烧结烟气氨法脱硫技术介绍与实践

烧结烟气氨法脱硫技术介绍与实践

樊红星张勇

关键词：烧结烟气；氨法脱硫；技术特点；应用

20世纪90年代以来，中国钢铁工业得到快速发展，中国已经连续9年钢铁产量位居世界第一位。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，但由于钢铁生产过程中消耗大量的燃料和矿石，产生大量的大气污染，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。

一、烧结烟气氨法脱硫原理及工艺流程

1.氨法烟气脱硫原理。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：

用氨将烟气中的SO2脱除，得到亚硫酸铵中间产品。采用空气对亚硫酸铵直接氧化，可将亚硫酸铵氧化为硫铵，反应为：（NH4）2SO3+1/2O2=（NH4）2SO4再将硫铵母液进行真空蒸发结晶，经离心机干燥后，就可得到副产品———硫铵。

图1典型脱硫流程图

2.工艺流程。烧结烟气氨法脱硫工艺流程主要分液氨稀释系统、浓缩降温系统、脱硫系统、硫铵结晶干燥系统。其中，液氨稀释系统主要设备有：超级稀释装置、氨水罐、加氨泵、液氨槽罐车；浓缩降温系统主要设备有：浓缩降温塔、浓缩循环泵、过滤输送泵；脱硫系统主要设备有：脱硫塔、脱硫塔循环泵、稀溶液输送泵、氧化风机；硫铵结晶干燥系统主要设备有：蒸发器、结晶器、硫铵加热器、循环泵、粒度调整泵、离心机、振动流化床干燥机、打包机等。工艺流程简图见图1。

二、氨法脱硫技术难点探讨

国外氨法脱硫技术应用较早，早在２０世纪７０年代初，日本与意大利等国开始研制氨法脱硫工艺并获得成功。随着氨法脱硫工艺的不断完善和改进，进入２０世纪９０年代后，氨法脱硫工艺渐渐得到了应用。

1.氨逃逸。氨法脱硫与其他碱类脱硫不同，吸收液中（ＮＨ４）２ＳＯ３和ＮＨ４ＨＳＯ３水溶液的阳离子和阴离子都具有挥发性。企业为了提高脱硫效率，往往通过提高液气比Ｌ／Ｇ的手段，使得系统ＰＮＨ３升高，即随净化气体由塔排出的氨量也多，因此氨法烟气脱硫工艺所用的吸收液的组成采取合适的液气比，在不影响脱硫效率的情况下，尽量减少ＮＨ３的逃逸。在氨法脱硫工艺中，为了减少氨的逃逸，主要从以下几方面考虑：①采取特殊的吸收洗涤塔结构；②控制塔内的反应温度，使之溶于水，同时保持塔底吸收液较低的ｐＨ值；③增加喷淋层数，采用相对较大的液气比；④烟气排出之前，喷水洗涤，使残留的氨溶于水；⑤采用合适的烟气流速等。通过采取以上措施，可以将脱硫塔尾气中氨的逸出降到最低，使之符合排放标准。

2.气溶胶。气溶胶是指ＮＨ３与ＳＯ２发生反应生成（ＮＨ４）２ＳＯ３后随净化后的烟气排出。在实验室对氨法脱硫过程中气溶胶形成特性进行分析，采取以下措施可望减少其排放量：①通过合理调节脱硫操作条件，以从源头控制气溶胶的生成，如尽可能采用稀氨水和较低的脱硫液温度，但该措施会同时影响气相和液相脱硫效果，在实际应用中，需综合考虑脱硫效果和气溶胶形成两方面因素，从中寻找最佳操作条件；②气溶胶颗粒的脱除，其中通过物理或化学的方法使其长成大颗粒后加以脱除是一种重要的技术途径，如应用蒸汽相变原理，在脱硫塔进口烟气或脱硫净化高湿烟气中添加适量蒸汽，建立蒸汽相变所需的过饱和水汽环境，促进细颗粒凝结长大，长大后的颗粒可由脱硫液、除雾器脱除。

