鋼鐵燒結(jié)煙氣多污染物排放及協(xié)同控制概述

閆曉淼，李玉然，朱廷鈺，齊楓中國科學(xué)院過程工程研究所，北京市過程污染控制工程技術(shù)研究中心，北京100190

鋼鐵燒結(jié)煙氣多污染物排放及協(xié)同控制概述

閆曉淼，李玉然，朱廷鈺*，齊楓
中國科學(xué)院過程工程研究所，北京市過程污染控制工程技術(shù)研究中心，北京100190

統(tǒng)計分析了數(shù)十臺鋼鐵燒結(jié)煙氣多污染物排放特征。結(jié)果表明，經(jīng)電除塵器和布袋除塵器處理后，滿足粉塵出口濃度≤50 mg/m3的分別占75%和100%。SO2排放濃度≤4 000 mg/m3的占92%，要求裝置的脫硫效率＞95%；＞4 000 mg/m3的占8%，要求裝置的脫硫效率＞97%。NOx排放濃度＞300 mg/m3的占16%，需裝置脫硝效率＞50%以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。二英排放濃度為1～5 ng-TEQ/m3，需效率＞80%的專門脫除裝置或＞50%的協(xié)同脫除裝置。概述了鋼鐵燒結(jié)煙氣4種多污染物協(xié)同控制技術(shù)路線，并論述了4種路線的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，技術(shù)路線一和技術(shù)路線二分別將濕法和半干法脫硫裝置與除塵和噴吹活性炭結(jié)合脫除粉塵、SO2和二英，技術(shù)路線三活性炭法及技術(shù)路線四將SCR法與除塵和脫硫裝置結(jié)合，協(xié)同脫除粉塵、SO2、NOx和二英等。

燒結(jié)煙氣；粉塵；SO2；NOx；二英；多污染物協(xié)同控制

閆曉淼，李玉然，朱廷鈺，等.鋼鐵燒結(jié)煙氣多污染物排放及協(xié)同控制概述［J］.環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報，2015，5（2）：85-90.

YAN X M，LI Y R，ZHU T Y，et al.Review of emission and simultaneous control of multiple pollutants from iron-steel sintering flue gas［J］.Journal of Environmental Engineering Technology，2015，5（2）：85-90.

2012年，我國鋼鐵行業(yè)污染物排放量粉塵為181.3×104t，SO2為240.6×104t，NOx為97.2× 104t，3類污染物的排放量居于行業(yè)前3位；2005年，二英排放量為1 850 g-TEQ，居于行業(yè)首位［1］。其中鋼鐵行業(yè)燒結(jié)工序粉塵排放量為36×104t，約占鋼鐵生產(chǎn)總排放量的20%；SO2排放量為144× 104t，約占鋼鐵生產(chǎn)總排放量的60%；NOx排放量為47×104t，約占鋼鐵生產(chǎn)總排放量的50%；二英排放量為1 665 g-TEQ，約占鋼鐵生產(chǎn)總排放量的90%［2］。因此控制燒結(jié)煙氣多污染物是鋼鐵行業(yè)大氣污染減排的重點(diǎn)。

GB 28662—2012《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，自2015年1月1日起所有企業(yè)燒結(jié)機(jī)煙氣的排放限值SO2為200 mg/m3，粉塵為50 mg/m3，其中京津冀、長三角和珠三角等大氣污染物特別排放限值地域的排放限值SO2為180 mg/m3，粉塵為30 mg/m3，NOx為300 mg/m3，二英為0.5 ng-TEQ/m3。隨著大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，實施粉塵、SO2、NOx和二英等多污染物協(xié)同控制戰(zhàn)略勢在必行。

針對燒結(jié)煙氣排放的粉塵、SO2、NOx和二英，概述了多污染物的排放特征，論述了4種鋼鐵燒結(jié)煙氣多污染物協(xié)同控制路線的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，并對工藝選擇提出了建議。

1　鋼鐵燒結(jié)煙氣多污染物排放特征

調(diào)研鋼鐵燒結(jié)煙氣粉塵、SO2、NOx和二英等污染物排放特征，對選擇合適的多污染物協(xié)同控制技術(shù)具有重要意義。

1.1粉塵

燒結(jié)生產(chǎn)過程中，由于燒結(jié)原料和燃料在臺車上的燃燒，使抽風(fēng)煙道排出大量含塵廢氣。鋼鐵燒結(jié)工序粉塵產(chǎn)生量為20～40 kg/t（以燒結(jié)礦計），排放濃度一般為1 000～5 000 mg/m3［3］，成分較復(fù)雜，主要包括鐵的氧化物、K2O、Na2O、MgO、CaO、Al2O3、TiO2、SiO2、MnO、P2O5和部分二英等。共調(diào)研40臺電除塵器粉塵出口濃度，調(diào)研統(tǒng)計結(jié)果見圖1，調(diào)研28臺布袋除塵器粉塵出口濃度，調(diào)研統(tǒng)計結(jié)果見圖2［4-13］。

