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炼铁高炉热风炉烟气SO2达标排放的探索

时间:2019-08-22 13:59来源:陕钢集团龙钢公司炼铁厂 作者:张振峰 程西亚 点击:
  • 摘  要  随着国家环保节能减排力度的加大,对高炉炼铁废气排放提出标准要求,其中热风炉烟气SO2排放标准为小于100mg/m3,在各钢铁企业低成本战略条件下,通过综合治理,探索热风炉烟气达标的有效措施成为炼铁高炉环保达标的重要课题。

    关键词  高炉  热风炉  烟气  SO2


    1  前言 

    随着工业的发展和人们生活水平的提高,对能源的渴求也不断增加,各种燃料烟气中的SO2直接排放会形成酸雨,危害环境,已经成为大气污染的主要原因。热风炉作为高炉炼铁的能耗大户,烟气排放环保达标逐步纳入管控序列,规范企业环保管理,开始在炼铁高炉热风炉安装烟气在线监控系统,其中SO2排放标准为小于100mg/m3,给高炉生产环保达标提出严格要求。

    2  高炉炼铁硫分析

    国家对高炉冶炼原燃料含硫都规定有标准,高炉硫负荷为4.5kg/t.Fe,一级、二级冶金焦含硫小于0.8%。

    高炉含铁主要原料—烧结矿,为使高炉生产达到先进的技术经济指标,要求硫含量不超过0.07%~0.08%.有时甚至要求小于0.04%~0.05%。

    矿石中硫主要是硫化物(如FeS2、FeS等)和硫酸盐(CaSO4等);在焦炭中出除灰分中含有上述硫化物外,还有有机硫。进入高炉中的硫主要来自焦炭及含硫喷吹燃料。

    随着高炉炉料的下降,硫化物还不到600℃就可以分解成单质硫或SO2进入煤气。CaSO4等盐类则与SiO2作用形成SO3 或与C作用形成SO2进入煤气。焦炭中有机硫在到达风口区之前就几乎全部挥发;而焦炭灰分中的硫和喷出燃料中的硫则在风口前燃烧时生成SO2进入煤气。

    煤气中的SO2在高温下与C接触可被还原成单质S或H2S/COS等化合物,随着煤气上升的硫,大部分被炉料中的CaO/FeO和还原出来的海绵铁所吸收,分别进入炉渣和生铁。只有一小部分被煤气带走,硫的分配:冶炼炼钢生铁是约占5%-15%;冶炼铸造生铁最高可达30%,在高炉冶炼过程中,炉身中下部开始大量吸收炉内硫,在风口水平的滴下物含硫量已达到高炉硫负荷的1.6倍,约有37%的硫再度气化随煤气流上升,而气化硫又有65%在软熔带被炉料和滴下物吸收,因而高炉中下部有相当数量的硫,进行被气化→吸收→再气化→再吸收的循环过程。

    在高炉造渣过程中,通过调整料柱结构,让更多的硫在软熔带附近被CaO吸收进入炉渣,减少硫在炉内循环量。

    3  煤气含硫分析

    高炉冶炼中大量的硫被炉渣及生铁带走,进入煤气硫量很少,在日常高炉煤气分析中,往往被忽略,高炉煤气含硫分析大多检测硫化氢,依据国家标准《人工煤气组分与杂质含量测定方法GB/T12208—2008》《城市燃气中硫化氢含量测定GB/T12211—1990》,检测方法有碘量法、甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法、定电位电解法、非分散红外吸收法,目前ICP发射光谱法、气相色谱法和微库仑滴定法也被更多应用。

    从文献中描述,得知煤气中的硫化物组成为H2S、COS、CS2、噻吩和硫醇。

    由于硫的吸附现象十分严重,不同样袋检测数据差异很大,根据江苏梅钢何志明提供的高炉煤气全硫分析资料,使用橡胶皮囊和锡箔取样袋对梅钢4#高炉煤气含硫分析数据对比,见表1

    image.png

    从表中数据可以发现:每种样袋检测数据重现性都很好,但是锡箔取样袋检测数据明显大于皮囊取样袋,说明皮囊取样袋对高炉煤气硫的吸附十分严重,因此高炉煤气含硫分析应使用锡箔取样袋。

    为了实现热风炉烟气排放达标,就必须对使用燃料进行全硫分析,某钢铁公司对不同气体燃料进行硫含量分析:见表2:

    image.png

    从分析数据中说明,转炉煤气含硫远低于高炉煤气,约为高炉煤气含硫的10%,为低硫清洁燃料,同时高炉煤气中H2S含量要远小于COS的含量,因此一般认为的高炉煤气中硫主要是以H2S形式存在的观点失实。

    4  高炉煤气含硫成分特性

    煤气中的H2S及COS溶于水,其中H2S的溶解度为1体积水溶解2.6体积H2S,COS的溶解度为 (101.325kPa,0℃)为1体积水溶解1.333体积COS,因此高炉煤气湿法除尘降硫优于干法布袋除尘。

    而对于高炉目前较为普遍的煤气干法除尘工艺,煤气含硫从高炉出来送至热风炉等用户,含量不会发生变化。热风炉作为煤气燃烧用户,通过燃烧器与空气混合燃烧,烟气中含生成SO2排出,热风炉燃烧过程不具有降硫脱硫功能,为了实现热风炉排放达标,目前国内尚无成功的脱硫装置改造方案,现阶段仍需从热风炉使用燃气降低硫含量入手。

    5  热风炉烟气排放达标对策探索

    根据高炉硫分配规律及高炉煤气含硫特性,通过与多家安装热风炉烟气在线监测系统钢铁企业沟通交流,煤气除尘采用全干法布袋除尘系统,将高炉硫负荷控制在国标4。5kg/T。Fe以下,一般热风炉烟气SO2排放能够实现小于100mg/m3目标。

    由于煤气中含硫溶于水,煤气经过湿法水除尘,大量硫化物溶水后被带出,可大幅度降低高炉煤气含硫量,因此高炉煤气除尘采用湿法系统的热风炉烟气排放达标比较容易实现。

    对于大型钢铁联合企业,均富余部分低硫清洁燃料—转炉煤气,高炉采用全干法煤气除尘系统的企业,通过平衡转炉煤气量,适当控制高炉硫负荷,然后根据热风炉混烧一定比例转炉煤气,降低高炉煤气含硫量实现热风炉烟气SO2排放达标。

    高炉煤气系统采用全干法布袋除尘系统配置TRT发电系统,可考虑在TRT出口选择适宜位置安装高压喷水装置,让高炉煤气大幅度增加含水量,是煤气中硫化物溶于水,通过增设管道脱水装置实现脱水脱硫脱酸目标,同时减缓管道腐蚀。

    6  结语

    随着国家环保整治力度的加大,废气达标排放决定钢铁企业能否合法生产,所以探索热风炉烟气经济高效的脱硫措施将会成为重要的研究课题。

    7  参考文献

    [1]周传典。高炉炼铁生产手册。

    [2]何志明。 高炉煤气中全硫含量评估分析。梅山科技。2016年第1期。

    (责任编辑:zgltw)
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