发展烟气脱硫 余热回收 促进烧结节能减排
《钢铁产业调整和振兴规划》明确提出,未来三年内,钢铁行业要实施钢铁产业技术进步与技术改造专项,对烧结烟气脱硫等循环经济和节能减排工艺技术给予重点支持,并对重点大中型钢铁企业节能减排提出了明确的指标要求。烧结烟气脱硫和烧结余热利用是烧结工序节能减排的两个主要方面。
烧结烟气脱硫
烧结烟气脱硫是钢铁企业减排SO2的主要途径。日本早在20世纪70年代就开始进行烧结烟气脱硫,当时大多采用传统的湿法烟气脱硫技术,采用石灰-石膏法,但该方法不适应烧结烟气的多组分净化要求,存在废水排放、副产品石膏的综合利用受到市场容量限制等诸多问题。随着环保要求的日益严格,1989年之后,活性炭吸附工艺渐渐成为日本烧结烟气脱硫的主流。2000年以后,日本钢铁企业新建烧结烟气处理工艺全部采用活性炭/焦吸附工艺。日本烧结烟气脱硫工艺的选择趋势是由“湿”到“干”。
我国真正意义上的烧结烟气脱硫始于2005年,但随着环保力度不断加强,各钢铁企业高度关注烧结烟气脱硫的效果,发展速度惊人。截至目前,国内建成、在建和拟建烧结烟气脱硫装置约32套,干湿各占一半。在建成项目中干法和半干法略少于湿法,在建项目中干法多于湿法。由于烧结烟气脱硫在我国工业化应用起步较晚,可供借鉴的成功经验不多,各钢铁企业大都从实际出发,选择适合自身特点的烧结烟气脱硫技术。因此,我国钢铁企业采用的烧结烟气脱硫技术多达十余种,包括:石灰-石膏法、氨法、离子液法、循环流化床干法脱硫法、湿式氧化镁法、活性炭吸附法、MEROS、喷雾干燥吸收法(SDA)等。
石灰-石膏法属典型的湿法脱硫技术,是世界上技术最成熟、实用业绩最多、运行状况最稳定的脱硫工艺技术,但其副产品石膏在我国应用范围狭小,如果直接废弃会造成二次污染,并且该技术的投资运行成本相对较高。
湿式氧化镁法属于湿法脱硫技术,技术成熟度仅次于钙法,采用浆状氢氧化镁作脱硫剂,其副产品是可溶性的亚硫酸镁和硫酸镁,综合利用价值较高。与钙法相比,镁法对烧结烟气工况适应性强,运行费用低,适用于镁质资源丰富的地区。
氨法是湿法脱硫技术,其副产品硫酸铵具有一定的市场潜力,钢铁联合企业可利用焦化氨源,降低运行成本,但整个系统需要重视防腐处理。目前我国建成、在建或拟建的15套湿法中有7套为氨法。
离子液法采用离子液作为吸收剂,离子液在常温下吸收二氧化硫,高温下将离子液中的二氧化硫再生出来,从而达到脱除和回收烟气中SO2的目的。该工艺于 2007年开始在国内尝试应用,尚处于起步阶段。该工艺基本上不产生二次污染,副产品(浓硫酸)具有较高回收价值和良好的市场前景,但也存在设备腐蚀、堵塞、酸雾、离子液稀释、能源消耗量大等问题。
循环流化床法是干法脱硫技术,具有耗水、耗电量小,占地面积小和运行费用低,基本不存在防腐问题等优点,同时可以预留添加活性焦去除二恶英的接口,还可通过选择性脱硫和“多机一塔”降低脱硫投资,适于缺少建设场地的老旧烧结装备的改造。
活性炭吸附法脱硫、脱硝、去除二恶英的效果较好,脱硫产物可以进一步收集和二次利用。但该方法投资、运行成本高,硫资源回收处理等系统复杂。
MEROS法是奥钢联针对烧结厂烟气开发的干法废气净化工艺,按照用户要求和现场条件,主可以选择两种脱硫剂,即小苏打或者熟石灰。该工艺在高效脱除硫氧化物的同时,还能除去烧结烟气中的粉尘、有害重金属及有机物成分(二恶英和呋喃等)和其他酸性气体等。目前已有两套MEROS装置在奥钢联林茨烧结厂运行,副产品脱硫渣采用与水泥固化后填埋。
