燒結(jié)煙氣污染物協(xié)同控制技術(shù)

呂平，鄭鵬輝，雷國鵬，高燕軍

燒結(jié)煙氣污染物協(xié)同控制技術(shù)

呂平，鄭鵬輝，雷國鵬，高燕軍

（西安西礦環(huán)?？萍加邢薰?，陜西 西安 710075）

中國是世界上最大的鋼鐵生產(chǎn)國，粗鋼產(chǎn)量占世界粗鋼總產(chǎn)量的51.3%。鋼鐵行業(yè)工藝流程長、產(chǎn)污環(huán)節(jié)多、污染物排放量大，目前中國鋼鐵產(chǎn)能90%以上是“高爐煉鐵→轉(zhuǎn)爐煉鋼”長流程。在鋼鐵生產(chǎn)全流程中，鐵前系統(tǒng)污染物排放量占總排放量的90%。煙氣治理，特別是鐵前系統(tǒng)的燒結(jié)煙氣治理是當(dāng)務(wù)之急。重點(diǎn)介紹了目前燒結(jié)煙氣污染物的主流控制技術(shù)，并闡述了燒結(jié)煙氣協(xié)同治理是實(shí)現(xiàn)燒結(jié)煙氣超低排放的主要措施。

燒結(jié)煙氣；污染物；超低排放；協(xié)同治理

1 引言

鋼鐵工業(yè)是流程工業(yè)，生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)眾多。鋼鐵行業(yè)對環(huán)境的影響主要包括三個(gè)部分：有組織排放、無組織排放和運(yùn)輸環(huán)節(jié)排放。其中，燒結(jié)機(jī)頭工序排放的污染物占到有組織排放的60%，鋼鐵企業(yè)無組織排放的顆粒物占排放總量的50%以上，汽車運(yùn)輸過程的排放也達(dá)到鋼鐵企業(yè)自身排放的20%以上。

因此，鋼鐵行業(yè)超低排放與燃煤電廠超低排放最本質(zhì)的區(qū)別在于鋼鐵生產(chǎn)全流程所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)必須全方位滿足超低排放要求，燒結(jié)煙氣超低排放改造的本質(zhì)要求是“四全”，即全方位、全周期、全過程、全覆蓋。

2018-05生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案》（征求意見稿），明確規(guī)定燒結(jié)機(jī)頭煙氣、球團(tuán)焙燒煙氣顆粒物、二氧化硫、氮氧化物的排放限值為10 mg/m3、35 mg/m3、50 mg/m3。與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)相比，本次超低排放標(biāo)準(zhǔn)中鋼鐵行業(yè)各典型工序大氣污染物排放限值均有大幅提高，其中燒結(jié)、球團(tuán)工序顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度限值在現(xiàn)行基礎(chǔ)上嚴(yán)格66.7%～83.3%，如表1所示。

表1 鋼鐵企業(yè)燒結(jié)工序大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)對比

生產(chǎn)單元產(chǎn)污工序主要污染物現(xiàn)行排放值/（mg·m﹣3）特別排放值/（mg·m﹣3）超低排放值/（mg·m﹣3） 燒結(jié)、球團(tuán)燒結(jié)機(jī)、球團(tuán)焙燒設(shè)備顆粒物504010 二氧化硫20018035 氮氧化物30030050 燒結(jié)機(jī)機(jī)尾、帶式焙燒機(jī)機(jī)尾及其他生產(chǎn)設(shè)備顆粒物302010

2019-04，生態(tài)環(huán)境部等五部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》，再次明確了上述排放限值和超低排放改造具體時(shí)間表，該《意見》的發(fā)布，標(biāo)志著中國鋼鐵行業(yè)超低排放治理已經(jīng)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性攻堅(jiān)階段。

2 燒結(jié)煙氣成分及特點(diǎn)

