燒結(jié)煙氣超低排放技術(shù)應(yīng)用及展望

大氣網(wǎng)訊:摘要：燒結(jié)煙氣污染物排放限值日益嚴(yán)格，繼火電行業(yè)的“超低排放”，燒結(jié)行業(yè)煙氣污染物“超低排放”有望實(shí)施。本文對(duì)現(xiàn)有煙氣凈化技術(shù)進(jìn)行了論述，并前瞻性的針對(duì)有望實(shí)現(xiàn)“超低排放”的煙氣凈化技術(shù)，如源頭氮氧化物（NOx）控制技術(shù)、選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)、活性炭多污染物協(xié)同高效凈化技術(shù)等進(jìn)行了其各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)的分析，并對(duì)各技術(shù)的適用性提出了一些建議。

1前言

我國(guó)在大氣污染物治理方面已取得一定成績(jī)，但空氣質(zhì)量仍不樂(lè)觀，大氣污染治理任重而道遠(yuǎn)?；痣娦袠I(yè)是SO2、NOx的主要貢獻(xiàn)者，2015年12月2日，國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議決定，在2020年前，對(duì)燃煤機(jī)組全面實(shí)施超低排放和節(jié)能改造。其中，東、中部地區(qū)要提前至2017年和2018年達(dá)標(biāo)，業(yè)界爭(zhēng)議不斷的超低排放得以全面推行。環(huán)境保護(hù)部辦公廳隨后在《關(guān)于印發(fā)<全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案>的通知》(環(huán)發(fā)[2015]164號(hào))確定了超低排放的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(即在基準(zhǔn)含氧量6％條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50 mg／m )⋯。

鋼鐵行業(yè)是繼火電行業(yè)又一大污染源，據(jù)環(huán)保部統(tǒng)計(jì)，2015年鋼鐵冶煉企業(yè)的SO2、NOx排放量分別為136．7萬(wàn)t、55．1萬(wàn)t，其中SO2排放量約占工業(yè)源總排放量9．7％，僅次于火電行業(yè)；NOx排放量約占工業(yè)源總排放量5％ ，僅次于火電、水泥行業(yè)。在鋼鐵行業(yè)排放的污染物中，其中約78.8％ SO2、52.8％NOx來(lái)自燒結(jié)工序，燒結(jié)工序?yàn)殇撹F企業(yè)大氣污染防治的一個(gè)最重要環(huán)節(jié)。現(xiàn)行的《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB28662—2012)規(guī)定，燒結(jié)煙氣排放需滿足新建企業(yè)限值要求，即顆粒物、SO2、NOX的排放限值分別為50、200、300 mg／m3，特別排限值執(zhí)行40、180和300 mg/m3 的標(biāo)準(zhǔn)。可以看出，新建企業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)限值和特別排放限值之間差別不大，且企業(yè)目前的氮氧化物排放濃度基本在300 mg／m3左右，普遍未采取脫硝措施，仍有較大的減排空間。為進(jìn)一步減少鋼鐵行業(yè)污染物排放，應(yīng)加嚴(yán)燒結(jié)(球團(tuán))焙燒設(shè)備的特別排限值。

隨著環(huán)境污染的不斷加劇和環(huán)境治理力度的不斷加大，可以預(yù)見(jiàn)，類(lèi)似于燃煤電廠超低排放的要求，鋼鐵企業(yè)燒結(jié)煙氣污染物排放限值將進(jìn)一步加嚴(yán)，將有可能制定并執(zhí)行鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣的“超低排放”標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)現(xiàn)有燒結(jié)煙氣脫硫脫硝項(xiàng)目運(yùn)行情況及參照電廠超低排放指標(biāo)，預(yù)計(jì)燒結(jié)煙氣粉塵、SO2、NOx超低排放濃度限值為10、35、50 mg／Nm3。本文介紹了當(dāng)下幾種不同燒結(jié)煙氣的治理技術(shù)，分析比較了其優(yōu)缺點(diǎn)，并探討了其應(yīng)用于“超低排放”的可行性。