喷雾干燥吸收法(SDA)是丹麦技术,属半干法,已应用在德国杜伊斯堡钢厂。该技术系统简单、易操作;对不同的烟气温度和烟气成分能进行快速响应;可以增设活性碳喷射装置,有效去除二恶英、重金属等污染物。该方法以消石灰乳作吸收剂,系统易结垢和堵塞,需要专门设备进行吸收剂的制备。副产品脱硫灰的处理有待解决,国外一般将脱硫灰用于矿井回填等。我国正在研究在不影响矿渣微粉各项性能指标的情况下,将脱硫灰作为矿渣微粉的杂质来处理,消化脱硫灰。
综上所述,到目前为止,还没有一种烧结烟气脱硫工艺技术能够满足钢铁企业全方位的要求,这是烧结烟气脱硫技术众多、难以选择的根本原因。钢铁企业只能根据自身条件综合考虑,选择最适合自身发展的工艺技术。脱硫技术的投资大、运行成本高、副产物综合利用难度大,一旦技术路线选择不当,将成为企业沉重的负担,因此需要慎之又慎。
烧结余热利用
钢铁生产流程中,烧结工序的能耗约占l0%。据有关数据统计,我国烧结工序余热利用率不足30%,未来烧结工序节能的潜力巨大。
烧结生产过程可被回收利用的热量来自于烧结烟气显热和冷却机废气显热。这两类气体的热量大约占烧结总热量的一半,其中烧结烟气平均温度一般不超过 150℃,所含显热约占总热量的23%,冷却机废气温度在100~400℃,其显热约占总热量的28%,回收这两部分热量是烧结工序余热利用的重要环节,能够有效推进烧结生产的节能增效、降低成本。
目前烧结余热利用主要有两种方式,一类是动力利用,即将余热转换为电能或机械能;另一类是热利用,即利用余热来预热空气、干燥产品、供应热水或蒸汽以及供暖等。从能源利用的有效性和经济性角度分析,将余热用于发电是最为有效的利用方式。我国烧结工序余热的回收利用方式也已从最初的简单热回收到生产余热蒸汽,发展到了利用余热发电。
理论上,烧结余热是可以实现综合利用,但由于技术水平和投资等因素,国内烧结余热的利用还局限在冷却机的热废气利用。冷却机排出的废气显热占烧结排出热量的比重大,且该段废气集中,温度高,易于利用。
在烧结余热利用方面,日本处于世界领先地位,是最早利用冷却机废气产生蒸汽用于发电的国家。我国只是近几年才开始利用烧结余热进行发电。2004年马钢从日本引进了一整套利用烧结冷却机余热发电系统,包括:废气锅炉、汽轮发电机组、汽轮发电机控制系统以及部分阀门等。该系统在马钢第二炼铁总厂2台 300m2烧结机上实施,年产烧结矿约700万t。该系统于2005年9月建成投产,并顺利并网发电,年发电0.7亿kWh,节约能源3万tce。该项目是我国钢铁企业烧结系统第一次实施的低温废气余热发电项目,开辟了我国中低温余热资源热回收利用的新途径,推动了余热回收利用领域的技术进步。
目前国内仅有少数烧结机在不同部位采用了余热回收措施,烧结工序二次能源的循环利用还有相当大潜力可挖,今后有必要大力普及烧结余热回收技术,并在能量高效回收利用方面开展深入的研究工作。烧结余热回收发电技术的应用不但是钢铁企业开展节能减排、降耗增效的有效措施之一,也是钢铁企业实现循环经济的必由之路。
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