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有机催化法烟气脱硫技术在泰钢烧结机上的应用实践

邵书东，吴茂林，赵树民

（山东泰山钢铁集团有限公司，山东 莱芜 271100）

摘 要：泰钢265m2烧结机采用有机催化法烟气脱硫技术，工艺过程包括烟气、吸收、氨水存储及供给、粉尘分离及催化剂回收、化肥结晶及干燥包装等系统。该技术工艺先进，总投资少，运行费用低，吨矿脱硫成本为5.4元，达到了以废治废的环保目的。

关 键 词：烧结烟气；脱硫技术；有机催化法；二氧化硫；催化剂

1 前言

在钢铁生产过程中，烧结工序SO2排放量约占钢铁生产总排放量的60%以上，脱硫前的烧结烟气中SO2排放浓度一般为400～1500 mg/m3，有的甚至达到3000 mg/m3，控制烧结机生产过程SO2的排放是钢铁企业控制SO2污染的重点。经过多方面的调查研究，泰钢在265 m2烧结机烟气治理中应用有机催化烟气脱硫技术。

2 有机催化法烟气脱硫技术

有机催化法烟气脱硫技术来源于以色列Lex-tran公司，有机催化剂是该公司的的专利产品，其基体是一种含有亚硫酰基官能团的化合物，具有对烟气中的SO2、NOX等酸性气体的强捕捉能力。当烟气与含有催化剂的循环液在吸收塔内逆向流动接触时，SO2、NOX就会被催化剂捕捉并且被氧化成为硫酸或硝酸，在加入中和剂（氨水）的情况下，最终反应生成硫酸铵或硝酸铵。在脱硫、脱硝的同时，有机催化剂对汞等重金属也具有极强的物理溶解吸附能力，从而可去除烟气中的汞等重金属。

2.1 反应原理

1）脱硫反应原理。烟气中的SO2和水反应转化为H2SO3，催化剂与其结合形成一种稳定的复合物，复合物在氧气的作用下直接生成H2SO4，并且与氨水发生快速反应，生成高品质的硫酸铵。反应方程式如下：

2）脱硝反应原理。烟气中的NO难溶于水，需要先加入双氧水（H2O2）进行氧化，然后在水溶液中被吸收转化为HNO2，有机催化剂与之结合成稳定复合物，在氧气的作用下，直接生成HNO3，并且与氨水发生快速反应，生成硝酸铵。反应方程式如下：

3）脱汞原理。有机催化剂对汞等重金属具有极强的物理吸附作用，可持续地对烟气中含量很少的汞等重金属进行吸附、收集，当催化剂吸收重金属饱和后，可再进行在线分离。重金属（汞、铅、铬等）不会对有机催化剂的脱硫能力产生影响。

2.2 工艺流程

有机催化法烟气脱硫系统主要包括烟气系统、吸收系统、氨水存储及供给系统、粉尘分离及催化剂回收系统、化肥结晶及干燥包装系统、工艺水系统、控制系统和电气系统等，工艺流程见图1。

从烧结电除尘出来的120～180 ℃的烧结烟气经增压风机以大约15 m/s的速度，经原烟道挡板门进入吸收塔；烟气在吸收塔内以3.5 m/s的速度垂直向上，通过有机催化剂吸收液喷淋区域；在喷淋区域内，有机催化剂吸收液和水通过喷嘴向下喷淋，并形成均匀的雾状粒珠，与向上的烟气充分接触反应后落入吸收塔下部含有碱性中和剂（氨水）的反应池中；脱除SO2后的净烟气经过吸收塔上部设置的两层除雾器，去除烟气内的水分后上升至塔顶出口烟道，再由出口烟道净烟道挡板门至烟囱，最后排入大气。有机催化剂乳液与烟气中的SO2反应后，落入吸收塔底部的氨水反应池中与氨发生中和反应，生成稳定的硫酸铵盐液。当吸收塔底部反应池内硫酸铵浓度达到35%～40%时，混合盐液排出泵自动开启。混合盐液经过混合盐液排出泵排出后，进入三相分离器。通过三相分离器中的粉尘分离系统，将在烟气中冲洗出来的粉尘在混合液中清除干净，清除剥离后的粉尘通过风尘分离装置进行收集，并运至烧结原料堆放场作烧结原料使用。除去粉尘的催化剂和硫酸铵盐液的混合液，进入二级分离装置静置，利用比重法进行分离。其中轻相催化剂分离后，直接返回吸收塔继续捕捉SO2；重相不饱和硫酸铵盐液流入盐液储罐后再进入化肥结晶干燥系统。

