燒結煙氣中氣態(tài)污染物的減排技術現(xiàn)狀及展望

楊光，張淑會，楊艷雙

(1.華北理工大學冶金與能源學院，河北 唐山 063210；2.華北理工大學管理學院，河北 唐山 063210)

燒結是我國高爐-轉(zhuǎn)爐鋼鐵冶金長流程中必要的組成環(huán)節(jié)，它為高爐提供優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的燒結礦，但也是鋼鐵企業(yè)造成環(huán)境污染最嚴重的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。燒結生產(chǎn)的原理和特點決定其生產(chǎn)過程會產(chǎn)生大量的粉塵和煙氣。燒結粉塵產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)包括原料場各種粉狀物料的裝卸、篩分、運輸、堆放混勻過程，配料過程，抽風燒結及鼓風冷卻過程。隨著國家對環(huán)保要求的提高，國內(nèi)各大鋼鐵公司燒結廠對于粉塵的治理相對比較完善，通過分散式或集中式除塵設備系統(tǒng)可以實現(xiàn)粉塵的控制。常用的粉塵處理設備包括脈沖袋式除塵器和電除塵器等，這些除塵設備能除塵效率高，運行穩(wěn)定可靠，可以實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場對粉塵控制的要求[1]。燒結煙氣具有排放量大、含塵量高、有害氣體污染物種類多且含量高等特點。其中有害氣體污染物主要包括SO2、NOX和二噁英等。據(jù)統(tǒng)計，燒結工藝過程在產(chǎn)生的NOX的排放量占總NOX排放量的50%，SO2的排放量約占鋼鐵工藝總產(chǎn)量的80%左右[2]。上述有害氣體污染物均會對環(huán)境和人類產(chǎn)生嚴重的危害。隨著環(huán)保要求的提高，如何減少和控制燒結煙氣中的污染物更引起了人們的廣泛關注。國家環(huán)保部于2019 年發(fā)布了《關于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》(000014672/2019-00534)，要求燒結機機頭的煙氣顆粒物、SO2、NOx 排放濃度小時均值分別不高于10、35、50 mg/m3[3]。本文在介紹燒結煙氣中氣體污染物產(chǎn)生的原因和危害的基礎上，重點綜述了SO2、NOX和二噁英三種有害物質(zhì)的處理方法和工藝設備，并對燒結煙氣的綜合處理進行了展望。

1 燒結煙氣中氣體污染物的產(chǎn)生及危害

1.1 SO2的產(chǎn)生與危害

SO2為大氣中主要含硫污染物，是形成酸雨的主要成分。同時，SO2對人體有較大的危害。SO2被人體吸入呼吸道后，因其極易溶于水，會被阻滯在上呼吸道，對支氣管和肺部有明顯的刺激癥狀，使肺組織受到傷害。SO2 還可被人體吸收進入血液，對全身產(chǎn)生毒性作用并促進癌變。燒結廢氣中的硫主要來源于燒結生產(chǎn)使用的鐵精粉和固體燃料中含有的硫元素。其中鐵精粉中的硫多以硫化物（FeS2，F(xiàn)eS）和硫酸鹽(FeSO4)形式存在。而固體燃料中含有的硫元素多為有機硫。鐵精粉中的硫化物（FeS2，F(xiàn)eS）在燒結過程中通常發(fā)生氧化反應，生成氣態(tài)SO2。例如，鐵FeS2在650 ℃以下時，可以與氧氣發(fā)生如下氧化反應生成SO2：

在溫度高于650℃時,FeS2 先分解生成FeS 和S，再與與氧氣反應,其反應式如下：

而鐵精粉中的硫酸鹽在燒結過程中多是通過分解反應釋放氣態(tài)硫化物[4]。固體燃料中有機硫則是通過氧化生成氣態(tài)硫化物。

1.2 NOX的產(chǎn)生與危害

一般將NO 和NO2統(tǒng)稱為氮氧化物，用NOX表示，除此之外空氣中氮的氧化物還包括N2O 和N2O3等[5]。氮氧化物是造成光化學煙霧的主要原因之一，同時也會與平流層臭氧發(fā)生反應形成臭氧層空洞，導致紫外線對地面生物帶來嚴重的危害。吸入人體后NOX會與血液中的血紅蛋白結合，使血液輸氧能力下降，造成缺氧。NOX 還具有致癌作用，會造成細胞分裂異常，遺傳信息紊亂。根據(jù)燃燒條件和生成途徑，NOX的生成反應可以分為以下三種類型。

