CN104001415B - 一种减少烧结烟气中so2排放的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减少烧结烟气中SO₂排放的方法，包括如下步骤：(1)在烧结混合料中定层添加含氨化合物；(2)在烧结过程中产生的SO₂在抽风作用下被烧结混合料中的过湿带吸收；(3)烧结过程继续进行，含氨化合物在高温作用下分解出氨气；(4)步骤(3)中所述氨气在抽风作用下被烧结混合料中的过湿带吸收；(5)SO₂和氨气在烧结过湿带中逐步反应生成硫酸铵；(6)烧结过程继续进行，过湿带开始消失，生成的硫酸铵呈晶体形式进入烟气排出。通过本发明，烧结烟气SO₂减排率可达到80％以上。

Description

一种减少烧结烟气中SO2排放的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金节能减排领域，涉及一种烧结烟气SO₂减排方法，尤其涉及一种在烧结混合料中定层添加含氨化合物减少烧结烟气中SO₂排放的方法。

背景技术

在钢铁行业，烧结烟气产生的二氧化硫占钢铁企业SO₂排放总量的70％以上。2012年《GB28662-2012钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》出台，并于2012年10月1日实施，标准要求从2015年1月1日起烧结机烟气排放SO₂浓度低于200mg/m³，若未实施烟气脱硫，烧结机烟气SO₂排放浓度一般在600～2000mg/m³，这说明要达标排放必须进行烧结烟气脱硫。

传统烧结烟气脱硫是在烧结大烟道后建立脱硫装置对烟气进行脱硫处理，这种脱硫方法具有投资大、占地广、运行费用高、脱硫副产物难处理等缺点，钢铁企业不堪重负。

近年的烧结脱硫方法研究中，出现了一种通过在烧结混合料中添加一种含氨的化合物，使二氧化硫与含氨化合物分解的氨气生成硫酸铵盐，能大幅度降低烧结烟气中的SO₂浓度。

经检索，与此相关的专利有两项，一项为中国专利号：ZL99111573.2，授权公告日为：2004年7月14日,专利名称为“用于烧结过程中的在线脱硫方法”，该专利公开了一种用于烧结过程中的在线脱硫方法，其主要是在烧结生产配料过程中，添加尿素、氨水、或其他可分解出氨气或氢氧化铵等的含氨化合物，在烧结过程中，含氨化合物分解出氨气与硫氧化物反应生成硫酸铵盐，硫酸铵盐通过静电除尘器收集，再把除尘灰水洗将硫的成分从烧结过程中分离出来。

该项专利的不足在于：(1)含氨化合物加入在整个烧结混合料中，一方面在烧结过程中因不断高温分解损耗增加，需提高加入比例；另一方面含氨化合物的分解、氨气与二氧化硫反应均为吸热反应，而烧结工艺的特点是料层上部热量不足，下部热量过剩，烧结料层上部添加了含氨化合物后将进一步恶化烧结料层上部热量不足问题，造成上部烧结矿质量进一步变差。(2)从实验中观察，在烧结混合料中添加含氨化合物后，生成的硫酸铵盐以白色烟雾的形式进入烧结烟气，硫酸铵盐的粒度基本在纳米级，一般干式电除尘器的收集率较低。(3)未考虑对硫酸铵盐进行单独收集。该专利方法收集的硫酸铵盐与大量的烧结除尘灰混合在一起，增加了后续硫酸铵盐分离与处理的成本。

另一项为中国专利号：ZL201110022407.0，授权公告日为：2013年6月19日，专利名称为“基于添加抑制剂的铁矿石烧结过程脱硫方法”，该专利公开了一种在烧结铺底料上添加质量百分比为0.01％的尿素水溶液，烧结过程中，尿素分解出氨气与硫氧化物反应生成硫酸铵盐，硫酸铵盐因抽风作用被带入烟气，采用旋风除尘器对烧结机后半部分的烟气进行除尘，除尘灰经水洗后从滤液中回收硫酸铵。

该项专利的不足在于：(1)含氨化合物尿素是以水溶液的方式添加在烧结铺底料上，由于抽风烧结，烧结铺底料上的含氨化合物将大部被风带入烟气中，减排烟气中SO₂的效果将大打折扣。(2)尿素添加量固定为0.01％，未考虑烧结混合料含硫量的变化对尿素需求量的变化，造成脱硫效果受影响。(3)采用旋风除尘器收集纳米级别的硫酸铵盐收集率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减少烧结烟气中SO₂排放的方法，解决现有技术的不足，一方面减少含氨化合物的使用量，同时提高烧结烟气中SO₂的减排效果和脱硫副产物硫酸铵盐的收集率，使该项脱硫技术真正走向产业化应用。具体技术方案如下：