2 燒結(jié)煙氣治理技術(shù)應(yīng)用

目前，燒結(jié)煙氣凈化脫硫主要分為三類(lèi)：濕法、干法與半干法，應(yīng)用最廣泛的為濕法脫硫；粉塵的處理主要采用電除塵和布袋除塵兩種形式，目前采用較多的是靜電除塵器；NOx脫除已經(jīng)工業(yè)化應(yīng)用的有選擇性催化還原技術(shù)(SCR)和臭氧(O3)氧化脫硝技術(shù)，其中SCR技術(shù)比較成熟，脫硝率能達(dá)到80％ ～90％ ，O3氧化具有工作溫度較低、不會(huì)引入其他物質(zhì)、不會(huì)造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)，可將煙氣中的低價(jià)態(tài)化合物氧化為高價(jià)態(tài)化合物，然后利用裝置尾部的CaCO2／NaOH兩級(jí)堿液達(dá)到脫硫脫硝的目的。研究發(fā)現(xiàn)，煙氣中SO，的存在不會(huì)對(duì)O3 氧化NO產(chǎn)生太大影響。因此，O3對(duì)NO有一定的選擇性強(qiáng)制氧化作用，可以避免強(qiáng)氧化劑O 的浪費(fèi) ，但仍需關(guān)注燒結(jié)煙氣中高濃度CO對(duì)O3脫硝的影響。目前由于O3設(shè)備造價(jià)、發(fā)生費(fèi)用高等因素，制約了該技術(shù)的進(jìn)一步推廣與應(yīng)用。

2．1 燒結(jié)煙氣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)

目前國(guó)家對(duì)燒結(jié)煙氣排放指標(biāo)的要求日益嚴(yán)格，已由單一污染物控制轉(zhuǎn)變?yōu)槎辔廴疚飬f(xié)同控制，多污染物協(xié)同脫除技術(shù)組合方式較多，此處選擇其中幾種最適合用于燒結(jié)煙氣條件下多污染物去除的主要技術(shù)進(jìn)行介紹。

2．1．1 半干法脫硫+SCR工藝

半干法脫硫(CFB、SDA)在燒結(jié)煙氣凈化中應(yīng)用較多，應(yīng)用最廣的CFB系統(tǒng)主要由吸收塔、脫硫除塵器、脫硫灰循環(huán)及排放、吸收劑制備及供應(yīng)、工藝水系統(tǒng)等組成，經(jīng)過(guò)半干法處理的燒結(jié)煙氣排放溫度約為1 10℃。半干法脫硫除塵后的煙氣通人脫硝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)NO 的脫除。此種煙氣聯(lián)合治理工藝在中國(guó)臺(tái)灣中鋼、韓國(guó)POSCO光陽(yáng)廠、奧鋼聯(lián)林茨廠和寶鋼四燒結(jié)已有約10套 。典型的“半干法脫硫+SCR”工藝流程如圖1所示，其主要設(shè)備SCR反應(yīng)器如圖2所示?？梢?jiàn)，原煙氣通過(guò)GGH換熱器與脫硝后的凈煙氣換熱并升溫至250℃，再與加熱爐燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饣旌仙郎刂?80 ，然后與NH 在混合器的擾動(dòng)下得以充分混合，混合后的煙氣進(jìn)入SCR反應(yīng)器。

目前半干法脫硫+SCR脫硝技術(shù)已在寶鋼4燒結(jié)機(jī)得到了成功應(yīng)用，并能實(shí)現(xiàn)粉塵、SO2、NOx排放濃度分別低于30、35、50 mg／Nm ，但該工藝存在脫硫副產(chǎn)物量大，尚無(wú)公認(rèn)的最佳應(yīng)用途徑或資源回收價(jià)值，需作為廢物進(jìn)行處理，v／Ti催化劑也存在處理問(wèn)題。

