（环境工程专业论文）钢铁行业烧结机烟气脱硫最佳适用技术研究.pdf

河北科技大学学位论文原创性声明 l i i ii iii i iii ii ii i i iiil y 1714 4 0 3 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 牵永鼍 指导教师签名： 垂j 以、 2 囊。年，窍6rz o 。年，窍 占r ；- j ：l l ：科技大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权河北科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 口保密，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 酣不保密。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文储虢事永姆 口f 口 年广月乙只 指导教师签名：玺a 认 2 dd 年，月2 f t 摘要 摘要 河北省是钢铁大省，粗钢、生铁、钢材产量居全国第一位，同时钢铁企业污染 严重，烟气脱硫进展缓慢，排放的污染物逐年增加。钢铁企业在生产过程中产生大 量钢渣，利用率不高，占用大量耕地堆放。本文研究了河北省烧结烟气特点，调研 现有烧结机烟气脱硫装置运行情况，分析了脱硫运行中存在问题，结合烧结烟气情 况，提出了钢铁行业烧结烟气最佳适用技术。对钢渣作为吸收剂进行了脱硫性能试 验，适用于低浓度烧结烟气脱硫，探索了“以废治废”的新途径。 河北省烧结烟气二氧化硫浓度变化大，排放浓度范围在2 0 0 - - 3 5 2 4 m g m 。在调 查的3 9 家企业中，最高二氧化硫排放浓度高于3 0 0 0 m g m 3 的有2 家，排放浓度最高 的企业为新兴铸管，排放浓度达到3 5 2 4 m g m 3 ；最高排放浓度在2 0 0 0 - - 2 5 0 0 m g m 。的 企业有6 家，1 0 0 0 - - 2 0 0 0 m g m 3 的企业有1 2 家：其他企业二氧化硫最高排放浓度均在 1 0 0 0 m g m 3 以下。 钢铁企业在选择脱硫工艺时，脱硫效率、占地面积、脱硫副产物处置、运行成 本、工程投资、脱硫剂来源、脱硫设旃稳定性都是重点考虑的因素。目自，河北省运 行的烧结烟气脱硫装置中，运行稳定的实例较少，氨一硫铵法和半干法脱硫工艺技 术相对成熟。脱硫运行中还存在很多问题：可用于脱硫建设的场地小；脱硫副产物 处置困难；湿法工艺烟囱未做防腐：运行成本高。 烧结机烟气脱硫技术选择应遵循如下基本原则：首先要选择能够安全稳定运行 的脱硫技术：i 葫足减排二氧化硫目标自，j 提下，选择足够的脱硫效率：选择投资少、运行 成本低的工艺：选择以废治废及副产品能资源化的工艺。1 ) 对于新建烧结机，在脱硫 技术上应采用脱硫效率较高的脱硫技术。2 ) 现役烧结机二氧化硫排放浓度低的企业， 选择脱硫效率在5 0 以上的脱硫技术，二氧化硫排放浓度高的企业，可选用脱硫效率 较高的脱硫技术；占地面积小的脱硫技术；二氧化硫排放浓度不高的企业还可进行 选择性脱硫。 钢渣中c a o 平均含量为5 0 2 4 ，m g o 平均含量为5 8 。在鼓泡喷射塔反应器 中，使用钢渣替代石灰石作为脱硫剂，采用湿法脱硫工艺时，塔压降和脱硫剂的p h 值是影响脱硫效率的关键因素。控制钢渣浆p h 值为6 8 、塔压降为9 0 0 1 8 0 0 p a 时， 脱硫效率可维持在7 0 8 7 。喷射鼓泡塔维持单塔压降约在1 5 0 0p a 左右，钢渣浆p h 值在6 5 时脱硫效率可达7 7 。 关键词钢铁行业；烧结烟气；脱硫；适用技术；钢渣 河北科技人学硕+ 学位论文 a b s t r a c t t h e r ea r eal o to fi r o na n ds t e e le n t e r p r i s e si nh e b e ip r o v i n c e a n dc r u d es t e e l p i g i r o n ，s t e e lo u t p u tr a n kf i r s ti nt h ec o u n t r y , w h i l et h e s ec a u s es e r i o u sp o llu t i o n t h ep r o g r e s s o ff l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o ni ss l o v ：a n de m i s s i o n so fp o l l u t a n t sf r o mi r o na n ds t e e l e n t e r p r i s e sg o u pe v e r