一种减少烧结烟气中SO₂排放的方法，包括如下步骤：

(1)在烧结混合料中定层添加含氨化合物；

(2)在烧结过程中产生的SO₂在抽风作用下被烧结混合料中的过湿带吸收；

(3)烧结过程继续进行，含氨化合物在高温作用下分解出氨气；

(4)步骤(3)中所述氨气在抽风作用下被烧结混合料中的过湿带吸收；

(5)SO₂和氨气在烧结过湿带中逐步反应生成硫酸铵；

(6)烧结过程继续进行，过湿带开始消失，生成的硫酸铵呈晶体形式进入烟气排出。

进一步地，步骤(1)中，在烧结台车混合料层的中、下部位置以定层方式加入含氨化合物。

进一步地，步骤(3)中烧结过程继续进行，燃烧带进入中部以下，含氨化合物在高温作用下分解出氨气。

进一步地，步骤(6)中，当过湿层在逐步下移并过渡到干燥层时，生成的硫酸铵在预热层到来之前，以较集中的方式呈晶体形式进入烟气排出。

进一步地，步骤(1)中所述含氨化合物指尿素、氨水、碳酸氢铵，或其他可分解出氨气的化合物。

进一步地，所述的混合料层的中、下部位置指烧结铺底料层以上、烧结混合料层高度的2/3位置以下的区域。

进一步地，步骤(1)中所述定层是指混合料层的中、下部位置的某一层或某一区段,区段范围在20mm～350mm。

进一步地，所述含氨化合物在烧结混合料中的添加量范围为：含氨化合物氮摩尔量与烧结原料中硫摩尔量之比为0.5～2.8。

进一步地，所述含氨化合物在烧结混合料中要求在所述的定层范围内均匀投放。

进一步地，在烧结料层中发生以下反应：

(NH₂)₂CO+H₂O＝NH₄COONH₂(1)

NH₄COONH₂＝2NH₃+CO₂(2)

${\mathrm{SO}}_2+{2\mathrm{NH}}_3+H_{2}O+\frac{1}{2}{O}_2={\left({\mathrm{NH}}_4\right)}_2{\mathrm{SO}}_4---\left(3\right).$

与目前现有技术相比，本发明脱硫剂在烧结料层中、下部定层加入，可与烧结料层中燃烧释放的SO₂充分反应，减少脱硫剂的使用量，同时提高烧结烟气SO₂减排效果。通过本发明，烧结烟气SO₂减排率可达到80％以上。该工艺的实施对现场改造量小，投资成本、运行成本分别约为钙基半干法和石灰石-石膏法等主流烧结烟气脱硫工艺的1/7、1/3。脱硫副产物易处理。本工艺的脱硫副产物为硫酸铵，可做化工原料，市场销售前景好。具体来说：采取“在烧结混合料中定层集中投放含氨化合物作为脱硫屏障的方法”降低了含氨化合物的使用量，同时还提高了烧结烟气中SO₂的减排效果；根据硫酸铵晶体在某几个风箱集中释放的特点，采取选择性收集的方法，针对各烧结机的特点可采用以下三种方式收集。方式一：根据硫酸铵晶体粒度小，粘附力强的特性，使烟气通过“移动式颗粒层料床”，颗粒层吸附硫酸铵后经水洗回收，作为颗粒层的物料可以是焦炭、活性炭、钢渣、高炉水渣、石英砂、黄砂等不溶于水且比表面积相对较大的物料。方式二：对集中释放硫酸铵的几个风箱采用一种小型湿式电除尘器进行单独捕集，通过干燥湿式电除尘器排出的水溶液即可分离得到硫酸铵。方式三：在烧结主风机负压余量充足的烧结机上，采用高温布袋除尘器对集中释放硫酸铵的几个风箱进行单独除尘，可得到相对较为干燥的硫酸铵粉末。

附图说明

图1为本发明烧结机含氨化合物加入位置及硫酸铵收集区域示意图

具体实施方式

下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。

一种在烧结混合料中定层添加含氨化合物减排烧结烟气中SO₂的方法，在烧结台车混合料层的中、下部位置以定层方式加入含氨化合物，在烧结过程中产生的SO₂在抽风作用下被烧结混合料中的过湿带吸收，随着烧结过程的进行，燃烧带进入中部以下，含氨化合物在高温作用下分解出氨气，在抽风作用下也被烧结混合料中的过湿带吸收，SO₂和氨气在烧结过湿带中逐步反应生成硫酸铵，随着烧结过程的继续进行，当过湿层在逐步下移并过渡到干燥层时，生成的硫酸铵在预热层到来之前，以较集中的方式呈晶体形式进入烟气排出。根据硫酸铵晶体在某几个风箱集中释放的特点，采用选择性除尘收集的方法，对那几个风箱的烟尘单独捕集，实现从烧结烟气中分离硫酸铵达到减排的目的。

所述的含氨化合物主要指尿素、氨水、碳酸氢铵等可分解出氨气的化合物。所述的混合料层的中、下部位置指烧结铺底料层以上、烧结混合料层高度的2/3位置以下的区域。所述的定层是指混合料层的中、下部位置的某一层或某一区段,区段范围在20mm～350mm。所述的含氨化合物在烧结混合料中的添加量范围为：含氨化合物氮摩尔量与烧结原料中硫摩尔量之比为0.5～2.8。所述的含氨化合物在烧结混合料中要求在所述的定层范围内均匀投放。所述的几种含氨化合物中，以尿素为例，在烧结料层中主要发生以下反应：