（1）熱力型NOX

熱力型NOX是由空氣中的N2在1800 K 以上的高溫（主要是火焰高溫帶）范圍內(nèi)與氧發(fā)生反應生成，其反應機理如下[6]：

（2）瞬時型NOX

瞬時型NOX 是在碳氫化合物燃料燃燒充足的條件下于火焰面內(nèi)生成，但其生成量很低，僅占總量的5%左右[5]。其生成過程如下為碳氫化合物分解生成的CH 和CH2等與N2反應生成CN和HCN 等中間產(chǎn)物，然后這些中間產(chǎn)物再與O、O2、OH 等活性氧化基反應形成NCO，NCO 進一步于O、OH 等基團反應生成NOX[7]。

（3）燃料型NOX

燃料中含有的氮化合物在燃燒過程中熱分解后，經(jīng)過氧化還原反應而生成的氮氧化物屬于燃料型NOX。燃料型NOX的生成與燃料受熱分解后氮元素在揮發(fā)分和焦炭中的分配比例有關，同時其生成量也取決于溫度和氧濃度等燃燒條件[7]。

燒結過程中生成的氮氧化物主要以燃料型NOX為主。燃料型NOX主要是燒結燃料中，含氮化合物在燃燒受熱后的分解。

1.3 二噁英的產(chǎn)生與危害

二噁英是氯化環(huán)芳烴類化合物，是多氯代二苯并二噁英 (PCDDs) 和多氯代二苯并呋喃 (PCDFs) 的總稱[8]。研究表明，二噁英無論是在生物體還是環(huán)境中，都很難以被降解，可長時間存在于環(huán)境之中，至少需要數(shù)十年乃至上百年才可以退化[9]。二噁英屬于劇毒化合物，能夠致癌、致畸，還會毒害人體主要器官，對肝臟、內(nèi)分泌系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等造成危害，被列為人類一級致癌物。二噁英通過食物鏈進入人體，不易被排出，長期隱匿在體內(nèi)，嚴重時可導致死亡[10]。

研究表明，鋼鐵冶煉過程排放的二噁英占我國二噁英排放總量的46%，而排放總量中15%的二噁英是來自于燒結生成過程。由于二噁英危害巨大，聯(lián)合國環(huán)境署限制二噁英的排放量為0.1 ngTEQ/Nm3[11]，目前我國對二噁英排放的控制也在不斷增大，特別是燒結過程中二噁英的控制已經(jīng)得到生產(chǎn)和科研人員的廣泛關注。燒結過程中產(chǎn)生的二噁英主要由兩種途徑，一是前驅(qū)物反應生成，二是“從頭合成”。其中，由前驅(qū)物反應生成的二噁英主要是由燒結過程燃料燃燒所生成的前驅(qū)體化合物（氯酚、氯苯和多氯聯(lián)苯）和燒結原料中的除塵灰、氧化鐵皮等二次回收物料，在催化劑（銅）的作用下發(fā)生反應而形成。而燃燒過程中碳、氫、氧和氯等元素在銅、鐵等金屬離子的催化作用下，可以和飛灰中的氯元素發(fā)生鹵化反應，生成的鹵化物經(jīng)氧化可以生成 CO2 和二噁英[12]，該反應過程通常稱為“從頭合成”。而且“從頭合成”被認為是燒結過程釋放二噁英的主要途徑[13]。這是因為燒結過程具有二噁英“從頭合成”的基本條件，例如燒結料層中氧氣份含量高，溫度適宜；燒結燃料中具有合成二噁英需要的碳；二次含鐵物料和鐵精粉中存在少量的氯元素，且鐵離子可以作為上述反應的催化劑。