燒結(jié)是將各種粉狀含鐵原料配入適量的燃料和溶劑，經(jīng)混合后通過燒結(jié)設(shè)備高溫?zé)Y(jié)成塊的過程。燒結(jié)粉塵主要來源于原料準(zhǔn)備過程，原料、混合料、成品的運(yùn)輸過程，燒結(jié)生產(chǎn)過程的主抽風(fēng)及冷卻風(fēng)、鼓風(fēng)過程，燒結(jié)礦的卸礦、冷熱篩分過程等。

燒結(jié)煙氣與其他環(huán)境含塵氣體有很大區(qū)別，其主要特點(diǎn)是：①產(chǎn)生的煙氣量大。每生產(chǎn)1 t燒結(jié)礦大約產(chǎn)生4 000～6 000 m3煙氣。②不穩(wěn)定性。煙氣量、煙氣溫度、二氧化硫濃度受燒結(jié)工況波動影響變化范圍較大。③煙氣溫度較高。隨燒結(jié)工況變化煙氣溫度一般在120～180 ℃。④含濕量大。為了提高燒結(jié)料層的透氣性，混合料在燒結(jié)前加水制粒，因此致使煙氣中含濕量較大，水分含量一般在10%左右。⑤煙氣成分復(fù)雜。由于使用鐵礦石為原料，燒結(jié)煙氣的成分相對比較復(fù)雜，除二氧化硫外，還含有多種腐蝕性氣體和重金屬污染物，包括氯化氫、氟化氫、氮氧化物等腐蝕性氣體以及鉛、汞、鉻、鋅等有毒重金屬物。⑥二氧化硫排放量較大。受礦石和燃料中硫含量和燒結(jié)工況變化影響，二氧化硫排放濃度的波動范圍較大，初始排放濃度一般在400～1 500 mg/m3。

3 燒結(jié)污染物控制技術(shù)

隨著近年環(huán)保污染問題的日益嚴(yán)重，環(huán)境問題已經(jīng)上升到前所未有的戰(zhàn)略高度，與此同時(shí)，國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)不斷收嚴(yán)修訂，各鋼鐵企業(yè)超低排放改造需求呈爆發(fā)式增長。對燒結(jié)煙氣污染物的治理主要分為三個(gè)階段：源頭減排、過程控制和末端治理。源頭減排是在保證燒結(jié)礦性能不受影響的前提下，通過對燒結(jié)原料中的硫、氮、礦物元素以及不完全燃燒的碳顆粒物等成分的控制，從源頭上降低煙氣中多種污染物的排放濃度，降低末端治理設(shè)備的凈化壓力。過程控制是在燒結(jié)生產(chǎn)過程中進(jìn)行污染物減排，主要方法是采用煙氣循環(huán)技術(shù)，去除煙氣中的多種污染物，減少煙氣和污染物的排放總量，并利用循環(huán)煙氣中的余熱，降低能耗。末端治理則是采用高效除塵器、濕法/半干法脫硫、選擇性催化還原脫硝等凈化設(shè)備來脫除燒結(jié)煙氣中的各種污染物。《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》方案中明確了燒結(jié)煙氣除塵、脫硫、脫硝等有組織排放技術(shù)路線，其中最關(guān)鍵是對燒結(jié)機(jī)頭煙氣的粉塵、二氧化硫和氮氧化物治理。燒結(jié)煙氣末端治理技術(shù)，即除塵、脫硫、脫硝技術(shù)，也是對燒結(jié)煙氣污染物超低排放治理最有效的方式。

3.1 粉塵顆粒物的控制

3.1.1 電除塵技術(shù)

