摘  要  隨著國家環(huán)保節(jié)能減排力度的加大，對(duì)高爐煉鐵廢氣排放提出標(biāo)準(zhǔn)要求，其中熱風(fēng)爐煙氣SO2排放標(biāo)準(zhǔn)為小于100mg/m3,在各鋼鐵企業(yè)低成本戰(zhàn)略條件下，通過綜合治理，探索熱風(fēng)爐煙氣達(dá)標(biāo)的有效措施成為煉鐵高爐環(huán)保達(dá)標(biāo)的重要課題。

關(guān)鍵詞  高爐  熱風(fēng)爐  煙氣  SO2

1  前言 

隨著工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高，對(duì)能源的渴求也不斷增加，各種燃料煙氣中的SO2直接排放會(huì)形成酸雨，危害環(huán)境，已經(jīng)成為大氣污染的主要原因。熱風(fēng)爐作為高爐煉鐵的能耗大戶，煙氣排放環(huán)保達(dá)標(biāo)逐步納入管控序列，規(guī)范企業(yè)環(huán)保管理，開始在煉鐵高爐熱風(fēng)爐安裝煙氣在線監(jiān)控系統(tǒng)，其中SO2排放標(biāo)準(zhǔn)為小于100mg/m3，給高爐生產(chǎn)環(huán)保達(dá)標(biāo)提出嚴(yán)格要求。

2  高爐煉鐵硫分析

國家對(duì)高爐冶煉原燃料含硫都規(guī)定有標(biāo)準(zhǔn)，高爐硫負(fù)荷為4.5kg/t.Fe,一級(jí)、二級(jí)冶金焦含硫小于0.8%。

高爐含鐵主要原料—燒結(jié)礦，為使高爐生產(chǎn)達(dá)到先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，要求硫含量不超過0.07%~0.08%．有時(shí)甚至要求小于0.04%~0.05%。

礦石中硫主要是硫化物（如FeS2、FeS等）和硫酸鹽（CaSO4等）；在焦炭中出除灰分中含有上述硫化物外，還有有機(jī)硫。進(jìn)入高爐中的硫主要來自焦炭及含硫噴吹燃料。

隨著高爐爐料的下降，硫化物還不到600℃就可以分解成單質(zhì)硫或SO2進(jìn)入煤氣。CaSO4等鹽類則與SiO2作用形成SO3 或與C作用形成SO2進(jìn)入煤氣。焦炭中有機(jī)硫在到達(dá)風(fēng)口區(qū)之前就幾乎全部揮發(fā)；而焦炭灰分中的硫和噴出燃料中的硫則在風(fēng)口前燃燒時(shí)生成SO2進(jìn)入煤氣。

煤氣中的SO2在高溫下與C接觸可被還原成單質(zhì)S或H2S/COS等化合物，隨著煤氣上升的硫，大部分被爐料中的CaO/FeO和還原出來的海綿鐵所吸收，分別進(jìn)入爐渣和生鐵。只有一小部分被煤氣帶走，硫的分配：冶煉煉鋼生鐵是約占5%-15%；冶煉鑄造生鐵最高可達(dá)30%，在高爐冶煉過程中，爐身中下部開始大量吸收爐內(nèi)硫，在風(fēng)口水平的滴下物含硫量已達(dá)到高爐硫負(fù)荷的1.6倍，約有37%的硫再度氣化隨煤氣流上升，而氣化硫又有65%在軟熔帶被爐料和滴下物吸收，因而高爐中下部有相當(dāng)數(shù)量的硫，進(jìn)行被氣化→吸收→再氣化→再吸收的循環(huán)過程。

在高爐造渣過程中，通過調(diào)整料柱結(jié)構(gòu)，讓更多的硫在軟熔帶附近被CaO吸收進(jìn)入爐渣，減少硫在爐內(nèi)循環(huán)量。

3  煤氣含硫分析

高爐冶煉中大量的硫被爐渣及生鐵帶走，進(jìn)入煤氣硫量很少，在日常高爐煤氣分析中，往往被忽略，高爐煤氣含硫分析大多檢測(cè)硫化氫，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《人工煤氣組分與雜質(zhì)含量測(cè)定方法GB/T12208—2008》《城市燃?xì)庵辛蚧瘹浜繙y(cè)定GB/T12211—1990》，檢測(cè)方法有碘量法、甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法、定電位電解法、非分散紅外吸收法，目前ICP發(fā)射光譜法、氣相色譜法和微庫侖滴定法也被更多應(yīng)用。