yy e a r i r o na n ds t e e le n t e r p r i s e si nt h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s s p r o d u c e sf ll a r g en u m b e ro fs t e e ls l a g ，w h o s eu t i l i z a t i o ni sl o w , p i l i n gu pal o to na r a b l e l a n d t h i sp a p e rs t u d i e st h ec h a r a c t e r i s t i c so fh e b e ip r o v i n c e ，s i n t e r i n gf l u eg a s r e s e a r c h s o m eo ft h ee x i s t i n gs i n t e r i n gm a c h i n eo p e r a t i o no ff l u eg a sd e s u l p h u r i z a t i o ne q u i p m e n t ， a n a l y s i so fd e s u l f u r i z a t i o no p e r a t i o np r o b l e m s ，c o m b i n e dw i t hs i n t e r i n gf l u eg a s r a i s e d t h eb e s ta p p l i c a t i o no f t e c h n o l o g yi nh e b e ip r o v i n c e ，s i n t e r i n gf l u eg a s b yc a r r i y i n go u to n t h es t e e ls l a ga sa l la b s o r b e n td e s u l f u r i z a t i o np e r f o r m a n c e ，s t e e ls l a gc a nb eu s e df o rl e s s d e m a n d i n gs i n t e r i n gf l u eg a sd e s u l p h u r i z a t i o ne f f i c i e n c yd e s u l p h u r i z a t i o n i te x p l o r e da n e ww a yo n ”c o n t r o lw a s t e b yw a s t e ” t h ec o n c e n t r a t i o no fs i n t e r i n gf l u eg a ss u l f u rd i o x i d ec h a n g e s b i gi nh e b e ip r o v i n c e ， r a n g e2 0 0 3 5 2 4 m g m 3 t h es u r v e yi n3 9c o m p a n i e ss h o w st h a t t w oc o m p a n i e s h i g h e s t s u l f u rd i o x i d ee m i s s i o nc o n c e n t r a t i o ni sh i g h e rt h a n3 0 0 0 m g m 3 t h eh i g h e s tc o n c e n t r a t i o n o fe n t e r p r i s e se m i s s i o n si sx i n x i n gd u c t i l ei r o np i p e s e m i s s i o nc o n c e n t r a t i o no f3 5 2 4 m g m 3 s i x e n t e r p r i s e s m a x i m u m e m i s s i o nc o n c e n t r a t i o ni s i nt h er a n k 。