2．1．2 SCR+濕法脫硫工藝

目前燒結(jié)煙氣80％采用濕法脫硫，經(jīng)濕法脫硫后煙氣溫度降至50—60℃ ，濕法脫硫?qū)煔庵蠳O 濃度影響不大，煙氣經(jīng)過(guò)吸收塔處理之后可以達(dá)到95％以上的脫硫效率。濕法脫硫后煙氣濕度很高且溫度較低，為了防止系統(tǒng)能耗過(guò)高及腐蝕、堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重，對(duì)于已上濕法脫硫的裝置(如石灰石石膏法、氨法、鎂法等)，建議采用先脫硝再脫硫的工藝，其工藝流程如圖3所示。

對(duì)于末端煙氣控制方法，無(wú)論SCR脫硝裝備的布置方式如何，均需將燒結(jié)煙氣溫度再升溫。

SCR技術(shù)最低反應(yīng)需要的溫度為280 oC，若反應(yīng)溫度過(guò)低，催化劑的活性會(huì)因?yàn)榱蛩徜@在催化劑表面凝結(jié)堵塞催化劑的微孔而降低，故需對(duì)煙氣進(jìn)行加熱，能耗高導(dǎo)致運(yùn)行成本高。圖3所示的SCR系統(tǒng)處理了燒結(jié)全部煙氣，燃燒器將消耗大量燃?xì)?，以高爐煤氣為例，按0．165 Nm 計(jì)算，僅高爐煤氣折算噸成品燒結(jié)礦的運(yùn)行費(fèi)用約為6．5元。為了降低燃?xì)獾氖褂昧浚梢圆扇煔庋h(huán)燒結(jié)(如圖4所示)，可減少約25％的煙氣排放量，相應(yīng)降低加熱煙氣所需的燃?xì)饬?，同時(shí)降低脫硫及脫硝的投資建設(shè)成本。

2．2 活性炭法多污染物協(xié)同處理技術(shù)活性炭吸附法技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，占地面積小，是一種可同時(shí)去除粉塵、NO 、SO2等多污染物的煙氣凈化技術(shù)，且該技術(shù)資源化利用率高，副產(chǎn)物為高濃度SO 氣體，可用于制備濃硫酸或其它高附加值的單質(zhì)硫等，具有良好的發(fā)展前景。

活性炭多污染物協(xié)同處理技術(shù)由吸附系統(tǒng)、解析系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)和硫資源化利用系統(tǒng)組成。煙氣由增壓風(fēng)機(jī)引入吸附塔，氨氣在吸附塔入口加入，SO 、NO 粉塵、二嗯英、重金屬等污染物脫除在吸附塔內(nèi)完成。吸收了污染物的的活性炭通過(guò)輸送系統(tǒng)送往解析塔，在430 oC氮?dú)鈿夥?/p>

下對(duì)活性炭進(jìn)行加熱解析，產(chǎn)生富含SO2氣體，同時(shí)可以分解約70％的二嗯英，活性炭經(jīng)篩分后重新利用，篩下物可送往高爐或燒結(jié)作為燃料使用，工藝流程如圖5所示。

目前活性炭法脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)已在寶鋼三燒得到了成功應(yīng)用，并能實(shí)現(xiàn)粉塵、SO2、NOx排放濃度分別低于10、35、50mg/Nm3，達(dá)到了超低排放的標(biāo)準(zhǔn)，但存在一次投資成本偏高的問(wèn)題。

3 燒結(jié)煙氣超低排放技術(shù)展望

現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)能夠滿足燒結(jié)煙氣超低排放要求，但均存在不少問(wèn)題，如半干法+SCR存在副產(chǎn)物產(chǎn)量大，難以資源化利用，易產(chǎn)生二次污染，脫硝能耗高等缺點(diǎn)；活性炭法存在一次投資成本及運(yùn)行成本偏高的問(wèn)題。為了更好地推進(jìn)燒結(jié)煙氣超低排放技術(shù)，降低環(huán)境負(fù)荷，可以從以下技術(shù)展開(kāi)研究。

