福斯近零排放技術(shù)在鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用

江赤光

（中晶環(huán)境科技股份有限公司，北京 102199）

1 燒結(jié)機(jī)煙氣治理現(xiàn)狀

近年來，國家不斷加嚴(yán)煙氣、廢水和固體廢物的排放指標(biāo)。在大氣排放環(huán)保指標(biāo)中，工業(yè)煙氣對二氧化硫、氮氧化物和顆粒物排放指標(biāo)的提標(biāo)速度最快。從2015年到2018年的短短3年時(shí)間，以燒結(jié)機(jī)為例，這三大排放指標(biāo)分別加嚴(yán)至原來的18%（硫）、17%（硝）和20%（塵），見表1。

表1 近年來國家環(huán)保指標(biāo)演變情況

隨著燒結(jié)機(jī)排放指標(biāo)的逐年加嚴(yán)，鋼鐵企業(yè)要達(dá)到超低排放指標(biāo)仍有很多難題：1）近年流行的脫硫脫硝和除塵的技術(shù)路線，如鈣法濕法、鎂法濕法、氨法濕法、活性焦干法、循環(huán)流化床半干法（CFB）、旋轉(zhuǎn)噴霧半干法（SDA）、密相干塔半干法等，要想達(dá)到超凈排放指標(biāo)，均在不同方面及不同程度上存在一定的問題。2）2010年以來，各鋼鐵企業(yè)為了滿足環(huán)保指標(biāo)，先后投資建設(shè)了某種技術(shù)路線的環(huán)保設(shè)施。面對新的超低排放指標(biāo)，僅改造舊的現(xiàn)有設(shè)施大都不能滿足超低排放指標(biāo)。全部推倒重建新設(shè)施，企業(yè)的資金浪費(fèi)巨大且停產(chǎn)的時(shí)間成本難以承受。3）市場上的環(huán)保工程和環(huán)保設(shè)備廠家為滿足超低排放指標(biāo)推出各種技術(shù)路線，其中不少是沒有經(jīng)過驗(yàn)證的技術(shù)，企業(yè)難以正確辨識(shí)，正確決策。

2 FOSS-D技術(shù)的主要理念、工藝流程和系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 FOSS-D技術(shù)主要理念

應(yīng)用FOSS-D技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)在單塔內(nèi)完成干法一體化脫硫、脫硝、除塵、脫二英并全面、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的達(dá)到超低排放指標(biāo)。

FOSS-D技術(shù)通過采用獨(dú)特的復(fù)合脫硫脫硝劑（BMP），使煙氣中硫、硝和塵達(dá)到環(huán)保超低排放，同時(shí)還能將脫硫渣100%利用，即先將脫硫渣加工成與水泥類似的膠凝劑“晶粉”，再利用“晶粉”配比鋼渣、泥渣等材料制成新型的具有持續(xù)盈利能力的建材產(chǎn)品。

2.2 FOSS-D技術(shù)的主要工藝流程

圖1 FOSS-D工藝流程及系統(tǒng)構(gòu)成

在FOSS-D技術(shù)中，燒結(jié)、焦?fàn)t、豎爐煙氣經(jīng)電除塵器初步除塵后，進(jìn)入離子發(fā)生器氣態(tài)選擇性氧化脫硝區(qū)域，完成NO向高價(jià)氮氧化物的轉(zhuǎn)變；然后煙氣通過強(qiáng)效反應(yīng)塔，在高效湍流與BMP高分子材料的雙重作用下，SO2、高價(jià)氮氧化物在被吸附的同時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫酸鹽、硝酸鹽及少量亞硫酸鹽；在強(qiáng)效反應(yīng)上段，硫酸鹽、硝酸鹽和極少量的亞硫酸鹽在水氣和BMP中的特殊材料團(tuán)聚為大顆粒物，然后進(jìn)入到袋式除塵器中，從而達(dá)到塵的超凈排放效果；夾雜著各種成分的顆粒物經(jīng)過袋式除塵器后被脫除下來進(jìn)入灰斗，然后排至灰倉，作為建材生產(chǎn)原料運(yùn)至晶粉倉庫備用；煙氣達(dá)到超低或近零排放指標(biāo)后經(jīng)煙囪排至大氣。