o f 2 0 0 0 2 5 0 0 m g m 3 10 0 0 - 2 0 0 0 m g m 3o f12e n t e r p r i s e s ；o t h e rc o m p a n i e s m a x i m u m e m i s s i o no fs u l f u rd i o x i d ec o n c e n t r a t i o n si sb e l o w10 0 0 m g m 3 w h e ns e l e c t t h e t e c h n o l o g y o fd e s u l f u r i z a t i o nt oi r o n a n ds t e e l e n t e r p r i s e s d e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c y ，a r e a , d e s u l f u r i z a t i o n b y p r o d u c td i s p o s a l ，r u n n i n g c o s t s ，p r o j e c ti n v e s t m e n ta n ds o u r c e so fd e s u l f u r i z a t i o na g e n t ，d e s u l f u r i z a t i o nf a c i l i t i e s ， s t a b i l i t ya r ek e yf a c t o r st ob ec o n s i d e r e d a tp r e s e n tm a n yd e v i c e so fs i n t e r i n gf l u eg a s d e s u l f u r i z a t i o ni nh e b e ip r o v i n c e b u tf e w e ri n s t a n c e so f r u n n i n gas t a b l e a m m o n i a a m m o n i u ms u l f a t em e t h o da n ds e m i - d r yd e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g ya r er e l a t iv e l ym a t u r e t h e r ea r es t i l l m a n yp r o b l e m si nd e s u l f u r i z a t i o no p e r a t i o n ：n o te n o u g hf i e l df o tt h e c o n s t r u c t i o no fd e s u l f u r i z a t i o n ：d e s u l f u r i z a t i o nb y - p r o d u c td i s p o s a lp r o b l e m s ：w e tp r o c e s s c h i m n e yw i t h o u tm a k i n ga n t i c o r r o s i o n ；o p e r a t i n gc o s t s s e l e c t i o no fd e s u l p h u r i z a t i o nt e c h n o l o g yf o rs i n t e r i n gf l u e g a ss h o u l do b e ) ? t h e f o l l o w i n gp r i n c i p l e si nh e b e ip r o v i n c e ：a tf i r s t c h o o s eas a f ea n ds t a b l eo p e r a t i o no ft h e d e s u l f u r i z a t i o n t e c h n o l o g ) ，；s e l e c t t h e a d e q u a t e d e s u l f u r i z a t i o n e f f i c i e n c ) r ：c h o o s e t e c h n o l o g yw i t hl e s si n v e s ta n do p e r a t i o nc o s t ；”c o n t r o lw a s t eb yw a s t e ”a n db y 。p r o d u c t s c 锄b er e s o u r c ep r o c e s s e s 1 ) f o ran e ws i n t e r i n gm a c h i n e ，t e c h n o l o g y w i t hh i g h e r d e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c ys h o u l db eb e s tc h o o s e 2 ) a c t i v es i n t e r i n gm a c h i n e w i t hl o w c o n c e n t r a t i o n so fs u l f u rd i o x i d ee m i s s i