２０１１年第３期 冶金环境保护 ３７ 烧结烟气氨法脱硫技术介绍与分析 罗海兵李啸 武汉４３００７１） （武汉都市环保工程技术股份有限公司 湖北摘 要 本文以某钢厂烧结机头烟气脱硫工程为例，简要的介绍了一种适于钢厂烧结机烟气处理 的氨法脱硫工艺，对该工艺中的几个技术要点进行了分析和讨论。 关键词 烧结烟气脱硫 氨法脱硫 技术要点 １ 前言 等杂质。 随着国民经济的高速增长，钢铁工业在 相当长的一段时间内仍将持续发展，由于钢 铁生产过程中消耗大量的燃料和矿石，产生 大量的废气，对环境的影响不断加重，这已 成为制约钢铁工业可持续发展的瓶颈 之一。 ２烧结烟气氨法脱硫原理及工艺流程 烧结烟气氨法脱硫是用液氨或氨水作为 吸收剂，使用含（ＮＨ ） ｓＯ，、（ＮＨ ） ｓＯ 、 ＮＨ ＨＳＯ 的混合溶液来循环吸收ＳＯ 。在吸 收液中，主要是以（ＮＨ ）：ＳＯ，来吸收ｓＯ。，在 吸收段发生反应为（ＮＨ ）：ｓＯ ＋ｓ０：＋Ｈ：０ ＝在烧结工艺中，绝大部分的硫被燃烧生 成二氧化硫，烧结烟气的大气排放已对环境 ２ＮＨ ＨＳＯ ，在补氨过程中ＮＨ ＨＳＯ 与氨 反应后生成（ＮＨ ） ＳＯ ，反应生成的 造成严重污染，烧结机在烧结过程中产生的 烟气中的ＳＯ 浓度是变化的．属于低浓度的 （ＮＨ ）：Ｓ０，通过鼓风强制氧化，转化为 （ＮＨ ） ＳＯ 。一定浓度硫酸铵溶液进入副产 烟气脱硫，研究总结发现烧结烟气有如下一 些特点： 品制备系统，通过结晶工艺得到硫酸铵晶体， 进入离心干燥系统，得到成品硫铵。 （１）由于漏风率高（４０％～５０％）和固 氨法工艺流程从功能上可分为三部分：脱 硫剂供给系统、脱硫系统以及副产品制备系 统。在脱硫系统主要设备有脱硫塔、浓缩降温 塔、吸收循环泵、浓缩循环泵、氧化风机；副产 品制备系统主要设备有蒸发器、结晶器、硫铵 加热器、循环泵、粒度调整泵、离心机、振动流 体料循环率较高，有相当一部分空气没有通 过烧结料层，使烧结烟气量大大增加，每产生 １ ｔ烧结矿大约产生４ ０００～６ ０００ ｍ。烟气。 （２）烟气温度较高，随生， 负荷的变化， 烟气温度一般在１２０～１８５℃。 （３）烟气携带粉尘多。粉尘主要有矿 化床干燥机以及包装机等；脱硫剂供给部分有 吸氨器、氨水罐、软水罐、冷却塔、液氨槽车以 及相关输送泵等。脱硫部分典型流程见图１。 流程描述：来自烧结机主抽风机后的烟 气，经增压风机升压进入浓缩降温塔，在浓缩 粉、金属、金属氧化物或不完全燃烧物质组 成，一般浓度达８０～２００ ｍｇ／Ｎｍ ，平均粒径 ０．１～３５ ｍ。 （４）含湿量大，按体积比算，一般在ｌ０％ 左右。 降温塔依靠高温烟气的热量蒸发溶液中的水 （５）含ＳＯ 浓度较低，根据原料和燃料 的差异变化，一般在１ ０００～３ ０００ ｍｇ／Ｎｍ 。 分，浓缩后的硫铵溶液进入硫铵制备系统，同 时烟气被洗涤降温至８０～１００℃后进入脱硫 塔。在脱硫塔内烟气继续增湿降温，并吸收 （６）烧结烟气含氧量高，约１４％～１８％。 （７）烧结机的烟气含有一定量Ｈ Ｓ和Ｓ 烟气中的ＳＯ，，低浓度的循环溶液在脱硫塔 冶金环境保护 ２０１１年第３期 睾 区 圈 副 聒 榛 翟 Ｈ 匦 ２０１１年第３期 冶金环境保护 ３９ 同时完成吸收和氧化过程。在脱硫塔内通过 整优化。