同時(shí)，F(xiàn)OSS-D脫硫脫硝除塵一體化近零排放技術(shù)原理也可以應(yīng)用于FOSS-W（FOSS-W是濕法工藝，即將強(qiáng)制氧化劑脫硫與旋轉(zhuǎn)離心作用除塵相結(jié)合的一塔同步技術(shù)），其流程為低溫選擇性氧化技術(shù)與BMP高分子材料結(jié)合達(dá)到一塔內(nèi)同時(shí)脫硫脫硝，在濕法中完成離子發(fā)生器氧化NO為高價(jià)氯氧化物并用BMP高分子材料對其進(jìn)行吸收，進(jìn)行了長期的小試、中試、工程實(shí)際應(yīng)用。通過實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)踐證明：BMP高分子材料與低溫選擇性離子氣態(tài)氧化劑結(jié)合應(yīng)用于濕法脫硫脫硝可使得去除NOx的效率最高達(dá)99%并生成硝酸鹽，而硝酸鹽與BMP高分子材料的協(xié)同脫除效應(yīng)，在一定程度上提高了該套工藝技術(shù)脫除SO2的效率（與單獨(dú)脫硫工藝相比，脫硝協(xié)同脫硫可使出口SO2濃度降低的最高比率達(dá)52%）。SO2脫除效率可長期穩(wěn)定在0～5mg/Nm3。

2.3 FOSS-D技術(shù)的工藝流程和系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)的工藝流程及系統(tǒng)構(gòu)成見圖1。脫硝原理示意見圖2。

圖2 FOSS-D工藝脫硝原理

3 FOSS-D技術(shù)與干法及半干法系統(tǒng)的比較

市場上常見的燒結(jié)機(jī)超低排放的技術(shù)概括見表2。

活性焦干法近年來應(yīng)用較多，優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行較穩(wěn)定。如不需達(dá)超凈指標(biāo)則不失是一種較成熟的技術(shù)路線。缺點(diǎn)是：1）投資成本和運(yùn)營成本高；2）脫硝效率（噴氨后只能達(dá)到60%～80%）和除塵效果（只能達(dá)到20mg/m3）也難達(dá)到超低排放指標(biāo)（如NOx從300mg/m3脫到50mg/m3，效率需83.3%）；3）活性焦解析產(chǎn)生的硫酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)處理困難（除非鋼廠內(nèi)部可消納）；4）活性焦設(shè)備維護(hù)過程火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)較大。

SDA+SCR+布袋除塵是近年來鋼鐵企業(yè)考慮的工藝路線之一，優(yōu)點(diǎn)是投資較低（SDA脫硫部分比CFB投資少20%～30%），SCR脫硝較成熟。缺點(diǎn)是：1）SDA脫硫效率有限（90%～95%），當(dāng)煙氣中含硫量較高時(shí)（工況煙氣量超過1000mg/m3），脫硫達(dá)標(biāo)困難；2）SCR脫硝運(yùn)行雖然成熟，但煙氣升溫能耗大，運(yùn)營成本高；3）脫硫渣中的亞硫酸鈣、亞硝酸鈣比例高，后續(xù)消納利用沒有好辦法。

CFB+SCR+布袋除塵工藝路線也是當(dāng)下的熱門技術(shù)之一，其比SDA+SCR+布袋除塵工藝的脫硫效率高，缺點(diǎn)是：1）SCR脫硝運(yùn)行雖較成熟，但煙氣升溫能耗大，運(yùn)營成本高；2）脫硫渣中的亞硫酸鈣、亞硝酸鈣比例高，后續(xù)消納利用沒有好辦法。