3．1 源頭NOx控制技術(shù)

根據(jù)燃燒條件和生成途徑的不同，燒結(jié)煙氣中NOx分為熱力型、瞬時(shí)型和燃料型。燒結(jié)過(guò)程中熱力型和瞬時(shí)型NO 的生成量很少，主要為燃料型NOx，來(lái)源于燃料燃燒，其排放量與燃料性質(zhì)和燃燒條件密切相關(guān)。

研究表明，隨著固體燃料中N含量，特別是揮發(fā)性N含量的增加，燒結(jié)煙氣中NOx排放濃度增加。利用100％焦粉代替50％無(wú)煙煤+50％焦粉 j，可減少NOx排放濃度約40％。運(yùn)行費(fèi)用方面，以某燒結(jié)機(jī)而言，噸成品燒結(jié)礦需消耗26.5kg焦粉、26.5 kg無(wú)煙煤，折合運(yùn)行費(fèi)用約40.5元／t燒結(jié)礦；若完全以焦粉作為固體燃料，綜合考慮熱值，折算運(yùn)行費(fèi)用約為42t燒結(jié)礦，僅增加1.5t燒結(jié)礦，遠(yuǎn)低于新增脫硝設(shè)備所帶來(lái)的運(yùn)行費(fèi)用。因此，燒結(jié)固體燃料可考慮采用全焦粉，如使用無(wú)煙煤，盡可能選擇揮發(fā)N低的無(wú)煙煤。同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制固體燃料用量，可采用厚料層燒結(jié)或煙氣循環(huán)技術(shù)降低固體燃料用量。

3．2 低溫SCR技術(shù)

燒結(jié)煙氣排放溫度在100～180℃ ，而目前工程通用的V—Ti催化劑使用溫度最低為280℃，若采用“脫硫十脫硝”或“脫硝+脫硫”的聯(lián)合脫除工藝都需要將燒結(jié)煙氣加熱處理，加熱成本極高。為了解決低溫脫硝問(wèn)題，國(guó)內(nèi)多家單位進(jìn)行了低溫SCR催化劑的研發(fā)工作，目前已成功開(kāi)發(fā)出低溫催化劑，適應(yīng)溫度為130—260℃，但對(duì)進(jìn)入SCR反應(yīng)器的煙氣組分要求比較苛刻，如SO2濃度低于10 ppm，水分含量低等特點(diǎn)。對(duì)于“脫硫+脫硝”工藝，由于煙氣進(jìn)入SCR反應(yīng)器前，SO2基本已經(jīng)完全脫除，但水分含量高，也會(huì)影響低溫催化劑的效果。對(duì)于“脫硝+脫硫”工藝，需考慮脫硝加入的NH3會(huì)與煙氣中SO2反應(yīng)生產(chǎn)硫酸銨，硫酸銨的分解溫度為280℃ ，因此必須保持燒結(jié)煙氣溫度高于280℃ 。

3．3 碳材料改性

活性炭作為多污染物凈化工藝的吸附劑與催化劑，其質(zhì)量的好壞(如耐壓強(qiáng)度、耐磨強(qiáng)度、硫容、脫硝值等)影響著工程設(shè)計(jì)及投資運(yùn)行成本，活性炭脫硝率的提高可以降低活性炭循環(huán)下料量，降低投資及運(yùn)行成本。目前，國(guó)內(nèi)外根據(jù)工程實(shí)踐，對(duì)活性炭脫硫、脫硝等能力進(jìn)行了大量研究，并對(duì)活性炭表面和負(fù)載金屬離子進(jìn)行了改性研究，進(jìn)而改變活性炭的化學(xué)吸附特性及表面官能團(tuán)種類(lèi) ，以增強(qiáng)其功效?？傊?，對(duì)于碳基材料的改性必須在滿足脫硫脫硝能力的前提下盡量提高活性炭耐磨耐壓強(qiáng)度。

原標(biāo)題:燒結(jié)煙氣超低排放技術(shù)應(yīng)用及展望