2 燒結氣態(tài)污染物的脫除技術

2.1 SO2的去除

目前燒結煙氣中SO2的去除技術較為成熟，主要包括干法、濕法和半干法脫硫工藝。干法脫硫工藝有活性炭吸附法、GSCA 雙循環(huán)流化床法和ENS 法等。濕法脫硫工藝主要有石灰石-石膏法、硫銨法、雙堿液法等。半干法脫硫工藝包括NID 煙道循環(huán)法，LJS 循環(huán)流化床法、SDA 旋轉(zhuǎn)噴霧法[14]。我國燒結煙氣脫硫，95%以上都采用濕法或半干法脫硫。

（1）濕法-石灰-石膏法

石灰-石膏濕法脫硫工藝，是目前應用最廣泛，效果最好、技術最成熟的脫硫方法。

石灰-石膏工藝一般采用石灰石（CaCO3）或石灰（CaO）作為脫硫吸收劑，將石灰石破碎磨細成粉狀與水混合攪拌形成的吸收漿液，并將其送入脫硫吸收塔。在吸收塔內(nèi)，吸收漿液與煙氣接觸混合，煙氣中的SO2通過與漿液中的CaCO3以及鼓入空氣中的氧進行化學反應形成石膏（CaSO4）漿液，從而被脫除。形成的石膏漿液通過真空皮帶脫水機處理后得到石膏[15]。石灰-石膏脫硫工藝的主要化學反應式[16]如下：

石灰—石膏法脫硫工藝的投資合理，運行成本低；脫硫劑為石灰石，便宜易得且脫硫效率高，可達90%以上；產(chǎn)生的石膏可以被回收利用。但該工藝也存在一些缺點，例如會產(chǎn)生大量廢水，煙囪排白霧現(xiàn)象嚴重，容易造成廠的“拖尾”現(xiàn)象，嚴重的會出現(xiàn)煙囪雨[17]。

為了進一步提高石灰—石膏法的脫硫效率今年來人們圍繞開發(fā)新的添加劑和完善該脫硫工藝過程進行了系列研究。例如，Paul Maina 等[18]曾研究了天然沸石添加劑對石灰石脫硫的影響，該研究得到含有大量硅酸鹽的天然沸石按1:1 的比例添加到石灰石漿液中，可顯著改善石灰石的反應性進而提高石灰石漿液的脫硫效率。

寶鋼的第三燒結機煙氣采用石灰石-石膏法脫硫，其主體設備是氣噴旋沖脫硫搭配合煙道除霧器，脫硫后煙氣中SO2的濃度低于40 mg/Nm3[17]。但是寶鋼的石灰-石膏法脫硫曾出現(xiàn)運行不穩(wěn)、對周邊環(huán)境產(chǎn)生腐蝕等問題。隨后，湘鋼360 m2燒結機煙氣石灰-石膏脫硫工藝對脫硫搭進行了改造，采用噴淋空搭技術，以顆粒直徑-0.045 mm 的石灰石做吸收劑，采用逆流技術與煙氣接觸，成功實現(xiàn)煙氣脫硫。劉憲[19]研究發(fā)現(xiàn)，通過合理加快塔內(nèi)煙氣流速可增加氣液的接觸面積，確定合適的液氣比可以顯著提高脫硫效率。應用此工藝，湘鋼燒結機煙氣SO2 排放濃度低于100 mg/m3，脫硫效率高于90%以上。

（2）半干法-SDA 旋轉(zhuǎn)噴霧法

半干法脫硫工藝與石灰-石膏濕法工藝的相同點是在濕態(tài)過程中脫硫，脫硫速度快、效率高；不同點是前者在干態(tài)下處理產(chǎn)物，因此具有無酸性物質(zhì)、無廢水排出等特點。SDA 旋轉(zhuǎn)噴霧法是典型的半干法脫硫技術，該工藝的原理是燒結機機頭的煙氣首先進入電除塵器進行除塵，然后經(jīng)主抽風機直接進入旋轉(zhuǎn)噴霧干燥(SDA)吸收塔之中，與經(jīng)霧化器霧化后的石灰漿液充分接觸[14]。該過程發(fā)生的主要反應如下[14]：