由圖1可知，含塵煙氣經(jīng)電除塵器處理后，粉塵出口濃度≤50 mg/m3的有30臺，占比為75%，滿足GB 28662—2012規(guī)定的排放要求；50～≤100 mg/m3的有10臺，占比為25%，高于GB 28662—2012中規(guī)定的排放限值，不能達(dá)標(biāo)排放。由圖2可知，含塵煙氣經(jīng)布袋除塵器處理后，粉塵出口濃度均低于標(biāo)準(zhǔn)排放限值：≤30 mg/m3的有20臺，占比為71%；30～≤50 mg/m3的有8臺，占比為29%。

圖1　40臺電除塵器粉塵排放濃度Fig.1The dust emission concentration from 40 suits of electrostatic precipitators

圖2　28臺布袋除塵器粉塵排放濃度Fig.2The dust emission concentration from 28 suits of bag dust collectors

1.2SO2

燒結(jié)煙氣中的SO2主要來源于鐵礦石和煤粉等固體燃料。鐵礦石中的硫通常以FeS2、CuFeS2等硫化物和BaSO4、CaSO4、MgSO4等硫酸鹽的形式存在，燃料煤中的硫多以有機(jī)硫的形式存在，硫化物和有機(jī)硫分解后很快和O2反應(yīng)被氧化為SO2，硫酸鹽在分解反應(yīng)中釋放出SO［214］。鋼鐵燒結(jié)工序SO2產(chǎn)生量為0.8～2.0 kg/t，排放濃度一般為300～10 000 mg/m3［3］。共調(diào)研38臺燒結(jié)機(jī)SO2排放濃度，調(diào)研統(tǒng)計結(jié)果見圖3［15］。

圖3　38臺燒結(jié)機(jī)SO2排放濃度Fig.3The SO2emission concentration from 38 suits of sintering machines

由圖3可知，調(diào)研的38臺燒結(jié)機(jī)中，SO2平均排放濃度為1 575 mg/m3，最大排放濃度為6 000 mg/m3，最小排放濃度為450 mg/m3。SO2排放濃度≤2 000 mg/m3的有32臺，占比為84%，為滿足GB 28662—2012規(guī)定的排放要求，需脫硫效率＞90%的脫硫裝置；排放濃度為2 000～≤4 000 mg/m3的有3臺，占比為8%，需脫硫效率＞95%的脫硫裝置；排放濃度為4 000～≤6 000 mg/m3的有3臺，占比為8%，需脫硫效率＞97%的脫硫裝置。

1.3NOx

NOx來源于燒結(jié)點(diǎn)火階段、固體燃料燃燒和高溫反應(yīng)階段。燒結(jié)過程產(chǎn)生的NOx有80%～90%來源于燃料中的氮，其中90%以上為NO，5%～10%為NO2，還有微量N2O［14］。鋼鐵燒結(jié)工序NOx產(chǎn)生量為0.4～0.7 kg/t，排放濃度一般為200～350 mg/m3［3］。共調(diào)研25臺燒結(jié)機(jī)NOx排放濃度，調(diào)研統(tǒng)計結(jié)果見圖4［16］。

圖4　25臺燒結(jié)機(jī)NOx排放濃度Fig.4The NOxemission concentration from 25 suits of sintering machines

由圖4可知，調(diào)研的25臺燒結(jié)機(jī)中，NOx平均排放濃度為224 mg/m3，最大排放濃度為600 mg/m3，最小排放濃度為89 mg/m3。NOx排放濃度≤300 mg/m3的有21臺，占比為84%；排放濃度為300～500 mg/m3的有3臺，占比為12%；排放濃度≥500 mg/m3的有1臺，占比為4%。根據(jù)GB 28662—2012規(guī)定，2015年NOx排放限值≤300 mg/m3，有16%的燒結(jié)機(jī)需要效率＞50%脫硝設(shè)備治理。

圖5　8臺燒結(jié)機(jī)二英排放濃度Fig.5The dioxin emission concentration from 8 suits of sintering machines

噴吹活性炭與半干法脫硫相結(jié)合，主要控制的污染物有粉塵、SO2和二英。脫硫效率為90%～95%，除塵效率≥99.7%，粉塵排放濃度≤40 mg/m3，二英脫除效率≥80%，二英排放濃度≤0.5 ng-TEQ/m3；投資成本為30～50元/m2，半干法脫硫工藝的運(yùn)行成本為6～10元/t，系統(tǒng)噴入活性炭后，運(yùn)行成本增加0.5～2.5元/t。

