住金公司名古屋制铁所的3台烧结机应用了利用活性炭吸附原理的烧结烟气脱硫、脱硝装置。经过该工艺产生高浓度二氧化硫,然后将其送往副产品回收装置利用,生产高浓度硫磺(纯度达99.9%以上)或浓硫酸(纯度98%以上)。

  从国内主要钢铁企业烧结烟气脱硫现状来看,少数先进的企业不仅仅注重烟气脱硫本身,而且注重对硫资源的高效回收利用。然而,对于大多数钢铁企业而言,烧结烟气脱硫水平参差不齐,对硫资源的回收利用更是无从谈起。

  据介绍,烟气循环流化床干法(LJS)是宝钢采用的烧结烟气脱硫重点工艺之一。LJS工艺是一种集高效脱硫、脱硝、脱二口恶英、脱酸、脱重金属等多组分污染物协同净化技术。宝钢在烧结烟气脱硫、脱硝、烟气除尘处理后,注重了对废弃物的回收利用,生产脱硫石膏等。

   太钢选择活性炭法脱硫脱硝及制酸一体化装置治理烧结烟气污染物。太钢烧结烟气脱硫脱硝工艺系统由烟气系统、脱硫系统、脱硝系统以及相应的电气、仪控(含 监测装置)等系统组成。太钢烧结烟气活性炭法脱硫脱硝与制酸系统投入使用以来,粉尘、硫氧化物、氮氧化物的排放大幅降低。太钢利用脱硫副产物制造浓硫酸, 每年可以达到近万吨,全面用于太钢轧钢酸洗工序和焦化硫酸铵生产。

  武钢烧结烟气脱硫技术采用的是法国开发的NID工艺,它的原理是利用 石灰或熟石灰来吸收二氧化硫,脱硫装备作业率达到95%以上,脱硫率可达90%以上。然而该工艺最值得关注的问题是是脱硫灰渣的使用范围受限,其脱硫副产 品为硫酸钙、亚硫酸钙等的混合物,目前无稳定的用途。

  “今后,全球硫资源需求的85%会从资源开采转向捕获利用。”有关专家说,实现“大气硫污染减排”向“硫资源捕获利用”转变,可以降低我国硫资源的对外依存度、实现硫资源基本自给。

  然而,在脱硫产物回收利用方面,产业政策却处于缺失状态,因此相关政策的及时补位显得尤为迫切。对于产业政策导向的“缺位”,有关专家认为,国家亟需从监管、科技、投资等方面及时“补位”,促进我国钢铁行业烧结烟气脱硫的战略转型。

  国家有关部门应该将脱硫烟气总量减排与脱硫副产物综合利用的监管、核查并重。据记者了解,有的钢铁企业宁愿受罚,也不愿意花大量投资去建设运行费用昂贵又无直接经济效益的脱硫设施。此外,不安装在线监测设备、篡改数据、信息失真……这些现象比比皆是。

   在脱硫副产物监管、核查方面,要有相关的奖励惩罚措施。例如,脱硫石膏用得好的企业应该得到奖励,大量堆放造成二次污染的应该有相应的惩罚措施。“加强 对脱硫副产物的监管核查,还是打击企业信息、数据造假的有力措施,因为脱硫副产物是实实在在的东西,不好造假。”专家说。

  国家应该对脱硫副产物综合利用共性关键技术前期研发、创新提供支撑。烧结烟气成分复杂,含有重金属、二口恶英、氯化氢、氟化氢等多种污染物,导致石膏、硫酸铵、脱硫渣等脱硫副产物品质较差,资源化利用难度较大,存在二次污染隐患。

  脱硫副产物回收利用要规模化、产业化,还必须解决投资的问题。“投资仅靠企业难度是非常大的,因为资源综合利用的投资是很大的。”有关专家建议,国家应该出台相关信贷支持政策。规模效益一方面使得生产成本降低,另一方面能大大提升相关产业的国际话语权。

  钢企应选什么技术?