o n sf r o mc o m p a n i e s ，c h o o s et h ee f f i c i e n c yo f 5 0 o rm o r eo ft h ed e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g y c o m p a n i e sw i t hh i g hc o n c e n t r a t l o n so fs u l f u r d i o x i d ee m i s s i o n sm a x , m a k eu s eo fah i g he f f i c i e n c yo fd e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g i e s ； s m a l lf i e l dd e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g y ；e n t e r p r i s e sw i t hl o w c o n c e n t r a t i o n so fs u l f u r d i o x i d ee m i s s i o n sc a nh a v es e l e c t i v ed e s u l f u r i z a t i o nt e c h n o l o g y t h ea v e r a g ec a oc o n t e n to fs l a gi s5 0 2 4 ，m g oa v e r a g ec o n t e n to f5 8 i n t h e b u b b l i n gi e t c o l u m nr e a c t o r , e x a m i n a t i o nu s e s s t e e ls l a gi n s t e a do fl i m e s t o n ea sa d e s u l f u r i z a t i o na g e n t w i t hw e td e s u l f u r i z a t i o np r o c e s s t h ep r e s s u r ed r o pa n ds o r b e n tp h v a l u ea r ek e vf a c t o r sa f f e c t i n gt h ee f f i c i e n c yo fd e s u l f u r i z a t i o n c o n t r o lo fs l a gs l u r r 3 7p h 6 8 ，d r e s s u r ed r o pf o rt h e9 0 0 18 0 0 p a ，t h ed e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c yc a n b em a i n t a i n e d a l7 0 8 7 d e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c yc a l lg ou pt o7 7 a ta b o u t15 0 0p ap r e s s u r ed r o p a n dp hv a l u e6 5i nt h ej e tb u b b l i n gr e a c t o r ， k e vw o r d s i r o na n ds t e e li n d u s t r y ；s i m e r i n g f l u e g a s ：d e s u l f u r i z a 面o n ；a p p l i c a b l e t e c h n o l o g y ；s l a g 目录 目录 摘要一i a b s t r a c t i i 第l 章绪论”l 1 1课题研究背景及意义。1 1 2国内外烧结烟气脱硫现状2 1 2 1国外烧结烟气脱硫现状一2 1 2 2国内烧结烟气脱硫现状一3 1 2 3 烧结烟气脱硫存在的主要问题”6 1 3本文研究目的、内容及技术路线7 1 3 1研究目的7 1 3 2 研究内容一7 1 3 3研究技术路线- 8 第2 章河北省钢铁行业烧结烟气二氧化硫排放及治理现状“9 2 1河北省钢铁行业基本情况9 2 2 烧结烟气排放状况10 2 2 1 烧结烟气产生及特点1o 2 2 2 河北省烧结烟气排放情况1 2 2 3 烧结烟气脱硫现状14 2 4 钢铁发展和脱硫规划1 5 2 4 1钢铁发展规划1 5 2 4 2 烧结烟气脱硫规划16 2 5 本章小结16 第3 章烧结烟气脱硫技术分析18 3 1钢铁企业烧结机烟气脱硫要求l8 3 2 烧结烟气脱硫工艺19 3 