（3）技術(shù)路線三

采用預(yù)除塵+活性炭法。活性炭法脫除技術(shù)主要設(shè)備由吸附反應(yīng)塔、再生活性炭的再生塔、活性炭在吸附反應(yīng)塔與再生塔之間循環(huán)移動使用的活性炭運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)組成。

該技術(shù)路線的具體工藝流程：燒結(jié)煙氣經(jīng)電除塵器預(yù)除塵后，由增壓風(fēng)機(jī)加壓，升壓后的燒結(jié)煙氣進(jìn)入活性炭移動床，首先脫除SO2和二英，然后在m3的有2臺，占比為25%。為滿足GB 28662—2012規(guī)定的排放要求，需要效率＞80%的專門脫除二英的裝置或者效率＞50%的環(huán)保裝置協(xié)同脫除。

2　鋼鐵燒結(jié)煙氣多污染物協(xié)同控制

鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣末端治理技術(shù)是控制大氣污染物最切實可行的方式之一，目前防治技術(shù)主要側(cè)重于除塵和脫硫，然而單一污染控制難以有效改善當(dāng)前我國大氣區(qū)域性復(fù)合型污染的嚴(yán)峻形勢。由對粉塵和SO2等單一污染物的治理轉(zhuǎn)變?yōu)閷Χ辔廴疚锏木C合治理，從而實現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

（1）技術(shù)路線一

采用預(yù)除塵+噴入活性炭+濕法脫硫。濕法脫硫主要包括石灰石-石膏法、氨法、氧化鎂法和雙堿法等，脫硫效率高達(dá)90%～98%，當(dāng)燒結(jié)原煙氣SO2濃度＞2 000 mg/m3，或脫硫效率要求＞95%時，為滿足鋼鐵行業(yè)燒結(jié)工序SO2排放標(biāo)準(zhǔn)，宜優(yōu)先選擇濕法脫硫工藝。因脫硫工藝較難解決二英的排放問題，技術(shù)路線一將活性炭引入脫硫系統(tǒng)，實現(xiàn)同時脫除硫和二英等多污染物。

該技術(shù)路線的具體工藝流程：燒結(jié)煙氣預(yù)除塵前，在煙道噴入活性炭，通常選擇電除塵器作為預(yù)除塵裝置，經(jīng)過電除塵器時，捕集的大部分吸附有二英的活性炭與含鐵除塵灰一起返回?zé)Y(jié)生產(chǎn)，煙氣繼續(xù)進(jìn)入濕法脫硫裝置進(jìn)行脫硫，工藝流程見圖6。

圖6　技術(shù)路線一工藝流程Fig.6Technological flow chart of the first technical route

將噴吹活性炭與濕法脫硫相結(jié)合，主要控制的污染物有粉塵、SO2和二英等。脫硫效率≥95%，二英脫除效率≥70%，二英排放濃度≤0.5 ng-TEQ/m3；投資成本為30～50元/m2，濕法脫硫工藝的運(yùn)行成本為4～14元/t，系統(tǒng)噴入活性炭后，運(yùn)行成本增加0.8～2.8元/t。

（2）技術(shù)路線二

采用預(yù)除塵+半干法脫硫+噴入活性炭+布袋除塵。半干法脫硫主要有循環(huán)流化床法、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法和密相干塔法等，脫硫效率為90%～95%，適用于SO2濃度＜2 000 mg/m3燒結(jié)煙氣脫硫。技術(shù)路線二在半干法脫硫工藝中引入活性炭，能夠在脫硫同時有效協(xié)同脫除煙氣中的二英。

該技術(shù)路線的具體工藝流程：燒結(jié)煙氣經(jīng)電除塵器預(yù)除塵處理后，進(jìn)入半干法脫硫裝置，同時噴入活性炭，吸附煙氣中二英和重金屬等污染物，半干法脫硫裝置后配置布袋除塵器，捕集吸附有二英的活性炭與除塵灰，煙氣經(jīng)布袋除塵器處理后排放，工藝流程見圖7。噴氨的條件下脫除NOx。活性炭再生時分離的高濃度SO2氣體進(jìn)入副產(chǎn)品回收裝置，回收硫酸等有價值的副產(chǎn)品，工藝流程見圖8［17］。

圖7　技術(shù)路線二工藝流程Fig.7Technological flow chart of thesecond technical route

圖8　技術(shù)路線三工藝流程Fig.8Technological flow chart of the third technical route

活性炭法主要控制的污染物有粉塵、SO2、NOx和二英。脫硫效率＞95%，除塵效率＞90%，脫硝效率可達(dá)40%～80%；投資成本為70～120元/m2，運(yùn)行成本為9～17元/t。