采用高效除塵技術(shù)依然是對燒結(jié)煙氣粉塵顆粒物控制的有效措施，在目前環(huán)保高壓態(tài)勢下，有些鋼企將脫硫脫硝作為污染治理重點(diǎn)，認(rèn)為在濕法脫硫設(shè)施后有濕式電除塵器，半干法脫硫設(shè)施后有袋除塵器，就忽視了前端電除塵。對燒結(jié)機(jī)頭煙氣而言，燒結(jié)機(jī)頭電除塵器不僅是除塵設(shè)備，同時(shí)也是燒結(jié)工藝重要的核心工藝設(shè)備。燒結(jié)機(jī)頭煙氣顆粒物中含有大量重金屬、二噁英等有毒有害成分，如果前端電除塵運(yùn)行效果差，將導(dǎo)致這些有毒有害成分進(jìn)入后端的脫硫副產(chǎn)物中；其次前端除塵效果不好，會影響后續(xù)脫硫脫硝設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，要保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，必須采用高效電除塵器，同時(shí)還應(yīng)從除塵器選型設(shè)計(jì)、電源配置、制造和安裝等方面采取措施，確保電除塵器高效、可靠運(yùn)行。隨著超低排放改造的深入，電除塵技術(shù)特別是提效改造技術(shù)發(fā)展仍有較大空間，電除塵器技術(shù)仍將作為煙氣治理的主流設(shè)備，在包括鋼鐵燒結(jié)在內(nèi)的非電行業(yè)超凈治理中實(shí)現(xiàn)技術(shù)全面提升和市場全面拓展。

3.1.2 布袋除塵技術(shù)

眾所周知，布袋除塵器以其除塵效率高、不受工況波動影響等諸多優(yōu)點(diǎn)在各行業(yè)煙塵治理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在燒結(jié)煙氣超低排放處理路線中，布袋除塵器布置在活性炭脫硫脫硝裝置和半干法脫硫裝置后，布袋除塵器的功能有：進(jìn)一步將煙氣中的粉塵和固體顆粒物分離出來，在出口處產(chǎn)生清潔無塵煙氣，起到精除塵作用；在布袋外側(cè)不斷累積粉塵層，包括消石灰干粉和活性炭，這樣煙氣中的污染物在半干法脫酸塔后，可以與煙氣中的有害酸性氣體繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，提高去除效率，同時(shí)吸附重金屬及有機(jī)物等。布袋除塵器在有效去除PM10、PM2.5微細(xì)粒子的同時(shí)，還可以去除二氧化硫、汞和二噁英等其他污染物，是多污染物協(xié)同控制工藝的重要組成部分，也是當(dāng)前鋼鐵行業(yè)超低排放和提標(biāo)改造的主力裝備。

3.1.3 濕式電除塵器技術(shù)

濕式電除塵器作為煙氣治理工藝的終端設(shè)備布置在濕法脫硫裝置后，可有效收集微細(xì)顆粒物（PM2.5、三氧化硫酸霧、氣溶膠）、重金屬（汞、硒、鉛、鉻）、有機(jī)污染物（多環(huán)芳烴、二噁英等），除塵效率可達(dá)70%～85%，有效控制脫硫塔后細(xì)顆粒物、硫酸霧滴及石膏漿液等污染物的排放，同時(shí)解決WFGD帶來的“石膏雨”、藍(lán)煙問題，緩解下游煙道煙囪腐蝕、節(jié)約防腐成本。在濕法脫硫后建設(shè)濕式電除塵器，可以作為煙囪前的最后一道技術(shù)把關(guān)措施，在實(shí)現(xiàn)超低排放，全面解決煙塵、PM2.5、石膏雨、三氧化硫、汞、多種重金屬、二噁英及多環(huán)芳烴（PAHs）等多種污染物問題，也是鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)超低排放的必要措施，具有廣闊應(yīng)用前景。

3.1.4 超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)