在脱硫塔中，为了保证脱除ＳＯ 的 效率，在循环量确定的情况下，必须保证循环 补充脱硫剂来维持循环液的ｐＨ值在５．０～ ５．５之间。在浓缩降温塔，烟气中的一部分 烟尘被喷淋液洗涤下来，并通过灰渣处理系 统脱除溶液中的灰渣，提高副产品硫铵的 品质。 液ｐＨ值（一般控制在５．５～６．０）相对稳定， 在工程中，一般是采用控制ｐＨ值来控制吸 收效率，控制吸收液密度来控制系统的质量 平衡。 ３．３亚硫酸铵的氧化 在副产品制备系统中，利用低压蒸汽作 为蒸发器的热源，真空蒸发稀硫铵溶液，蒸发 亚硫酸铵的氧化，根据溶液浓度的不同 得到的二次蒸汽作为结晶器的热源，蒸发器、 硫铵加热器、结晶器、循环泵以及相应真空管 路利用抽真空系统维持在真空下操作，以节 约能源。 ３ 烧结烟气氨法脱硫的几个技术要点 氨法脱硫是个成熟脱硫技术，在国外七 八十年代就有工业应用的实例，主要技术商 有美国ＭＡＲＳＵＬＥＸ公司、德国Ｌｕｒｇｉ Ｌｅｎｊｅｔｓ Ｂｉｓｃｈｏｆｆ公司、日本ＮＫＫ钢管公司。近几年 随着环保的日益严厉，大量烟气脱硫装 置投人运行，氨法脱硫技术也在实际应用中 日趋完善，氨法脱硫工艺的优越性逐步显现， 尤其在钢厂烧结烟气脱硫领域，很多企业选 择了氨法脱硫工艺。在此结合钢厂烧结烟气 氨法脱硫工艺，分析氨法脱硫的几个技术 要点。 ３．１ 吸收剂的选择 氨法脱硫的吸收剂为液氨或氨水，在钢 铁联合企业可优先考虑利用： 炉煤气中的氨 或废氨水作为吸收剂，可将烧结烟气脱硫和 焦化脱氨结合，达到以废治废、发展循环经济 的目的。 ３．２系统参数选择 脱硫系统参数的选择很复杂，涉及的因 素很多，需建立在大量的实验研究和工业试 验基础之上。首先应根据烟气量和空塔气速 决定塔径，再根据循环溶液一 ＳＯ 的反应特 性、烟气流速、塔型等因素决定传质系数，然 后建立传质系数、空塔流速、喷雾滴径、吸收 面积、反应温度、喷淋密度等关系的传质模 型，用理论方法确定部分参数，比如传质系 数、流速、喷淋密度等，然后；生工业试验中调 分为两类，其一，低浓度氧化，一般控制在 １ ｍｏｌ／Ｌ总盐浓度以下，氧化风可采用常压鼓 风或压缩空气；其二，较高浓度氧化，总盐质 量浓度可达到２７％以上，采用加压或催化氧 化。根据钢厂烧结烟气的特点，烧结烟气氨 法脱硫工艺中亚硫酸铵的氧化可利用烧结烟 气的特性，在脱硫塔内进行分级氧化，辅助常 压鼓风氧化。 ３．４灰渣处理技术 烧结烟气携带粉烟尘较多，主要有矿粉、 金属、金属氧化物或不完全燃烧物质组成。 经过电除尘器后的烧结烟气含尘达８０～ ２００ ｍｇ／Ｎｍ ，平均粒径０．１～３５ ｍ；不同的 矿石原料和工艺，烟尘的成分和平均粒径有 所不同。在脱硫系统中，灰渣的富集影响副 产品的品质和系统的稳定运行。根据烧结 烟气氨法脱硫系统的特点，灰渣处理可为过 滤工艺或沉淀工艺。过滤工艺是采用孔径 比所需捕集颗粒粒径小的薄层过滤介质来 捕集颗粒，灰渣在过滤介质表面形成的滤饼 层薄，再通过排渣去除杂质；沉淀工艺是利 用烧结烟气烟尘的特性进行自然沉淀，烟尘 主要成分为无机颗粒，密度较大，烟尘颗粒 粒径很小，动力稳定性很好，其沉淀时间较 长，一般需１２～１８ ｈ，沉淀浓缩后的污泥可 采用压滤机或离心脱水机进行脱水处理，从 而达到固液分离，得到的灰渣返回烧结配料 使用。 ３．５防腐蚀技术 在烟气脱硫装置中存在多种多样形式的 腐蚀。主要有化学腐蚀、高温腐蚀、结晶腐蚀 以及磨损腐蚀。吸收塔的腐蚀主要发生在进 冶金环境保护 ２０１１年第３期 气区段、反应区段和烟气离开吸收塔进入烟 囱之前的区段。烟气中含有的灰份、ＳＯ，、 ＮＯ ＨＦ、ＨＣ１及盐雾等都是腐蚀源，在脱硫 过程中对钢制设备具有很强的腐蚀性，对防 调整泵等技术。 ３．７特殊杂质的影响 在烧结工艺中，由于烧结操作的变化，使 得烧结烟气可能含有一定量的Ｈ Ｓ和Ｓ杂 腐衬里具有很强的扩散渗透破坏能力。研 究发现，吸收塔内部的腐蚀主要是由于浆液 质。杂质进入脱硫系统，引起一些副反应，对 脱硫系统有一定的影响，在工程设计时应充 中氯化物的含量过高引起的点腐蚀以及烟 气冲刷带来的磨损腐蚀。根据实验研究和 分考虑。 ４副产品硫酸铵市场分析 工程应用经验，在氨法脱硫装置中要特别注 意如下几点，如干湿烟气交界面宜采用 Ｃ２７６内衬，低温介质管道宜采用玻璃钢或 工程塑料，高温介质管道宜采用双相钢或以 上材质，吸收塔根据工程投资情况，考虑采 用全玻璃钢或碳钢内衬乙烯基玻璃鳞片树 脂防腐。 由于烧结烟气脱硫是十分复杂的物理和 化学过程，脱硫装置结构庞大，运行周期长，以 及维修困难等，实际应用中对防腐蚀提出了比 一般化工过程更高的要求，采用合适的防腐材 质是烟气脱硫装置正常运行的重要保证。 ３．６真空蒸发及结晶技术 蒸发结晶就是利用各种流程使溶液在生 产的工况下达到过饱和，从而使结晶析出。 在烧结氨法烟气脱硫的副产品制备工艺系统 中，采用了高效的真空蒸发结晶技术，主要设 备有蒸发加热器、硫铵加热器、真空结晶器以 及循环泵等。 来自脱硫系统大约３Ｏ％质量浓度的硫 铵溶液，在进入蒸发器，在蒸发器中被低压 蒸汽加热，在蒸发器上部分离蒸汽后，由下 降管进入结晶器生长区底部，然后再向上方 流经晶体流化床层，过饱和得以消失，晶床 中的晶粒得以生长。同时蒸发器的二次蒸 汽通过硫铵加热器将热量传递给结晶器内 循环液，补充结晶器溶液蒸发带走的热 量。当结晶器中粒子生长到要求的大小 时，利用出料泵抽出部分晶浆至稠厚器收 集晶粒，再送至排至离心机脱水分离。为 了得到较高品质的硫铵产品，在结晶系统 的设计上采用了搅拌桨、分级腿以及粒度 硫酸铵被称为肥田粉，含有氮和硫两种 营养元素，对植物的生长比较有利。硫酸铵 既可作为单独的肥料，也可作为复合肥的原 料，还可以用来生产硫酸钾。我国目前硫铵 产量为１５１万ｔ／ａ，主要为己内酰胺厂、丙烯 腈装置、焦化厂、煤气厂的副产品。据中国磷 肥工业协会估计，即使仅考虑生产复合肥，我 国硫铵需求量将超过５００万ｔ／ａ。在钢铁企 业，均有焦化厂，其对副产品硫铵的销售不存 在问题。 ５工程应用 武汉都市环保工程技术股份有限公司已 于２００７年在柳钢烧结厂２×８３ ｍ 烧结机头 尾气处理上成功地应用了氨法脱硫技术，这 是国内湿式氨法脱硫技术在钢厂烧结烟气脱 硫工程的首次应用，也是国内处理烟气量较 大的氨法脱硫装置之一。 系统设计处理烟气量为６５×１０ Ｎｍ ／ｈ， 烟气进口ｓ０：浓度为１ ４００ ｍｇ／ｍ ，烟气进入 脱硫岛的温度为１３０～１８０℃，处理后烟气采 用塔基湿烟囱高空排放，配套副产品制备系 统采用高效真空蒸发结晶技术，经过近四年 的实际运行证明，该系统脱硫效率高达９０％ 以上，副产品硫酸铵色泽较白，含氮量达 ２０．