（4）技術(shù)路線四

采用預(yù)除塵+SCR法+脫硫。SCR技術(shù)可用于燒結(jié)煙氣脫硝，同時協(xié)同控制二英。脫硫后燒結(jié)煙氣溫度較低，再熱困難，因此技術(shù)路線四將SCR脫硝裝置布置在脫硫裝置前，協(xié)同脫除SO2、NOx和二英等多種污染物。

該技術(shù)路線的具體工藝流程：燒結(jié)預(yù)除塵煙氣經(jīng)GGH換熱器預(yù)熱，再經(jīng)燃燒器再熱后，將煙氣溫度升至SCR脫硝溫度窗口，煙氣進(jìn)入SCR脫硝裝置進(jìn)行脫硝，同時SCR催化劑對二英具有降解功能，實現(xiàn)對二英協(xié)同脫除，經(jīng)SCR煙氣再通過GGH換熱器降溫后進(jìn)入脫硫裝置進(jìn)行脫硫，工藝流程見圖9。

SCR法與脫硫工藝相結(jié)合，主要控制的污染物有粉塵、SO2、NOx和二英。NOx脫除效率≥80%，二英脫除效率≥80%；設(shè)備投資費(fèi)用約為28元/t，催化劑投資費(fèi)用約為2.5元/t。

圖9　技術(shù)路線四工藝流程Fig.9Technological flow chart of the fourth technical route

綜上所述，對于已建濕法脫硫裝置的鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)，推薦應(yīng)用技術(shù)路線一實現(xiàn)多污染物協(xié)同脫除；已建半干法脫硫裝置的鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)，推薦應(yīng)用技術(shù)路線二；未建脫硫裝置的鋼鐵企業(yè)，可優(yōu)先考慮應(yīng)用技術(shù)路線三和路線四。

3　結(jié)論

針對燒結(jié)煙氣排放的污染物，開發(fā)并實施有效的治理技術(shù)，可有效減緩生產(chǎn)活動對環(huán)境的污染。根據(jù)我國鋼鐵行業(yè)的發(fā)展趨勢和國內(nèi)的環(huán)境保護(hù)要求，參照國家環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)、鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和技術(shù)水平，選擇技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、符合清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排要求的燒結(jié)煙氣多污染協(xié)同控制技術(shù)十分必要。從整體系統(tǒng)的角度，考慮燒結(jié)煙氣中各污染物之間相互影響和相互關(guān)聯(lián)的物理化學(xué)過程，以脫硫除塵為主，協(xié)同脫除NOx和二英，通過單項技術(shù)或多項組合技術(shù)，實現(xiàn)對多種污染物的控制，且有效降低環(huán)境污染的治理成本。

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Review of Emission and Simultaneous Control of Multiple Pollutants from Iron-steel Sintering Flue Gas

YAN Xiao-miao，LI Yu-ran，ZHU Ting-yu，QI Feng
Beijing Engineering Research Center of Process Pollution Control，Institute of Process Engineering，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China

According to the statistics and analysis of the emission characteristics of the multiple pollutants in the flue gas from the scores of iron-steel sinters，the proportion of outlet dust concentration from electrostatic precipitators below 50 mg/m3occupied 63%，and that from bag dust collectors was 100%.The proportion of the SO2concentration below 4 000 mg/m3occupied 92%，and over 4 000 mg/m3occupied 8%；therefore，the desulfurization efficiency should be higher than 95%and 97%respectively.The proportion of the NOxconcentration over 300 mg/m3was 16%，and the denitration efficiency should be higher than 50%to meet the emission standard.The dioxins concentration was between 1.0 and 5.0 ng-TEQ/m3should be treated by special removal device with the efficiency of over 80%or by simultaneous control technologies with over 50%.Four simultaneous control technologies for multiple pollutants from iron-steel sintering flue gas were outlined，and their technical and economic characteristics were discussed.In Technology Routes 1 and 2，the dust，SO2and dioxins were removed by wet and semi-dry desulfurization devices combined with dust collector and injection activated carbon，while in Technology 3 and 4，the dust，SO2，nitrogen oxide and dioxins were removed by active carbon method or SCR combined with dust collector and desulfurization devices.

sintering flue gas；dust；sulfur dioxide；nitrogen oxide；dioxins；simultaneous control of multiple pollutants

X701

1674-991X（2015）02-0085-06doi：10.3969/j.issn.1674-991X.2015.02.013

2014-12-11

國家科技支撐計劃項目（2012BAB18B03）；國家環(huán)境保護(hù)公益性行業(yè)科研專項（201209005）

閆曉淼（1987—），女，助理工程師，碩士，主要研究領(lǐng)域為鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣多污染物協(xié)同控制，yanxiaomiao@ipe.ac.cn

*責(zé)任作者：朱廷鈺（1971—），男，研究員，博士，研究方向為燃煤煙氣、工業(yè)爐窯煙氣多污染物協(xié)同控制技術(shù)，tyzhu@ipe.ac.cn