旋轉(zhuǎn)噴霧法生產(chǎn)工藝流程為生石灰與水混合配制成石灰漿液，漿液經(jīng)霧化器形成霧滴后噴入吸收塔。石灰漿液霧滴與煙氣快速發(fā)生化學物理反應。在脫硫塔內(nèi)，脫硫產(chǎn)物經(jīng)煙氣干燥，形成的固體粉狀料由袋式除塵器捕集排出，凈化后的氣體經(jīng)增壓風機至煙囪排放[14]。

實踐表明，SDA 旋轉(zhuǎn)噴霧法技術先進、運行可靠，適應性強；且流程短，占地少，投資低；脫硫過程中無廢水，不會對脫硫設備產(chǎn)生腐蝕[20]。華菱湘潭鋼鐵公司燒結機2015 年引進了SDA 旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫硫工藝，在工藝的基礎上增設了循環(huán)灰漿液制備供給系統(tǒng)，以提高未反應的脫硫劑的利用率。經(jīng)過一年的運行優(yōu)化，該套系統(tǒng)SO2排放濃度小于150 mg/Nm3，符合國家排放標準[20]；李風民等[21]曾對邯鋼400 m2燒結機使用的SDA脫硫工藝進行了工藝技術改造和優(yōu)化。該研究表明，因燒結煙氣SO2含量較高，波動大，工藝運行初期出現(xiàn)穩(wěn)定性差，霧化器事故率高等問題。經(jīng)采用圓形振動漿液技術以及對關鍵技術參數(shù)進行優(yōu)化后，該工藝的作業(yè)率可達100%，煙氣脫硫效率達到80%以上。煙氣凈化后各項排放指標均優(yōu)于國家排放標準，其中二氧化硫平均排放濃度達134 mg/m3、顆粒物排放濃度達18 mg/m3、氮氧化物排放濃度達225 mg/m3。

（3）氨法脫硫技術

燒結煙氣氨法脫硫技術主要是用液態(tài)氨或氨水作為吸收劑，吸收煙氣中SO2 生成(NH4)2SO3、NH3HSO3 等中間產(chǎn)物，再次經(jīng)過強制氧化得到硫酸銨的過程[22]。氨法脫硫工藝的技術要點主要包括吸收劑的選擇、亞硫酸銨的氧化、灰渣處理技術、防腐蝕以及真空增發(fā)和結晶技術等[23]。該過程發(fā)生的主要化學反應如下：

氨法脫硫技術的能耗低，脫硫裝置高效簡便，無廢水、廢渣及CO2排放，脫硫副產(chǎn)物應用市場大，生產(chǎn)的硫酸銨可以用作優(yōu)質(zhì)的化肥，符合低碳環(huán)保的發(fā)展理念[24]。2008 年日照鋼鐵公司就已經(jīng)在2×180 m2的燒結及上應用了氨法脫硫技術，取得了不錯的脫硫效果。杭鋼1 號、2 號燒結機的氨法脫硫裝置于2012 年建成投入使用，運用鎳基合金、玻璃鋼等防腐襯里，運行高效安全。運行以來，該系統(tǒng)的脫硫效率高于95%，同步作業(yè)率高達98%，凈化之后煙氣中SO2 含量小于200 mg/Nm3，符合國家的排放標準[25]。

綜上所述，目前國內(nèi)燒結煙氣SO2的脫除技術較為成熟，但如何實現(xiàn)脫硫產(chǎn)物石膏的有效回收利用是該技術得以完善的限制性環(huán)節(jié)。我國天然石膏資源豐富、價格低廉，而脫硫石膏的物化性能和天然石膏亦有差別，多種因素導致目前脫硫石膏未能實現(xiàn)合理的再利用，這亦是現(xiàn)階段燒結煙氣脫硫技術研究的重要方向之一。

2.2 NOX的去除

據(jù)統(tǒng)計生產(chǎn)1 t 燒結礦大約會產(chǎn)生4000～6000 m3的煙氣[23]。燒結煙氣具有CO 含量高，煙氣溫度變化大（120～ 200℃），成分復雜（含有SO2和NOX酸性氣體）等特點[26]。