(NH₂)₂CO+H₂O＝NH₄COONH₂(1)

NH₄COONH₂＝2NH₃+CO₂(2)

${\mathrm{SO}}_2+{2\mathrm{NH}}_3+H_{2}O+\frac{1}{2}{O}_2={\left({\mathrm{NH}}_4\right)}_2{\mathrm{SO}}_4---\left(3\right)$

所述的硫酸铵烟尘单独捕集有三种方式。方式一：根据硫酸铵粒度小，粘附力强的特性，使烟气通过“移动式颗粒层料床”，颗粒层吸附硫酸铵后经水洗回收，作为颗粒层的物料可以是焦炭、活性炭、钢渣、高炉水渣、石英砂、黄砂等不溶于水等不溶于水且比表面积相对较大的物料。方式二：对集中释放硫酸铵的几个风箱采用一种小型湿式电除尘器进行单独捕集，通过干燥湿式电除尘器排出的水溶液即可分离得到硫酸铵。方式三：在烧结主风机负压余量充足的烧结机上，采用高温布袋除尘器对集中释放硫酸铵的几个风箱进行单独除尘，可得到相对较为干燥的硫酸铵粉末。

实施例：

基准期：烧结混合料硫含量为0.053％，采用该混合料进行烧结，排放的烟气SO₂平均浓度为788.18mg/m³，烧结矿残硫含量为0.026％，基准期的硫平衡结果见表1。

表1基准期硫平衡结果

试验期1：烧结混合料硫含量为0.053％，含氨化合物采用尿素，尿素添加量依据尿素的氮摩尔量与烧结混合料中硫摩尔量之比为0.58，尿素添加位置在烧结混合料层底部的100mm处，烧结过程中排放的烟气SO₂平均浓度为137.46mg/m³，烧结矿残硫含量为0.026％，烟气中硫酸铵采用“移动式颗粒层料床”进行收集。根据烧结过程中排放的总烟气量及烟气浓度计算，烟气中SO₂平均减排率为80.02％。试验期1的硫平衡结果见表2。

表2试验期1硫平衡结果

试验期2：烧结混合料含硫量为0.053％，优选含氨化合物采用尿素，尿素添加量依据尿素的氮摩尔量与烧结原料中硫摩尔量之比为0.80，尿素添加位置在烧结混合料层底部的150mm处，烧结过程中排放的烟气SO₂平均浓度为106.09mg/m³，烧结矿残硫含量为0.027％，烟气中硫酸铵采用“移动式颗粒层料床”进行收集。根据烧结过程中排放的总烟气量及烟气浓度计算，烟气中SO₂平均减排率为84.58％。试验期2的硫平衡结果见表3。

表3试验期2硫平衡结果

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种减少烧结烟气中SO₂排放的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）在烧结混合料中定层添加含氨化合物；

（2）在烧结过程中产生的SO₂在抽风作用下被烧结混合料中的过湿带吸收；

（3）烧结过程继续进行，含氨化合物在高温作用下分解出氨气；

（4）步骤（3）中所述氨气在抽风作用下被烧结混合料中的过湿带吸收；

（5）SO₂和氨气在烧结过湿带中逐步反应生成硫酸铵；

（6）烧结过程继续进行，过湿带开始消失，生成的硫酸铵呈晶体形式进入烟气排出；

步骤（1）中，在烧结台车混合料层的中、下部位置以定层方式加入含氨化合物。

2.如权利要求1所述的减少烧结烟气中SO₂排放的方法，其特征在于，步骤（3）中烧结过程继续进行，燃烧带进入中部以下，含氨化合物在高温作用下分解出氨气。

3.如权利要求1或2所述的减少烧结烟气中SO₂排放的方法，其特征在于，步骤（6）中，当过湿带在逐步下移并过渡到干燥带时，生成的硫酸铵在预热带到来之前，以较集中的方式呈晶体形式进入烟气排出。

4.如权利要求1或2所述的减少烧结烟气中SO₂排放的方法，其特征在于，步骤（1）中所述含氨化合物指尿素、氨水、碳酸氢铵，或其他可分解出氨气的化合物。

5.如权利要求2所述的减少烧结烟气中SO₂排放的方法，其特征在于，所述的混合料层的中、下部位置指烧结铺底料层以上、烧结混合料层高度的2/3位置以下的区域。

6.如权利要求1或5所述的减少烧结烟气中SO₂排放的方法，其特征在于，步骤（1）中所述定层是指混合料层的中、下部位置的某一层或某一区段,区段范围在20mm～350mm。

7.如权利要求1或2所述的减少烧结烟气中SO₂排放的方法，其特征在于，所述含氨化合物在烧结混合料中的添加量范围为：含氨化合物氮摩尔量与烧结混合料中硫摩尔量之比为0.5～2.8。

8.如权利要求1或2所述的减少烧结烟气中SO₂排放的方法，其特征在于，所述含氨化合物在烧结混合料中要求在所述的定层范围内均匀投放。

9.如权利要求4所述的减少烧结烟气中SO₂排放的方法，其特征在于，在烧结料层中发生以下反应：

(1)

(2)

(3)。