硫酸铵盐液利用进料泵首先进入预热器到一效加热器，其流量由进料泵控制。由于真空的作用，料液从加热器经由管道进入一效分离器，重组份由弯道回到加热室，再次受热又进入蒸发室形成循环。料液进入蒸发室时成雾状，水分迅速蒸发。利用真空再送至二效结晶分离器循环蒸发。当物料达到所需浓度，经出料泵到旋液分离器，再到离心机，分离出的液体返回蒸发室继续蒸发。

硫酸铵结晶完成后进入离心机分离出硫酸铵晶体，分离出的溶液回到蒸发器继续蒸发浓缩；将硫酸铵晶体通过气流干燥达到含水要求后，得到成品硫酸铵，经包装机组包装后，在成品库堆放、待发。

2.3 控制措施

有机催化法烟气脱硫装置的控制主要通过3部分来实现：1）根据烟气中SO2的浓度调节浆液泵开启数量来调节有机催化剂吸收液喷淋量；2）调节氨水的流量来控制反应池中浆液pH值在6.0～6.5；3）吸收塔底部反应池内硫酸铵浓度达到35%～40%，调节混合盐液排出泵的开启，及时排出盐液，来防止盐液结晶。

2.4 工艺特点

1）脱硫效果高。在脱硫系统建成后，有机催化烟气清洁系统能将出口烟气平均含硫量控制在较低的排放值（50 mg/m3）以下，使用高含硫矿时也能保证脱硫效果。

2）具有多效减排能力。在同一个脱硫系统中，可以同时具有脱硫、脱硝、脱重金属、二次除尘等多种烟气减排效果。

3）无二次污染。有机催化法的工艺过程中不产生其他废气、废液或废渣。

4）系统运行稳定、可靠。对于烟气温度、SO2浓度和烟气量无特殊要求。

5）对烟气条件的波动性有极强的适应能力，具有40%～125%负荷的适应性。

6）维护简单，运行成本低，脱硫剂（有机催化剂）循环使用，并可生产高附加值的硫酸铵产品，副产品硫酸铵化肥品质达到国家标准要求，在脱硫的同时降低生产成本。

7）资源利用优势，利用焦化化产工序蒸氨后产生的6.5%氨水生产化肥，实现以环保方式解决环保问题。

8）脱硝时，在烟道的前端加上一个强氧化的装置，使得烟气中的NO强制氧化成易溶于水的高价的氮氧化物，脱硫脱硝同步进行，最后生成硫酸铵和硝酸铵的复合化肥。

3 应用效果

泰钢265 m2烧结机烟气脱硫项目于2012年6月投入试运行。调试运行初期，粉尘分离及催化剂回收系统的2台三相分离机均出现故障，化肥结晶系统的稠厚器罐体出现腐蚀现象。经分析，这些问题主要是运行不当造成，采取一定的措施后，如对易腐蚀部位加保护涂层等，问题都得到了解决。脱硫前烟气中的SO2浓度在800～1500 mg/m3，脱硫后SO2出口平均浓度＜90 mg/m3，能够满足《山东省钢铁工业污染物排放标准》（DB 37/990—2008）第二时段SO2排放限值200 mg/m3的要求；脱硫效率稳定在90%以上，粉尘排放浓度＜30 mg/m3。

生产的硫酸铵产品经北京市农林科学院植物营养与资源研究所检验氨氮含量为20.5%，水分0.28%，游离酸0.03%，可作为农业肥料利用。按烧结机设计产量272万t/a、年处理烟气量8.364×109m3进行核算，年脱除SO2 5269t，同时还生产出符合国家标准要求的硫酸铵10868t。根据项目的投资及运营基本情况，经初步测算，吨矿脱硫成本为5.4元，与泰钢180m2烧结机SDA旋转喷雾干燥法脱硫技术相比，吨矿成本减少2.3元，同时在该工艺运行中没有二次污染物产生，减少了二次污染物的处理费用。

4 结语

泰钢265 m2烧结机采用有机催化法进行脱硫，工艺先进，总投资少，运行费用低，脱硫率和脱硫剂利用效率高，吨矿脱硫成本为5.4元，不产生其他废气、废液或废渣等二次污染物，而且副产品可利用，达到以废治废的环保目的。