８％，水分低于０．２，游离酸含量小于 ０．０５，超过电力行业标准ＤＬＳ０８—２００２副产 硫酸铵标准，达国标ＧＢ５３５—１９９５农用硫酸 铵合格品标准。 参考文献 ［１］ 肖文德，吴志泉．二氧化硫脱除与回收．北 京：化学工业出版社，２００１ （下转第２６页） 冶金环境保护 ２０１１年第３期 收费标准，未经处理堆弃废渣，每吨渣征收 ２５元排污占地费，这部分每年又可以节省 １ ０００万元。 性高。 处理后的钢渣可以实现资源化利用，将 不再堆弃，减少占地，钢渣得到回收利用后， 减少了沙石料的开采，保护了林地，钢渣中金 属铁资源回收利用也会降低铁矿石的开采 量。处理后的钢渣可以用来生产水泥和混凝 土掺合料，１ ｔ水泥要消耗１．１ ｔ石灰石和 ０．１８ ｔ粘土质原料，以年处理４０万ｔ钢渣计， 一合计以上４项，４０万ｔ／ａ钢渣处理生产 线每年可产生经济效益２ ３１０万元。 ５．２节能减排的贡献 钢渣余热自解处理工艺解决了钢渣的稳 定性问题，从而为钢渣的资源化利用创造了 条件。处理后的钢渣可以用来生产水泥和混 凝土掺合料。生产水泥能耗高，污染也比较 严重。 年多节约铁矿石资源５ ８００ ｔ（按照每年多 回收３ ２００ ｔ金属铁计）。可节约石灰石资源 约４０万ｔ，节约粘土资源７．２万ｔ，还可以节 约排污占地。 ６ 结论 生产水泥主要原料是石灰石。高温煅烧 熟料，在煅烧时石灰石分解，有４４％质量的 ＣＯ：排放到大气中，燃料燃烧也放出ＣＯ ，每 生产１ ｔ水泥会产生０．８１５ ｔ ＣＯ，。钢渣中 （１）采用钢渣余热有压自解技术实现了 热态钢渣自解粉化和稳定化处理。充分利用 ＣａＯ是以每吨钢铁渣粉与水泥相比可节约煤 ２５ ｋｇ，节电３０ ｋＷ・ｈ，少排ＣＯ２ ０．８１５ ｔ。以 热态钢渣（６００～９００℃）余热，节约能源。 （２）在自解罐中喷水产生０．３～０．７ ＭＰａ 的水蒸气，消解钢渣中ｆ－ＣａＯ和ｆ－ＭｇＯ，钢渣稳 ４０万ｔ钢铁渣粉计算，每年可节约标准煤１ 万ｔ；每年节电１ ２００万ｋＷ・ｈ；每年少排放 ３２万ｔ ＣＯ２。硅酸钙形态存在，生产钢铁渣 定化处理时间为３—３．５ ｈ，较常压池式余热自 解处理工艺缩短８ ｈ、减少占地面积约２５％。 粉不需高温煅烧，因此没有ＣＯ，放出。 ５．３环境效益 （３）余热有压自解处理后的钢渣粉化率 高，渣铁分离效果好，明显改善钢渣中金属铁 的可选性，降低钢渣进一步加工处理的成本。 处理后的钢渣稳定性好，可以用于生产水泥 采用本工艺处理钢渣形成工业化生产 后，钢渣的处理都实现设备化和自动化，在处 理过程中不会粗放外排粉尘和蒸汽，大大改 和混凝土掺合料，实现钢渣高附加值利用。 该技术符合钢渣处理发展方向，符合国家循 环经济。 善渣场及周边环境，渣场工人摆脱在高温和 高粉尘的情况下进行操作的恶劣环境，安全 （上接第４Ｏ页） ［２］ 杨世明，陶文铨．传热学．第三版北京：高等 硫酸工业，１９７３，（１）：１—１２ ［４］ 缪天成．我国治理二氧化硫污染的历程和建 教育出版社，１９９８ ［３］ 横井正男．日本炼钢厂烟气脱硫装置开发． 议．硫酸工业，２０００，（１）：Ｉ一６