從文獻(xiàn)中描述，得知煤氣中的硫化物組成為H2S、COS、CS2、噻吩和硫醇。

由于硫的吸附現(xiàn)象十分嚴(yán)重，不同樣袋檢測(cè)數(shù)據(jù)差異很大，根據(jù)江蘇梅鋼何志明提供的高爐煤氣全硫分析資料，使用橡膠皮囊和錫箔取樣袋對(duì)梅鋼4#高爐煤氣含硫分析數(shù)據(jù)對(duì)比，見表1

從表中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：每種樣袋檢測(cè)數(shù)據(jù)重現(xiàn)性都很好，但是錫箔取樣袋檢測(cè)數(shù)據(jù)明顯大于皮囊取樣袋，說明皮囊取樣袋對(duì)高爐煤氣硫的吸附十分嚴(yán)重，因此高爐煤氣含硫分析應(yīng)使用錫箔取樣袋。

為了實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐煙氣排放達(dá)標(biāo)，就必須對(duì)使用燃料進(jìn)行全硫分析，某鋼鐵公司對(duì)不同氣體燃料進(jìn)行硫含量分析：見表2：

從分析數(shù)據(jù)中說明，轉(zhuǎn)爐煤氣含硫遠(yuǎn)低于高爐煤氣，約為高爐煤氣含硫的10%，為低硫清潔燃料，同時(shí)高爐煤氣中H2S含量要遠(yuǎn)小于COS的含量，因此一般認(rèn)為的高爐煤氣中硫主要是以H2S形式存在的觀點(diǎn)失實(shí)。

4  高爐煤氣含硫成分特性

煤氣中的H2S及COS溶于水，其中H2S的溶解度為1體積水溶解2.6體積H2S，COS的溶解度為 (101.325kPa,0℃)為1體積水溶解1.333體積COS，因此高爐煤氣濕法除塵降硫優(yōu)于干法布袋除塵。

而對(duì)于高爐目前較為普遍的煤氣干法除塵工藝，煤氣含硫從高爐出來送至熱風(fēng)爐等用戶，含量不會(huì)發(fā)生變化。熱風(fēng)爐作為煤氣燃燒用戶，通過燃燒器與空氣混合燃燒，煙氣中含生成SO2排出，熱風(fēng)爐燃燒過程不具有降硫脫硫功能，為了實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐排放達(dá)標(biāo)，目前國內(nèi)尚無成功的脫硫裝置改造方案，現(xiàn)階段仍需從熱風(fēng)爐使用燃?xì)饨档土蚝咳胧帧?/span>

5  熱風(fēng)爐煙氣排放達(dá)標(biāo)對(duì)策探索

根據(jù)高爐硫分配規(guī)律及高爐煤氣含硫特性，通過與多家安裝熱風(fēng)爐煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)鋼鐵企業(yè)溝通交流，煤氣除塵采用全干法布袋除塵系統(tǒng)，將高爐硫負(fù)荷控制在國標(biāo)4.5kg/T.Fe以下，一般熱風(fēng)爐煙氣SO2排放能夠?qū)崿F(xiàn)小于100mg/m3目標(biāo)。

由于煤氣中含硫溶于水，煤氣經(jīng)過濕法水除塵，大量硫化物溶水后被帶出，可大幅度降低高爐煤氣含硫量，因此高爐煤氣除塵采用濕法系統(tǒng)的熱風(fēng)爐煙氣排放達(dá)標(biāo)比較容易實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，均富余部分低硫清潔燃料—轉(zhuǎn)爐煤氣，高爐采用全干法煤氣除塵系統(tǒng)的企業(yè)，通過平衡轉(zhuǎn)爐煤氣量，適當(dāng)控制高爐硫負(fù)荷，然后根據(jù)熱風(fēng)爐混燒一定比例轉(zhuǎn)爐煤氣，降低高爐煤氣含硫量實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐煙氣SO2排放達(dá)標(biāo)。

高爐煤氣系統(tǒng)采用全干法布袋除塵系統(tǒng)配置TRT發(fā)電系統(tǒng)，可考慮在TRT出口選擇適宜位置安裝高壓噴水裝置，讓高爐煤氣大幅度增加含水量，是煤氣中硫化物溶于水，通過增設(shè)管道脫水裝置實(shí)現(xiàn)脫水脫硫脫酸目標(biāo)，同時(shí)減緩管道腐蝕。

6  結(jié)語

隨著國家環(huán)保整治力度的加大，廢氣達(dá)標(biāo)排放決定鋼鐵企業(yè)能否合法生產(chǎn)，所以探索熱風(fēng)爐煙氣經(jīng)濟(jì)高效的脫硫措施將會(huì)成為重要的研究課題。

7  參考文獻(xiàn)

[1]周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)手冊(cè).

[2]何志明. 高爐煤氣中全硫含量評(píng)估分析.梅山科技.2016年第1期.