2 1 烧结过程二氧化硫减排控制技术1 9 3 2 2 烟气脱硫技术2 0 3 3钢铁企业选择烧结烟气脱硫工艺考虑因素2 4 3 4目前钢铁企业烧结烟气脱硫装置技术分析2 5 3 4 1钢铁企业烧结烟气脱硫装置情况2 5 河北科技人学硕十学位论文 3 4 2钢铁企业烧结烟气脱硫装置运行情况及存在问题2 7 3 4 3 烧结机烟气脱硫装置实例“3 0 3 5 烟气脱硫最佳工艺的选择3 7 3 5 1新建烧结机的烟气脱硫技术选择3 8 3 5 2 现役烧结机的烟气脱硫技术选择4 0 3 6 本章小结4 4 第4 章烧结机钢渣脱硫可行性研究4 5 4 1钢渣的性质4 5 4 2 钢渣处理和综合利用分析”：4 6 4 3钢渣作为脱硫剂的实验研究4 7 4 3 1钢渣脱硫原理和实验流程4 7 4 3 2 钢渣脱硫的主要影响因素4 9 4 4 钢渣作脱硫剂的经济性5 1 4 4 1 运行费用5 2 4 4 2 经济效益分析：5 2 4 4 3社会效益分析j 5 2 4 5脱硫副产物的处理及综合利用5 3 4 6 本章小结- 5 3 结论5 4 参考文献5 5 攻读硕士学位期间所发表的论文5 8 致 谢5 9 个人简历6 0 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1课题研究背景及意义 进入2 1 世纪以来，我国钢产量从2 0 0 0 年的1 2 9 亿吨上升到2 0 0 8 年的5 0 2 亿 吨，至占世界总产量的3 8 ，产量连续1 3 年居世界第一l ij 。美国、同本和欧盟的粗 钢产量总和比我国产量还要少近1 亿吨。我国粗钢产量不仅在全球居第一位，且超 过第二位到第八位的总和。河北省2 0 0 8 年粗钢产量为1 1 6 亿，占全国产量的2 3 ， 同时钢材、生铁分别超过1 1 亿吨，位居全国第一位。 虽然我国己成为全球第一大钢铁生产国，但钢铁工业发展中存在的问题还比较 突出，不合理的产业结构、过大的低水平能力、过高的资源消耗，综合竞争力与世 界发达国家相比差距还比较大。我国钢铁工业的巨大规模和严重的结构性问题，导 致能源、资源与环境问题十分突出，因此成为我国节能减排重点行业之一。在全部 工业行业中，钢铁行业排放的废气占1 7 ，仅次于火力发电业、非会属矿物制品业， 高于化工业和石油加工业。二氧化硫排放量占5 6 0 ，仅次于火力发电业和非金属 矿物制品业，与化工行业并列第三。排放的废水占1 0 7 5 ，排在造纸、化工、火力 发电之后，列第四位。从各项指标来看，钢铁行业目自仃是典型的高能耗、高污染的 行业，能源、资源和环境承载能力成为我国钢铁工业发展的制约因素。目前，钢铁 行业排放的二氧化硫主要由烧结( 含球团) 烟气产生，烧结( 含球团) 烟气排放的 二氧化硫占整个钢铁企业排放总量7 0 以上，个别企业达到9 0 。掘不完全统计， 2 0 0 8 年全国重点统计的钢铁企业二氧化硫排放量约为1 1 0 力吨，其中烧结( 含球团) 环节二氧化硫排放量约8 0 万吨。烧结烟气脱硫成为节能减排的重中之重。同时，我 国钢铁行业产生的钢渣量十分巨大，根据资料1 2 j 显示国内每年钢渣产量为3 8 1 9 万吨， 钢渣利用率仅为1 0 ，成为环境治理的难点。 随着我国“十一五”节能减排工作的大力开展，电力工业的烟气治理特别是炯气 脱硫取得很大进展，燃煤机组基本上全部完成了烟气脱硫，排放的主要污染物特别 是二氧化硫占总排放量的比例逐年下降，而钢铁工业的烟气治理由于工艺、技术等 原因，进展比较缓慢，钢铁产量逐年增加，排放的污染物占总排放量的比例也逐年 上升，在河北省由取代电力企业成为第一排污大户的趋势。但因烧结机产生的烟气 与电厂锅炉烟气在特性上很大不同如二氧化硫浓度、烟气量波动大，含氧量和水量 高等，导致烧结烟气脱硫无法照搬电力行业烟气脱硫工艺。在国内烧结烟气脱硫实 例不多的情况下，河北省相当一部分钢铁企业进行了烧结烟气脱硫的尝试，建成了 一大批不同工艺的脱硫设施。根据调研情况看，烧结机脱硫设施运行稳定性、经济 河北科技人学硕十学位论文 性以及脱硫副产物综合利用尚存在不少问题，钢铁企业产生的大量钢渣中存在碱性物 质约为5 0 。本课题通过对河北省的钢铁行业中的烧结生产环节烟气排放情况及治 理现状进行系统分析，评价脱硫设施运行情况，提出河北省钢铁行业烧结烟气适用 脱硫技术，并对钢渣作为脱硫剂进行研究，为决策部门丌展钢铁行业的污染减排工 作提供基础数据分析和对策，促进钢铁行业的环境保护工作，减少污染物的排放。 1 2国内外烧结烟气脱硫现状 1 2 1国外烧结烟气脱硫现状 国外烧结机烟气脱硫起步比较早，经过几十年的发展和运行实例的检验，脱硫 技术已非常成熟，从脱硫工艺来看，半干法、湿法、活性炭吸附法等都有采用，且 都有成功的业绩。 同本是世界上最早丌展烧结机烟气脱硫技术的国家。同本水岛4 号烧结机1 9 7 4 年首次采用石狄石一石膏湿法脱硫工艺【3 】，其他脱硫工艺( 均为湿法工艺) 也逐渐用 于烧结机烟气脱硫。