超凈電袋復(fù)合型除塵器是通過電除塵與布袋除塵有機(jī)結(jié)合的一種新型的高效除塵器。在收塵機(jī)理上，利用荷電粉塵在濾袋上沉積成有序排列、過濾阻力小、粉塵層疏松、易清灰。荷電粉塵同性排斥，強(qiáng)化了氣溶膠效應(yīng)，使粉塵濃度分布均勻。靜電凝聚使小顆粒變成大顆粒，減少PM2.5顆粒數(shù)量，提高濾袋過濾效率。超凈電袋復(fù)合除塵器在普通電袋復(fù)合除塵器的基礎(chǔ)上，在預(yù)荷電技術(shù)及超細(xì)面層濾料技術(shù)上進(jìn)一步創(chuàng)新，具有除塵效率高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、運(yùn)行阻力低、濾袋壽命長等優(yōu)點(diǎn)，除塵效率受煙氣工況影響程度小，對粉塵比電阻有很寬的適應(yīng)范圍，排放濃度可以長期穩(wěn)定在 10 mg/Nm3以下。超凈電袋復(fù)合除塵器解決了袋除塵器阻力大、濾袋壽命短以及電除塵器排放達(dá)標(biāo)困難等難題，環(huán)保和節(jié)能效益顯著，成為鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)超低排放和節(jié)能運(yùn)行的有效手段，是電除塵技術(shù)和袋除塵技術(shù)的進(jìn)步。

3.2 二氧化硫的控制

燒結(jié)煙氣中的二氧化硫主要來源于鐵礦石和煤粉等固體燃料。鋼鐵企業(yè)排放的二氧化硫中約50%～70%來自燒結(jié)工序，因此燒結(jié)煙氣二氧化硫排放控制至關(guān)重要。通常燒結(jié)煙氣二氧化硫減排和控制措施主要有低硫原料配入法、高煙囪擴(kuò)散稀釋法、燒結(jié)煙氣脫硫法。低硫原料配入法是從源頭實(shí)現(xiàn)控制的方法，滿足復(fù)合清潔生產(chǎn)要求，但受資源和成本等多種條件限制往往不能完全實(shí)現(xiàn)。高煙囪稀釋法雖能暫時(shí)解決區(qū)域二氧化硫污染，但會帶來酸雨等二次污染問題，目前燒結(jié)煙氣二氧化硫控制最有效的方法是燒結(jié)煙氣脫硫法。燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)可分為三種：濕法、干法、半干法。目前燒結(jié)煙氣主流的脫硫技術(shù)是濕法脫硫技術(shù)和SDA旋轉(zhuǎn)噴霧脫硫技術(shù)。

3.2.1 濕法脫硫技術(shù)

目前，中國已有的燒結(jié)煙氣脫硫裝置中，約有80%是濕法工藝。濕法脫硫工藝系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、效率高、工業(yè)化應(yīng)用廣泛、煙氣處理量大、系統(tǒng)適應(yīng)負(fù)荷變化能力強(qiáng)、吸收劑價(jià)格低、易得且利用率高，副產(chǎn)品為二水石膏，可進(jìn)行回收再利用。濕法脫硫工藝的高效性、可靠性在火電燃煤鍋爐煙氣治理中已經(jīng)得到充分證明。高效脫硫除塵除霧（塵硫一體化）技術(shù)采用雙氣旋脫硫增效器+多級氣旋除塵除霧器相結(jié)合的方式，可有效降低液氣比，提高脫硫效率，同時(shí)配合多級氣旋除塵除霧器的使用，達(dá)到去除微小顆粒物、高效除塵除霧的目的。采用該技術(shù)運(yùn)行的脫硫裝置，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定脫硫效率99%以上，除塵效率超過70%，完全實(shí)現(xiàn)了煙塵和二氧化硫超凈排放，徹底消除“石膏雨”“酸雨”現(xiàn)象，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高。

3.2.2 SDA旋轉(zhuǎn)噴霧脫硫技術(shù)

SDA旋轉(zhuǎn)噴霧煙氣脫硫技術(shù)是一項(xiàng)發(fā)展最成熟的煙氣脫硫技術(shù)之一。該技術(shù)采用了旋轉(zhuǎn)噴霧器，投資低于濕法工藝，在全世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，在西歐的德國、意大利等國家利用較多。SDA半干法燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)具有快速適應(yīng)煙氣成分、流量、溫度、二氧化硫濃度變化的特性，產(chǎn)物處理方便，占地面積小，投資低，運(yùn)行維護(hù)成本低，非常適合燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫。