對于燒結煙氣中NOX，目前比較成熟的脫銷技術選擇性催化還原法（SCR），該方法運行穩(wěn)定，脫硝效率高。SCR 技術使用氨（NH3）作為還原劑，釩鎢鈦體系作為催化劑[27]。在適宜的溫度，和一定量催化劑作用下，燒結煙氣中的NOX 可以被NH3還原成N2,其反應方程式如下：

當反應溫度低于350℃時，僅可能發(fā)生NH3被氧化N2 成的副反應，當溫度高于350℃時能發(fā)生如下副反應,

且在450℃以上時反應劇烈[28]。

燒結煙氣經(jīng)過靜電除塵器除塵后，通過引風機進入系統(tǒng)中，經(jīng)空氣預熱器、煙道燃燒器充分預熱和加熱后，燒結煙氣溫度可達到320～ 450℃的較佳催化活性溫度，加熱后的燒結煙氣通過氨噴射格柵，和混有一定空氣的氨氣混合后經(jīng)頂部煙道進入反應器催化劑層。在催反應器催化劑層，NH3 和煙氣中的NOX 發(fā)生式（16）的反應生成N2和H2O。脫硝后的煙氣隨煙道進入空氣預熱器進行換熱，然后再由出風門進入煙囪排出[29]。

隨著工業(yè)NOX排放標準的嚴格要求，性能穩(wěn)定并且低溫高效的SCR 脫硝催化劑一直是人們的研究熱點。低溫SCR 脫硝催化劑主要包括錳基催化劑、碳基催化劑和分子篩催化劑三類[30]。

研究表明，不同價態(tài)錳元素之間發(fā)生的氧化還原反應可以促進NH3選擇性還原NO。在SCR工藝中，錳氧化物催化活性從高到低的順序為MnO2，Mn5O8，Mn2O3，Mn3O4和MnO。Mn 基催化劑的催化效率高，但在低溫度時對N2 的選擇性較差?；谠搯栴}，近年來人們還開發(fā)了摻雜其他金屬元素的復合型Mn 基催化劑[31]。例如，以TiO2或以Al2O3為載體的錳基催化劑，在SCR 工藝中均得到了良好的應用效果。碳基材料比表面積大，具有多孔結構，導熱性好，常用來作為吸附劑的載體。常見的碳基材料主要有碳納米管、活性炭、活性碳纖維等[32]。陳九玉等[33]以活性炭為載體，并且加入鐵、鈷等元素，制備了Fe2O3/活性碳催化劑和Co-Fe2O3/活性碳催化劑。該研究表明鐵的質(zhì)量分數(shù)為10%時，催化劑能夠?qū)崿F(xiàn)較高的NO 轉(zhuǎn)化率；當Co 和Fe 的質(zhì)量比為0.7 時，Co-Fe2O3/活性碳催化劑脫硝效果較佳。另一方面，分子篩因具有比表面積大、孔隙結構獨特、吸附能力強等特點，亦被廣泛應用于低溫脫硝催化劑[34]。唐劍驍?shù)萚35]以等體積浸漬法為基礎，采用微波干燥和普通干燥兩種方法制備了負載型Cu 基分子篩催化劑并進行了的脫硝活性試驗。試驗結果表明銅對分子篩的脫硝活性有明顯的促進作用，而且微波處理能夠直接影響分子篩的孔道結構并對材料的催化活性產(chǎn)生影響。

2.3 二噁英的去除

《中國二噁英類排放清單研究》指出，現(xiàn)有燒結工藝是二噁英的主要來源之一[36]。二噁英產(chǎn)生于燒結生產(chǎn)的燒結料層中，它的毒性極強、結構復雜、危害巨大，必須嚴格控制。依據(jù)二噁英產(chǎn)生機理，可通過以下方法進行治理：