氢氧化镁法和活性炭吸附法脱硫工艺从上世纪8 0 年代起丌始逐 步被钢铁企业采用，小仓厂3 号烧结机采用氢氧化镁法脱硫工艺，新同铁名古屋5 号烧结机采用活性炭吸附法脱硫工艺。烧结机烟气脱硫技术的逐步完善，不境保护 要求也越来越高，同本根据运行情况和掌握经验，进一步改进了现有烧结烟气脱硫 工艺，活性炭吸附法被越来越多的钢厂采用。如鹿岛制铁所的2 号、3 号烧结机在原 有石灰石一石膏法脱硫装置前、电除尘器后增加活性炭吸附装置，这样不仅脱除了二 氧化硫，还脱除了n o x 和二嗯英等污染物。目自豇，同本国内主要钢铁企业烧结烟气 脱硫设备安装比例达到6 7 。 表1 1日本烧结机烟气脱硫l ：艺 t a b 1 i s t i n e r i n gf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o no f j a p a n 第1 章绪论 欧洲钢厂的烧结机处于逐渐减少的趋势，且二氧化硫浓度较低，建设的烧结烟 气脱硫装置较少，欧洲对二嗯英类污染物控制较为严格，采用的污染治理工艺大多 为能去除二嗯英、重会属的干法工艺。现有烧结机脱硫普遍采用半干法烟气净化技 术，经脱硫吸附污染物后，经布袋除尘器处理再排放，采用这种工艺的有德国蒂森克 虏伯厂烧结机、不柬梅钢铁厂和奥地利d o n a u w i t z 厂等。 表1 2 欧洲烧结机烟气脱硫l ：艺 t a b i 2 s t i n e r i n gf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o no fe u r o p e 脱硫毅霄所n 地区 脱硫t 艺 韩国的浦项制铁厂在2 0 0 0 年后丌始建设烧结机烟气脱硫工程，活性炭吸附脱硫 工艺被其3 号、4 号烧结机采用。我国台湾省的中钢公司和意大利的r i v af i r e 钢厂 在选择烧结烟气脱硫工艺时采用了l e c 半干法，经过实际运行检验，该脱硫装置运 行稳定，使用方便，无废水排放，效果较好。 从国外烧结烟气脱硫装置的建设和使用情况看，早些时候首先采用湿法脱硫工 艺，经过一段时j 日j 的运行和摸索，采用干法脱硫工艺的企业越来越多，干法脱硫工 艺的主要优点是能够去除多种污染物，进而成为烟气脱硫的发展趋势。 1 2 2 国内烧结烟气脱硫现状 我国的烧结烟气脱硫刚刚起步，2 0 0 5 年之自i 还没有台烧结机安装烟气脱硫装 置。这两年来，随着国家环保要求的越来越严，节能减排己成为转变经济增长方式 的手段，很多钢铁企业已经丌始实施或即将实施烧结烟气脱硫。根据国家2 0 0 6 年印 发的二氧化硫总量分配指导意见，至2 0 1 0 年底需要建成的脱硫治理项目是以钢 铁烧结为代表的3 9 个非电重点项目。原国家环境保护总局出台的“十一五”期i 日j 二 河北科技人学硕十学位论文 氧化硫控制计划中指出，钢铁行业要削减二氧化硫1 0 万吨，烧结过程削减量将超 过5 万吨。同时，3 9 个重点非电脱硫项目中有2 2 个是钢铁企业烧结烟气脱硫项目。 表1 3 国内钢铁企业脱硫项目 t a b 1 3 p r o i e c to fd e s u l f u r i z a t i o nf o ri r o na n ds t e e li n d u s t r ) i nc h i n a 所祚城市项口名称 家序 承德 唐山 用：台 邯郸 太原 太原 南京 南京 新余 杭州 青岛 济南 鄂州 武汉 娄底 湘潭 柳州 河池 安宁 蕈庆 攀枚仡 “家序铡铁公州 承德钢铁公- , - j 唐山俐铁公d 邢台钢铁公i d 邯郸俐铁公, - j 太俐临汾钢铁公d 太原钢铁公i j 梅山钢铁公d 南京钏钦联合钢铁公州 新余钢铁自限责任公l j 杭卅f 钢铁集团公d 青岛钢铁股份公d 济南俐铁公，d 鄂铡烧结分j 武汉钢铁公州 两会) 涟俐烧结j 湘潭俐铁公i d 柳i i , i t - i , 4 钦公- d 河池市会城江成源冶炼j 昆i j 俐铁股份公- d 晕庆俐钦公i d ( 两会) 攀枚仡钢铁公- d 截至2 0 0 8 年底，我国实施烧结脱硫的工程实例还非常少，仅有部分企业的脱硫 装置丌始了试运行，有的正在建设，但大多数企业还处于技术方案论证阶段。其畔i 柳州钢厂、三明钢厂、石家庄钢厂、包头钢厂、宝山钢厂等几家企业进展最快，而 且采用的脱硫工艺各不相同，如表1 4 所示。 第1 章绪论 截至2 0 0 9 年5 月底，据不完全统计，我国已建成各类烧结烟气脱硫装置3 5 套， 实现脱硫的烧结机共有4 0 台，烧结机总面积达到6 3 1 2 m 2 ，形成8 2 万吨的脱硫能力。 投入运行的烧结烟气脱硫装置采用的工艺主要有密相千塔法、循环流化床法、氨硫 铵法、石灰石石膏法等。 