3.系统腐蚀。烟气脱硫装置中存在多种多样的腐蚀，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。烟气中含有的灰分、ＳＯ２、ＮＯｘ、ＨＦ及ＨＣｌ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，对防腐衬里具有很强的扩散渗透破坏能力。对氨法脱硫系统腐蚀问题进行了全面分析，吸收塔内部的腐蚀主要是由浆液中氯化物含量过高引起的点腐蚀以及烟气冲刷带来的磨损腐蚀。根据实验研究和工程应用经验得出，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。

4.亚硫酸铵的氧化。目前广泛采用的压缩空气液相鼓泡氧化亚硫酸铵的方法，约８％～１０％的亚硫酸铵在反应器中被氧化成硫酸铵，剩下８０％～９０％的亚硫酸铵在单独容器中强制通氧进行氧化。此方法不仅因采用压缩空气能耗很高，且难以对高浓度的亚硫酸铵进行氧化。如采用浓度较低的亚硫酸铵氧化，再脱水结晶必然造成更高的能量损耗。日本荏原公司提出了电子束脱硫，通过产生高活性的－Ｏ和－ＯＨ等自由基氧化亚硫酸铵，但此方法依然存在电子枪寿命短、能耗大和辐射高等技术问题。华东理工大学采用酸（硫酸、磷酸和硝酸）分解亚硫酸铵溶液，浓缩得到质量分数８％～１２％的ＳＯ２和空气的混合物，再用Ｖ２Ｏ５／ＳｉＯ２（硅藻土）催化剂将其氧化，同样存在着需要消耗大量硫酸和氨的缺点。

5.硫酸铵的品质。由于烧结烟气中含有较多的铁、铜、锰、锌、汞、铬、铅等金属成分及粉尘，导致氨法脱硫工艺在处理烧结烟气项目中，所产生的副产品硫酸铵的品质较低。目前，国内外氨法脱硫技术在去除上述成分时，多沿用电力行业脱硫方法，以过滤器或离心机等单一物理过滤方式为主，不能根本解决硫酸铵的品质问题。

三、工程应用与实践

2016年3月，某烧结厂2x83m2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65×104Nm3/h，烟气进口SO2浓度为1400mg/m3，烟气进入脱硫岛的温度为130℃~180℃，配套副产品制备系统采用高效真空蒸发结晶技术，经过近几年的实际运行证明，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DL808-2002副产硫酸铵标准，达国标GB535-1995农用硫酸铵合格品标准。继钢厂2×83m2烧结机烟脱硫工程投产后，烧结机二期脱硫工程也相继投产，近期焦化氨回收项目已投产，焦化氨水正源源不断从焦化送至烧结脱硫使用，实现了原定的“以废治废”的目标，成为一个钢铁企业环保治理的典型。通过该项目的运营，总结了大量的经验和教训，主要有如下几点：对原烟气的成分分析的重要性、原烟气成分变化的控制及成分变化对系统造成的危害性、烟气中部分杂质（氯、氟、硫、硫化氢等）对系统的影响、防腐材质的选择以及系统定期检查维护的重要性等等。经过一年多的运营，该运营项目达到南钢既定的生产指标，完成了规定的减排任务，取得了很好的效果，作为烧结烟气脱硫专业化运营的一个成功范例，南钢烧结烟气脱硫专业化运营的很多经验值得同行的借鉴和学习。

经过大量的工程项目的实施和项目的二次研发、实践，氨法烧结烟气脱硫技术已完全适应烧结机尾气处理，系统产生的副产物价值高，系统无废水排放。根据较长时间的运行数据来看，系统的运行费用大大低于其它脱硫工艺，值得在烧结机烟气脱硫领域大力推广。

参考文献：

［１］刘健．氨法在烧结烟气脱硫中的应用［Ｊ］．中国环保产业，2017（2）：26－31．

［２］吴波．氨法烟气脱硫技术及几个问题的探讨［Ｊ］．煤矿现代化，2017（6）：60－61．