（1）合理選擇和優(yōu)化燒結原料：合理選擇和優(yōu)化燒結原料屬于源頭控制技術。燒結生產(chǎn)除了使用大量鐵礦石以外，還配加熔劑、焦粉和除塵灰等二次含鐵物料。燒結原料中含有銅、鐵和氯元素均可以促進二噁英的釋放[37]，因此燒結生產(chǎn)應合理的選擇鐵礦石，盡量使用氯、銅等元素含量較低的礦石，并對二次含鐵物料進行分選，嚴格限制氯、，銅含量高的物料配比[38]。Chen 等[39]對燒結過程中二噁英的減排進行了試驗研究，結果表明燒結配料中用部分赤鐵礦代替褐鐵礦，或取消點除塵灰和高爐爐塵可以明顯降低燒結過程中二噁英的排放，而增加配料中水分含量對二噁英的減排影響不大。Masanori 等[40]的研究亦發(fā)現(xiàn)增加高爐除塵灰和靜電除塵灰的使用量，會提高二噁英的排放量。

（2）選擇合理的二噁英去除工藝：根據(jù)二噁英可被多孔物質(zhì)吸附的特性，Chi 等[41]利用活性炭吸附結合布袋除塵器的方法進行了煙氣二噁英減排試驗研究，在該研究中活性炭采用流動床和固定床兩種形式，配合布袋除塵器使用。結果表明，兩種活性炭供給工藝均可以吸附二噁英，但煙氣通過活性炭流動床和布袋除塵器時，可以更有效的吸附和捕集煙氣中的有毒物質(zhì)，結果表明，經(jīng)此工藝凈化后的二噁英濃度為0.031ng-TEQ/Nm3。太鋼燒結生產(chǎn)采用了活性炭工藝去除二噁英技術，二噁英脫除率達90%以上，同時二氧化硫脫除率也可達95%[42]。

（3）改進燒結工藝，減少燒結過程二噁英的生成：基于燒結生產(chǎn)的特點和在鋼鐵冶金生產(chǎn)中的起的作用，上述二噁英的去除方法或技術收到原料、投資的限制。而通過改進和調(diào)整燒結工藝，可以減少燒結過程中二噁英的生成量，是便捷可行的控制方法。例如，調(diào)節(jié)燒結終點的位置，快速減低煙氣溫度，調(diào)整燒結氣氛中氧濃度等，均可以改變二噁英的生成條件。采用煙氣循環(huán)技術可以使煙氣中的二噁英在燒結過中發(fā)生裂解[43-44]另外，在燒結混合料中添加含氮、含硫和堿性抑制劑能與氯結合或破壞金屬催化劑的活性，從而抑制二噁英的生成[45-46]。其中含硫和堿性抑制劑雖然有效，但不符合燒結和高爐生產(chǎn)有負面作用，不宜采用。含氮添加劑是相對經(jīng)濟有效的方式。龍紅明等[47]的研究表明，燒結過程添加尿素可以實現(xiàn)二噁英的減排，當其添加量為0.1%時，二噁英的減排可達60%以上。

現(xiàn)有研究表明，對于二噁英的減排技術，其中采用不同途徑或方法實現(xiàn)源頭生成量減排最為有效。而對已產(chǎn)生的二噁英的去除技術多存在裝置復雜、成本偏高等問題，多數(shù)技術還處于研發(fā)階段，還未實現(xiàn)大規(guī)模應用。因此，如何實現(xiàn)已產(chǎn)生二噁英的減排技術的工業(yè)化應用亦是今后努力的方向。

2.4 活性炭吸附綜合脫硫脫硝

活性炭由碳元素組成，屬于石墨微晶無序構成的的多孔體[48]。研究表明，活性炭因其具有良好的微孔結構和較大的比表面積，可以同時吸附煙氣中的SO2、NOX、重金屬、二噁英等多種污染物[49]。在活性炭系統(tǒng)吸附SO2、NOx 過程中，既發(fā)生物理吸附也發(fā)生化學吸附，其化學反應為[50]：

邯鄲鋼鐵公司經(jīng)過對比和調(diào)研，首次引進了活性炭逆流脫硫脫銷技術，經(jīng)過不斷的探索和改進，該套系統(tǒng)的運行已經(jīng)成為燒結領域?qū)崿F(xiàn)綜合脫硫脫銷的成功范例[51]。