FOSS-D干法一體化工藝路線，經(jīng)工業(yè)應(yīng)用證明有三大優(yōu)點(diǎn)：1）脫硫、脫硝和除塵效率均較高，三個(gè)主要指標(biāo)都具備穩(wěn)定達(dá)到超低排放的能力；2）采用高分子復(fù)合脫硫劑后，脫硫渣以硫酸鈣為主，含有低于2%的亞硫酸鈣和少部分的硝酸鈣，利用專利技術(shù)，可將脫硫渣全部轉(zhuǎn)換成類似于水泥的膠凝劑“晶粉”，再將晶粉配合一定的鋼渣和水即可制成新型的綠色建材，實(shí)現(xiàn)真正對脫硫脫硝除塵后的副產(chǎn)物完全利用的循環(huán)經(jīng)濟(jì)治污；3）FOSS-D技術(shù)工程建設(shè)的總成本比活性焦技術(shù)低40%～50%，脫硝部分比SCR低30%～40%；脫硫脫硝運(yùn)營費(fèi)用比活性焦技術(shù)低約30%，脫硝運(yùn)營費(fèi)用比SCR低約30%。

4 FOSS-D技術(shù)的應(yīng)用

FOSS-D技術(shù)自2017年投入燒結(jié)工業(yè)應(yīng)用以來，已在多個(gè)煙氣治理工程中得到應(yīng)用，其中新世紀(jì)煤化工公司、德龍集團(tuán)唐山鋼鐵公司、德龍集團(tuán)邢臺(tái)鋼鐵公司已建成投產(chǎn)；大冶華鑫鋼鐵公司、唐山榮程鋼鐵公司、唐山興隆鋼鐵公司、江蘇鑌鑫鋼鐵公司正在建設(shè)中。

唐山德龍鋼鐵項(xiàng)目于2017年下半年開始建設(shè)，F(xiàn)OSS-D在該公司230燒結(jié)機(jī)上應(yīng)用情況見表3、圖3。

表2 FOSS-D技術(shù)與干法工藝的比較

圖3 德龍鋼鐵集團(tuán)唐山230平燒結(jié)機(jī)FOSS-D項(xiàng)目

5 FOSS-D技術(shù)在鋼廠煙氣治理的應(yīng)用前景

FOSS-D一體化技術(shù)除可整體應(yīng)用在燒結(jié)煙氣的脫硫、脫硝、除塵和脫二英的一體化改造工程外，還可應(yīng)用于下列煙氣處理場合：

（1）將FOSS-D技術(shù)中的離子發(fā)生器脫硝裝置配套到現(xiàn)有的SDA旋轉(zhuǎn)噴霧脫硫系統(tǒng)（脫硝效率待工業(yè)應(yīng)用證實(shí)），完成脫硝超低排放達(dá)標(biāo)。

（2）將FOSS-D技術(shù)中的離子發(fā)生器脫硝裝置配套到現(xiàn)有的CFB循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)（脫硝效率已經(jīng)過工業(yè)應(yīng)用證實(shí)），完成脫硝超低達(dá)標(biāo)。

表3 FOSS-D技術(shù)在唐山德龍鋼鐵項(xiàng)目230燒結(jié)機(jī)上應(yīng)用

（3）將FOSS-D技術(shù)中的離子發(fā)生器脫硝裝置配套到現(xiàn)有的密相干塔脫硫系統(tǒng)（脫硝效率待工業(yè)應(yīng)用證實(shí)），完成脫硝超低排放達(dá)標(biāo)。

（4）將FOSS-D一體化技術(shù)+SDS小蘇打干法脫硫結(jié)合配套使用到高硫（硫含量2500mg/m3以上）燒結(jié)機(jī)和高硫窯爐的工業(yè)煙氣處理，完成其脫硫、脫硝和除塵超低排放達(dá)標(biāo)。

（5）將FOSS-D技術(shù)中的離子發(fā)生器脫硝裝置配套到現(xiàn)有的鈣法濕法或鎂法濕法脫硫系統(tǒng)（工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)需進(jìn)一步完成），完成脫硝超低排放達(dá)標(biāo)。