由于球团矿在高炉炼铁中的特殊重要作用，近年来球团工艺的发展十分迅速， 产能和产量逐年攀升，随之也来了大量污染物的排放。虽然较烧结机，球团生产的 规模要小很多，二氧化硫排放量和排放浓度也低很多，人们对其污染也重视不够， 但是链箅机回转窑球团可使用硫分高的铁矿石作为原料进行烧结，排放二氧化硫浓 度也很高，对环境危害较大，对其实施脱硫的要求也越来越迫切，由于烧结脱硫工 艺运行还未成熟，球团工艺脱硫在国内还没有实例。我国一些地方钢厂对球团工艺 也丌展了脱硫研究和试验【4 1 ，本溪钢厂的马耳岭球团生产线的脱硫己进行了可行性研 究。我国正在运行和建设的大型球团生产线，大都预留了脱硫空间，为实施烟气脱 硫提供了便利条件。 在己实施脱硫的钢铁企业中，脱硫装置现已稳定运行的实例不多，相当一大部 分烧结机烟气脱硫装置虽然建起来了，但是不能稳定运行，处于长期调试中。包头 钢厂烧结机采用e n s 半干法脱硫工艺，目前已运行稳定，包头钢厂又用这种工艺建 设一烧2 台烧结机脱硫装置。包头钢厂烧结机e n s 半干法脱硫除氟装置投资太高， 因其铁矿为含氟矿，以脱氟为主，脱硫为辅，在不经过改造情况下不适合其它企业 使用。石灰石膏湿法工艺技术非常成熟，关键是如何提高脱硫副产物石膏的利用。 昆明钢厂、三明钢厂、柳州钢厂等几家脱硫装置运行过程中也出现了一些问题，运 河北科技人学硕十学位论文 行效果和适用性还需进一步研究。其它钢铁企业也正选择适合自己企业的脱硫技术， 如攀枝花钢厂的循环流化床工艺、马鞍山钢厂的奥钢联m e r o s 脱硫工艺、涟源钢 厂的l e c 半干法工艺等，目前国内烧结机烟气脱硫处于百家争鸣、百花齐放的阶段 【4 】 o 1 2 3烧结烟气脱硫存在的主要问题 1 ) 投资大，风险高 自2 0 0 5 年以来，特别是2 0 0 8 年和2 0 0 9 年，燃煤机组烟气脱硫建设以不可思议 的速度增长，以河北省为例，在2 0 0 5 年以自仃仅有1 台机组采用了炉外脱硫工艺，至 2 0 0 9 年底，9 8o 6 的燃煤机组实施了烟气脱硫。脱硫迅速推进得益于脱硫技术的快速 发展和成熟脱硫装置国产化率大幅提高，投资直线下降，还有配套优惠和鼓励政 策出台( 脱硫电价、提高排污费征收标准) 。然而虽然各级部门己高度重视钢铁行业 烧结机烟气脱硫工作，但是工作推进还很不理想，已脱硫的装置在运行中发现问题 不少。 燃煤锅炉烟气脱硫技术成熟，在国内外都有较长的发展过程，各企j l 匕在运行过 程中摸索了很多有益经验，奖惩性质的配套政策也已出台实施，为烧结机烟气脱硫 提供了可以借鉴的经验。由于烧结机烟气有其独特的特点与锅炉烟气区别较大，二 氧化硫排放浓度低，烟气量大且波动大，不能拿来使用电厂脱硫的成功经验和有关 技术，处理烧结烟气比较困难，国内可参考的成功实例也不多，这导致了烧结机烟 气脱硫严重滞后。 。 此外，烧结机脱硫装置投资大，脱硫装置投资占烧结机总投资的2 0 以上1 5 j 。 脱硫运行成本高，副产品成分十分复杂，处理难度大。 2 ) 缺少建设场地 我国钢铁企业在建设烧结机时大都没有预留脱硫空问，由于其生产链长，各种 装置f n j 的联系多，在空问狭小的地方插空建设占地较大的脱硫装置难度很大，使用 各种脱硫工艺时，在场地布置、管道设置、设计参数等方面均要进行大幅度调整， 这降低了建成后脱硫装置的可靠性，使运行维护变得很不方便。 3 ) 脱硫副产物利用困难 石灰石膏湿法脱硫工艺是目前烧结机烟气脱硫最成熟的技术之一，在同本应用 也最为广泛。由于同本缺乏天然石膏，副产物脱硫石膏得到了非常好的应用。我国 天然石膏储量丰富且价格低廉，燃煤电厂产生的脱硫石膏也大量直接抛弃，而钢铁 行业产生的脱硫石膏成分复杂、品质不高，大都直接堆放或抛弃，产生大量固体废 弃物，造成二次污染1 6 7 j 。 4 ) 缺乏政策支持，企业积极性不高 第1 章绪论 由于烧结工艺烟气的特殊性和国内缺少成功实例，加上国家没有在鼓励烧结烟 气脱硫方面制定相关的奖惩政策，进一步推进难度很大。这几年钢铁企业效益也不 好，。不愿意出钱建设一次性投资很大而没有经济效益的烟气脱硫装置。即使部分食 业建成了脱硫装置，也不愿意再出一大比钱去运行。 1 3本文研究目的、内容及技术路线 1 3 1研究目的 电厂烟气脱硫己十分成熟，而钢铁行业烧结烟气脱硫尚处于起步阶段。而河北 省作为第一产钢大国的第一产钢大省，烧结机种类多量大，污染物排放大，全面推 进脱硫工作风险极大。河北省钢铁企业2 0 0 8 年至2 0 0 9 年特别是2 0 0 9 年建成一大批 烧结烟气脱硫设施，采用了多种脱硫技术，由于运行时i 刨短，其运行稳定性和经济 性尚待进一步观察，对已上烧结烟气脱硫设施进行技术分析十分必要。本课题主要 目的就是了解钢铁企业排放现状，对不同类型烧结机不同脱硫工艺进行技术分析比 较，结合河北省烧结烟气特性，寻求河北省烧结烟气最佳适合脱硫技术，同时对钢 厂产生的大量固体废弃物一钢渣作为脱硫剂用于烧结烟气脱硫进行可行性研究，探 寻一条以废治废的路子。 