活性炭脫硫脫銷工藝包括煙氣、吸附、解析、活性炭輸送、熱循環(huán)和制酸六大系統(tǒng)。

燒結機排出的煙氣首先經(jīng)過除塵器除塵，除塵后的煙氣進入增壓機增壓，之后被送入吸收塔脫硫床層進行脫硫吸附反應。經(jīng)脫硫后煙氣在脫硫床層后中間部位與氨氣混合，再經(jīng)過脫硝床層完成脫硝反應后進入主煙囪排出。上述脫硫脫銷過程采用逆流原理進行。達到吸附飽和的活性炭送到解析塔內(nèi)，通過加熱的N2 加熱可以解析出高濃度的SO2 用于制備濃硫酸；解析后的活性炭通過輸送機送回吸收塔循環(huán)使用，新活性炭通過鏈斗機加入系統(tǒng)中作為補充。

目前太鋼煉鐵廠燒結機煙氣采用活性炭吸附脫硫脫硝工藝，包括吸附系統(tǒng)、解吸系統(tǒng)、副產(chǎn)物回收利用系統(tǒng)。寶湛鋼鐵公司燒結工序也使用活性炭脫硫脫硝工藝。生產(chǎn)實踐表明，活性炭脫硫脫硝工藝可以有效的吸附煙氣中SO2和NOX，處理后的煙氣中SO2的排放濃度不大于8 mg/m3；脫硝效率達98.4%；NOX的排放濃度為101 mg/m3，脫硝效率為50.25%，均符合國家排放標準[39]?；钚蕴课矫摿蛎撓豕に嚥坏梢悦摮裏Y煙氣中的SO2 和NOX，還能實現(xiàn)二噁英的去除。太鋼應用活性炭吸附工藝后，燒結凈煙氣中二噁英的排放小于0.2 ng/Nm3[48]。

為進一步提高活性炭脫硫脫銷能力和效果，人們圍繞如何改善或提高活性炭的性能進行了研究，并開發(fā)了活性焦脫硫脫硝吸附技術。Kazuhiko Tsuji 等發(fā)現(xiàn)，如果在使用過程當中，對活性炭加熱可以再次對活性炭活化，可以更加提高其脫硫、脫硝性能[52]。目前燒結過程使用的脫硫脫硝活性焦大小多為直徑約9 mm 的圓柱狀，與普通活性炭相比，其具有比表面積較小、綜合強度高，協(xié)同脫硫脫硝能力強，使用壽命長等特點。

活性焦吸收塔由兩段組成，燒結煙氣經(jīng)空氣預熱器加熱至120～ 160℃（較佳溫度）后送入第一段吸收塔進行脫硫。脫硫后的煙氣進入第二段吸收塔并與氨氣混合完成脫硝?；钚越乖谖账?nèi)自上而下的運動依靠重力完成，從第一段吸收塔底部經(jīng)管道進入活性焦再生系統(tǒng)，在400℃左右解析后進行循環(huán)使用。發(fā)生的主要反應為[53]：

日本新日鐵于曾在名古屋鋼鐵廠的3 號燒結機上利用活性焦吸附法來對燒結煙氣進行脫硫脫硝，之后又在1、2 號燒結機上采用同樣的方法，經(jīng)過不斷的改進，其脫硫率高達95%、脫硝率高于40%[54]。

活性炭和活性焦脫硫脫銷工藝對煙氣中有害氣態(tài)物質(zhì)的脫除效率高，而且符合綠色冶金的發(fā)展方向。但是其投資和運行成本也偏高，這某種程度上限制了其推廣應用。因此，如何降低該工藝的吸附能耗、提高吸附效率、降低運行成本等將是進一步完善活性碳和活性焦脫硫脫銷工藝的關鍵環(huán)節(jié)。

2.5 燒結源頭和過程控制氣態(tài)污染物的研究現(xiàn)狀

2.5.1 燒結源頭氣態(tài)污染物的減排

燒結煙氣中主要污染元素多來源于燒結原料，因此通過對燒結原料成分進行調(diào)控,如通過降低焦粉、生石灰配比，調(diào)整燒結含鐵物料配比，或者合理控制混合料水分等可以大大減少煙氣中氣態(tài)污染物的含量，以實現(xiàn)源頭減排[55]。龍紅明等[56]基于燒結過程SO2的生成特點，提出在燒結料過失層均勻添加尿素固體顆粒實現(xiàn)脫硫的新方法。該方法經(jīng)工業(yè)試驗證明，過濕層混合料中尿素配比為0.09%即可對SO2的減排脫除有較大效果。蘇玉棟[57]的研究發(fā)現(xiàn)，確保燒結礦質(zhì)量的前提下，增加混合料的含水量、提高燒結料層高度、生石灰堿度，降低混合料中焦粉和無煙煤配比，可以使NO 的排放濃度降低20%左右。