  按照大气污染物特别排放限值的规定,新上烧结机、球团焙烧设备的二氧化硫特别排放限值为180毫克/立方米,氮氧化物(以二氧化氮计算)特别排放限值为300毫克/立方米,氟化物(以氟计算)为4.0毫克/立方米,二口恶英为0.5ng-TEQ/立方米。

  据报道,北京6月份的雾霾天气达到18天,比常年同期的3.2天明显偏高。夏季用电高峰、冬季采暖压力,雾霾天气已经成为公众最关注的问题之一,也是政府要下决心解决的突出问题。

  因此,不排除国家会出台更加严格的二氧化硫排放标准。钢铁企业要顺应这一趋势,做好烧结烟气脱硫这篇可能会影响企业生存的大文章。

  从技术发展本身的角度以及火电脱硫的发展趋势看,未来,钢铁烧结烟气脱硫技术将更加成熟,脱硫装置运行将更加稳定,脱硫效果将进一步得到体现。钢铁企业要重点考虑的是:结合自身实际,顺应环保治理趋势,采用先进可靠适用的技术。

   从单纯考虑脱硫到脱硫一体化。据悉,除了烧结烟气脱硫,国家还将出台烧结烟气脱硝的具体规定。因此,钢铁企业在烧结烟气脱硫的同时,必须考虑除尘、去除 二口恶英、重金属、氯化氢、氟化氢和有机、VOC等多组分污染物。从全球烧结烟气脱硫技术发展趋势来看,我国烧结烟气脱硫应优先采用以干法为主的,具有脱 除多种污染物的脱硫技术。

  既要考虑脱硫,又要考虑副产品的回收利用。当前,我国钢铁行业运行面临的形势十分严峻,其中生产成本高成为突 出的压力之一。如果能对烧结烟气脱硫副产物实现高效回收利用,对于钢铁企业降低生产成本具有重要的现实意义。钢铁企业选择具体烧结烟气脱硫工艺时,除了考 虑首先满足减排二氧化硫总量达标的条件下,还要充分考虑副产品的利用问题,实现循环经济运行模式,使企业在治理环境的同时,降低企业的成本和减少二次污染 的风险。

  钢铁企业要重点关注工艺设备运行的稳定性、可靠性,选择能够安全可靠运行的脱硫技术作为烧结工序的子系统。在此基础上,还必须 考虑投资和运行成本。在设备运行稳定可靠的前提下,尽量选择投资小、运行成本低的技术。这可以有效避免设备功能过剩给企业带来的负担,也符合我国钢铁企业 目前的实际情况。

  按照烟气脱硫的工艺特点可将脱硫技术分为三大类:湿法脱硫技术、半干法脱硫技术、干法脱硫技术。湿法脱硫技术包括石灰-石膏法、氨-硫酸铵法、镁法等;半干法脱硫技术包括:密相塔法、循环流化床法、MEROS法等;干法脱硫技术包括活性炭吸附法等。

  石灰-石膏法

  据介绍,石灰-石膏法的原理是采用石灰石或石灰作为脱硫吸收剂,当采用石灰石为吸收剂时石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液;当采用石灰为吸收剂时,石灰粉经消化处理后加水制成吸收剂浆液。

   在吸收塔内,吸收浆液与被冷却塔冷却增湿后的烟气接触混合,烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓人的氧化空气进行化学反应从而被脱除,氧化后的浆液 再经浓缩、脱水,生成纯度90%以上的石膏。由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵,反复循环与烟气接触,吸收剂利用率很高,脱硫效率也较高。

  石灰-石膏法脱硫效率高、吸收剂成本低廉易得,所得产物石膏可以作为建筑材料。但是该工艺占地面积大,投资运行费用高,须消耗大量的水且废水处理成本高,容易造成结垢堵塞,还会带来二次污染。

  MEROS法

  MEROS法,即高性能烧结废气净化工艺。该工艺是基于带有选择性废气循环利用脱硫系统,选择废气循环系统可以使脱硫烟气减少近40%,从而大大降低脱硫系统的工作负荷,减少占地面积,大幅降低综合投资和运行成本。

  废气循环利用是基于一部分烧结热废气,包括烧结抽风系统和热矿冷却系统的两类废气,被再次引入烧结过程的原理。热废气再次通过烧结料层时,其中的二噁英、氮氧化物和粉尘能够被部分吸附并滞留于烧结层中,废气中的一氧化碳在烧结过程中再次参加还原。

   MEROS可以采用小苏打、生石灰或熟石灰作为脱硫剂。小苏打有较高的脱硫效率,消耗量也相对较低,但其成本高于生石灰或熟石灰。如果使用生石灰作脱硫 剂,需要在系统增加石灰消化器,通过向消化器内喷入一定量的水使生石灰消化为熟石灰,系统对消化器性能要求比较高,要求消化后的熟石灰符合MEROS工艺 的要求。