。 1 3 2 研究内容 1 ) 通过调研河北省钢铁行业污染物排放现状和烧结烟气脱硫现状，给出钢铁行 业烧结工艺环节烟气的产生节点、产生类型、排放规律和污染物特性。 2 ) 在广泛调研河北省内主要钢铁企业烧结机烟气脱硫设施运行状况的基础上、 剖析找出运烟气脱硫设施行中存在的问题，通过对各类实际脱硫工艺运行工况情况 进行分析研究，提出针对钢铁行业烧结烟气不同特点的烟气脱硫技术。 3 ) 通过研究钢渣的特性，开发了钢渣脱硫剂，采用鼓泡塔反应器试验装置，对 钢渣脱硫剂的脱硫性能及主要影响因素进行可行性研究。 1 3 3 研究技术路线 第2 章河北省钢铁行业烧结烟气二氧化硫排放及治理现状 第2 章河北省钢铁行业烧结烟气二氧化硫排放及治理 现状 河北省钢铁企业很多，粗钢、生铁、钢材产量居全国第一位，同时钢铁企业污 染严重，排放的污染物逐年增加，对环境危害很大，影响人们的身体健康，对烧结 机进行烟气脱硫十分紧迫和必要。烧结机烧结时产生的烟气复杂、波动性大，由于 工艺技术等原因，当前烧结机烟气脱硫工作推进不理想，已建成的烧结烟气脱硫装 置在运行当中还存在不少问题。掌握烧结烟气特点、脱硫现状、钢铁产业政策j 能 更好推进烧结机烟气脱硫工作。本章将就河北省钢铁行业基本情况、污染排放现状、 脱硫设施安装情况以及钢铁企业发展和脱硫规划进行论述。 2 1 河北省钢铁行业基本情况 河北省钢产量从2 0 0 0 年的0 1 2 亿吨上升到2 0 0 8 年的1 1 6 亿吨【8 j ，8 年时l 日j 翻 了9 5 倍钢产量升至占全国总产量的2 3 ，占世界产量的8 7 2 。河北省是钢铁生产 和消费大省，粗钢产量多年居全国第一。自2 0 0 0 年以来河北省钢铁生产的详细数掘 如表2 1 所示，占全国产量和全球比例如图2 1 。 表2 - 1 河北省钢铁产量 t a b 2 - i s t e e l yo u t p u to fh e b e ip r o v i n c e 学位：亿t 河北科技人学硕+ 导：伉论文 酉 分 出 图2 12 0 0 8 年河北省钢产颦l i l 全国、全球比例 f i g 2 i s t e e l yo u t p u to fh e b e ip r o v i n c ei nc o u n t r y w i d eo rw o r l d w i d ep r o p o r t i o n i 国 o o 河北省钢铁企业众多，经调查达1 6 5 家，其中涉铁、涉钢企业1 4 6 家，独立烧 结球团企业1 9 家。全省共有烧结机( 含球团) 5 2 3 座、高炉3 9 6 座、转炉( 含电炉) 3 2 5 座。 粗略估算，河北省粗钢产能近3 亿吨，2 0 0 8 年全省粗钢产量为1 1 6 亿吨，产能 j 严重过剩。另一方面，河北钢铁集团、唐山国丰、天津天铁、河北津西、河北敬业 等粗钢产量最多的前1 0 家钢铁企业产量约占河北省粗钢总产量的5 5 5 5 。企业规模 小而且分散，产业集中度低，烧结机利用台时较低，无序竞争突出。河北省烧结机 总面积3 1 0 6 5 m 2 ，平均单台烧结机面积为1 0 3 m 2 ，低于全国平均水平1 9 m 2 。其中9 0 m 2 及以下烧结机1 9 8 台，面积1 1 5 1 3 m 2 ，分别占烧结机总数和面积总量的6 5 7 8 、3 7 0 6 ；9 0 m 2 1 8 0 m 2 烧结机4 2 台，面积4 8 2 9 m 2 ，分别占烧结机总数和面积总量的1 3 9 5 、1 5 5 4 ；1 8 0 m 2 ( 含) - - 3 0 0 m 2 烧结机4 6 台，面积9 4 5 8 m 2 ，分别占烧结机总数 和面积总量1 5 2 8 、3 0 4 5 ：3 0 0 m 2 及以上烧结机1 4 台，面积5 2 6 5 m 2 ，分别占烧 结机总数和面积总量的4 6 5 、1 6 9 5 。最大烧结机为首钢京唐钢铁联合有限公司 的5 0 0 m 2 烧结机。 2 0 0 8 年我省主要钢铁企业年产烧结矿1 7 4 6 0 9 9 万吨，烧结工序二氧化硫年排放 量很大，而且呈逐年增加的趋势，脱硫工作任务十分艰巨。 2 2 烧结烟气排放状况 2 2 1 烧结烟气产生及特点 1 ) 烧结烟气的产生 第2 章河北省钢铁行业烧结烟气二氧化硫排放及治理现状 烧结是钢铁冶炼中一个重要环节，过程是将铁精矿等含铁原料和燃料、熔剂等 混合在一起，利用其中燃料进行燃烧，加热到1 3 0 0 左右，粉料原料烧结成块状即 为烧结矿。同时，烧结中可以去除原料中的有害杂质，使烧结矿的各种物质含量符 合高炉冶炼的要求，烧结可以去除8 0 - - 9 0 的硫1 4 1 3 j 。 铁矿石中的硫通常以硫酸盐和硫化物形式存在，以硫酸盐形式存在的物质有 c a s 0 4 、b a s 0 4 和m g s 0 4 等：以硫化