2.5.2 過程控制研究現(xiàn)狀

過程控制是在燒結生產(chǎn)過程中通過對燒結工藝參數(shù)進行調(diào)控來降低煙氣污染物排放的方法。其中煙氣再循環(huán)技術法是目前應用較為廣泛的過程控制技術，其主要利用NOX在高溫分解或轉(zhuǎn)化的特點，將部分燒結煙氣循環(huán)回到燒結層以達到NOX減排。常用的三種煙氣循環(huán)技術包括EOS 工藝(Emission optimized sintering)、EPOSINT 工藝(Environmental process optimized sintering)和LEEP工藝(Low emission &optimized sinter production)[57]。

EOS 工藝是將45%左右的主煙道氣體抽出并與空氣混合，其氧氣含量達到14%左右時將其循環(huán)至燒結層。EPOSINT 工藝在EOS 工藝的基礎上，進一步對燒結設備進行改造和優(yōu)化。該工藝燒結機的每個風箱可以單獨排放廢氣，從而實現(xiàn)燒結過程廢氣溫度升高位置可調(diào)。在生產(chǎn)中可以單獨將廢氣溫度升高的幾個風箱中的廢棄循環(huán)回燒結層，使煙氣循環(huán)工藝的運用更具有靈活性。LEEP 工藝主要是將燒結機后半段產(chǎn)生的硫氧化物、氯化物、二惡英等高溫高污染物質(zhì)，經(jīng)降溫于空氣混合后再次通入燒結機中進行煙氣循環(huán)。杜伊斯堡-胡金根廠將LEEP 工藝在一臺420 m2燒結機上應用后，與傳統(tǒng)燒結工藝相比，煙氣總量減少了600 Nm/h，SO2和NOx 的排放量同比減少150 mg/m3、30 mg/m3。

上述分析可知，燒結煙氣循環(huán)過程控制技術不僅可以實現(xiàn)煙氣中多種污染物和煙氣總量的減排，還可以充分利用燒結煙氣余熱，減少固體燃料的使用量，具有良好的綜合冶金效應。

3 結 語

（1）燒結煙氣中的氣態(tài)污染物主要包括SO2、NOX和二噁英，隨著我國燒結環(huán)保標準的逐步完善，對SO2、NOX 和二噁英的排放都進行了嚴格的限制。目前煙氣中SO2的去除技術比較成熟，包括干法、濕法和半干法三大類。與濕法脫硫工藝相比，半干法脫硫工藝無酸性物質(zhì)、無廢水排放，更符合環(huán)保要求。較為成熟的煙氣中NOX技術是SCR 脫硝工藝。脫硫石膏的合理再利用將是燒結煙氣脫硫技術今后研究的重點。

（2）二噁英的控制方法應堅持源頭-過程-末端綜合治理的原則，其中采取有效措施控制燒結生產(chǎn)中二噁英的生成是關鍵。已生成二噁英的減排技術如何實現(xiàn)工業(yè)化應用亦是科技突破的發(fā)展方向。

（3）綜合考慮燒結煙氣中SO2、NOX和二噁英等多種污染物的協(xié)同減排是今后科技工作這和燒結生產(chǎn)技術人員努力的主要方向。國內(nèi)部分鋼鐵企業(yè)已經(jīng)采用活性炭或活性焦綜合脫硫脫硝技術，但因其存在投資成本高等問題還沒有實現(xiàn)大范圍推廣應用。因此如何降低煙氣氣態(tài)污染物綜合治理技術的投資、運行成本，進一步提高活性炭或活性焦的吸附效果，是現(xiàn)有工藝得以廣泛應用的關鍵；對燒結煙氣實施源頭和過程控制，結合現(xiàn)有末端治理技術將是今后努力的重要方向。