3.3 氮氧化物的控制

目前中國燒結(jié)煙氣除塵、脫硫工藝都已經(jīng)十分成熟，并已形成了一整套的技術(shù)路線，但脫硝應(yīng)用的實(shí)例數(shù)量還較少。目前燒結(jié)煙氣主流脫硝技術(shù)主要有3種形式：SCR（選擇性催化還原）法、活性炭法和氧化法。由于氧化法脫硝和中低溫SCR脫硝技術(shù)都不同程度存在弊端，使其應(yīng)用受到一定影響。根據(jù)燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)，采用旋轉(zhuǎn)式GGH換熱器和SCR工藝相結(jié)合的方式可成功實(shí)現(xiàn)氮氧化物脫除率大于等于90%，是燒結(jié)煙氣脫硝的可行技術(shù)，以中高溫SCR脫硝技術(shù)為核心的協(xié)同治理路線也是目前燒結(jié)煙氣實(shí)現(xiàn)超低排放的主要措施。

中高溫SCR脫硝，即在催化劑的作用下，向溫度為320～450 ℃的煙氣中噴入NH3，利用 NH3將NO和NO2還原成N2和H2O的工藝過程，是迄今為止比較成熟、應(yīng)用最廣的脫硝技術(shù)，具有較高的脫硝效率，其脫硝效率可達(dá)80%～90%。目前主流技術(shù)路線有以下幾種。

脫硫裝置前（前置SCR）路線：SCR脫硝+濕法脫硫+濕電+消白（選裝）。

脫硫裝置后（后置SCR）路線：半干法脫硫+布袋除塵+SCR脫硝。

脫硫裝置后（后置SCR）路線：濕法脫硫+SCR脫硝+布袋除塵。

中高溫SCR脫硝技術(shù)是在燃煤鍋爐煙氣脫硝中應(yīng)用十分成熟的脫硝技術(shù)，完全可以將其移植至燒結(jié)煙氣上，關(guān)鍵是SCR脫硝裝置前的煙氣加熱系統(tǒng)和SCR脫硝裝置后的煙氣換熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，但無論哪種技術(shù)工藝，在實(shí)施過程中都應(yīng)考慮幾方面因素：工藝技術(shù)特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、工程條件、國家政策等。只要設(shè)計(jì)規(guī)范、工程質(zhì)量過關(guān)，就可顯著削減鋼鐵企業(yè)大氣污染物排放量，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)煙氣的超低排放。

4 結(jié)語

燒結(jié)所使用的原料中硫、氮含量不同，燒結(jié)過程溫度的波動、燒結(jié)礦產(chǎn)量的變化和不同的生產(chǎn)工藝等因素等都會影響到燒結(jié)煙氣污染物的產(chǎn)生量，因此，對燒結(jié)煙氣污染物的控制應(yīng)因廠施策、因地制宜地確定燒結(jié)煙氣超低排放技術(shù)路線，選擇最適合的煙氣凈化工藝，在粉塵治理的基礎(chǔ)上，兼顧對二氧化硫、氮氧化物、二噁英等多污染物的治理。燒結(jié)煙氣作為鋼鐵企業(yè)大氣污染的主要來源，現(xiàn)在乃至今后都將是鋼鐵企業(yè)環(huán)保治理的重點(diǎn)，燒結(jié)污染物協(xié)同治理技術(shù)的開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用也是未來燒結(jié)煙氣綜合治理的發(fā)展方向。

［1］陳健.燒結(jié)煙氣氮氧化物減排技術(shù)路徑探討［J］.環(huán)境工程，2014，32（Suppl 1）：459-464.

［2］魯健.燒結(jié)煙氣特點(diǎn)及處理技術(shù)的發(fā)展趨勢［J］.內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012（3）： 227-230.

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10.15913/j.cnki.kjycx.2020.09.024

2095－6835（2020）09－0065－03

〔編輯：王霞〕