  活性炭法

  活性炭干法烟气净化技术在上世纪50年代从德国开始研发,上世纪60年代日本也开始研发。最终形成 了日本住友工艺、日本J-POWER(MET-Mitsui-BF)和德国WKV等几种主流工艺。开发成功的活性炭脱硫与集成净化工艺在世界各地多个领域 得到了日益广泛的应用。

  活性炭净化以物理-化学吸附和催化反应原理为基础,能实现一体化脱硫、脱硝、脱二噁英、脱重金属、脱卤化氢及除 尘的烟气集成深度净化,具有高度环保、深度节水、集成净化、资源回收、适应面广、运行稳定等优点,适应烧结烟气流量、组分和温度的波动,回收二氧化硫制造 浓硫酸,不排放废水、废渣和废气,无二次污染,是适应烧结烟气脱硫和集成净化的先进环保技术。

  视点

  政策环境与导向须优化和明确

  从记者的调查可以看出,烧结烟气脱硫技术种类繁多、各有特点。我国烧结烟气脱硫技术目前的乱象和“困局”,究其根源有技术本身的原因,也有非技术因素。其中,国家政策环境、政策导向的进一步优化与明确是重中之重。

  目前,我国对烧结烟气脱硫主要是限制性政策,例如对硫氧化物排放的限制,支持性政策明显缺失。一方面,对烧结烟气脱硫做得好的企业缺少扶持,另一方面对硫氧化物超标排放行为处罚力度不够。这严重阻碍了烧结烟气脱硫工艺在钢铁企业的进一步推广和应用。

  据了解,很多钢铁企业在二氧化硫治理方面尚需独立承担经济、技术风险,使得烧结烟气脱硫装置的实际投资和运行费用让企业难以承受,企业脱硫的积极性也无法调动,烧结烟气脱硫工程建设进展缓慢。

  如何从政策支持上调动钢铁企业配套烧结脱硫工艺的积极性呢?有关专家建议,可以借鉴电力行业“脱硫电价”经验,出台助力烧结烟气脱硫的支持政策。例如,从运行费用、脱硫剂消耗、减排实绩等方面予以支持,切实降低企业实际投资和运行费用。

   目前,我国并不缺烧结烟气脱硫技术,最缺的是产业政策或技术政策上对技术的引导。国内还没有权威部门对已建成烧结机脱硫装置的实际运行效果进行评估,就 目前现有生产条件下需要上的脱硫项目采用什么工艺没有专业性的指导。这在一定程度上导致了大量建好的脱硫装置不能很好地发挥作用,甚至成为企业的负担。

   部分钢铁企业在工程招标过程中极不规范,只想着降低成本,而忽略了对技术供应商、工程承包商资质的考察,最终技术选择、设备选型、工程设计等环节存在较 大漏洞,导致设备达不到设计规范,运行效果大打折扣。在这方面,国家有关部门也应该出台有关细则,加大对招标过程的监管和核查。这可以有效避免设备“带病 运行”以及豆腐渣工程。

  对于烧结烟气脱硫副产物的综合利用,国家应该出台明确的政策导向。如前所述,我国的烧结烟气脱硫政策更多的是对排放总量进行监管,而对脱硫副产物的综合利用缺少财税、融资、技术等方面的政策导向。

   当然,阻碍脱硫副产物综合利用的还有相关技术上的瓶颈。因为,烧结烟气成分复杂,含有重金属、二口恶英、氯化氢、氟化氢等多种污染物,导致石膏、硫酸 铵、脱硫渣等脱硫副产物品质较差,资源化利用难度较大,存在二次污染隐患。这也要求国家在政策配套中加大对相关工艺技术研究的支持力度。

   在烧结烟气脱硫推广应用、脱硫副产物综合利用方面,有关专家还提出用市场化的手段加以推进。例如,允许民间资本进入,采用多种融资方式由脱硫公司负责烧 结烟气脱硫装置建设、运行和管理,环保部门和钢铁企业共同确定考核脱硫公司的指标。钢铁企业则按二氧化硫处理量付给脱硫公司费用,以此积极推进污染治理市 场化。

  总之,要摆脱我国烧结烟气脱硫“困局”,迫切需要国家政策环境的逐步优化和政策导向的进一步明确。同时,应该解放思想,积极学习借鉴国外先进的做法,通盘考虑,系统布局,合力破解烧结烟气脱硫难题。

 
关键词: 应用 钢铁 技术
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