淺談昆鋼燒結(jié)煙氣超低排放技術(shù)路線選擇

大氣網(wǎng)訊:摘要：鋼鐵生產(chǎn)是高耗能重污染行業(yè)，而燒結(jié)煙氣又是鋼鐵企業(yè)主要的大氣排放環(huán)節(jié)，占整個(gè)鋼鐵企業(yè)排放總量的很大比例。隨著繼燃煤電廠實(shí)行超低排放改造后，推行鋼鐵行業(yè)超低排放和污染物總量控制政策的影響，燒結(jié)煙氣治理首當(dāng)其沖的成為鋼鐵企業(yè)的重點(diǎn)工作，而燒結(jié)煙氣治理也必將朝著污染物協(xié)同治理的方向轉(zhuǎn)變。通過對(duì)燒結(jié)煙氣治理現(xiàn)狀的分析，論述了昆鋼走燒結(jié)煙氣污染物協(xié)同治理路線，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)煙氣超低排放的改造工作。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)煙氣；脫硫；脫硝；超低排放

引言

繼燃煤電廠實(shí)行超低排放改造后，非電行業(yè)超低排放成為重點(diǎn)，鋼鐵行業(yè)無可爭(zhēng)議成為下一個(gè)超低排放改造的主戰(zhàn)場(chǎng)。2018年的政府工作報(bào)告中，鋼鐵行業(yè)的超低排放改造被專門點(diǎn)出。同年的生態(tài)環(huán)境保護(hù)大會(huì)也明確，將啟動(dòng)鋼鐵行業(yè)超低排放改造。2018年1月，原環(huán)保部發(fā)布《關(guān)于京津冀大氣污染傳輸通道城市執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告》，要求"2+26"城市自2018年10月1日起全面執(zhí)行大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)特別排放限值，燒結(jié)球團(tuán)工序煙氣顆粒物小于20mg/m3、SO2小于50mg/m3、NOx小于100mg/m3。2018年5月，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)，再次刷新了排放限值，其中燒結(jié)機(jī)頭、球團(tuán)焙燒煙氣超低排放受到的關(guān)注度最高，在基準(zhǔn)氧含量16%的條件下，顆粒物小于20mg/m3、SO2小于50mg/m3、NOx小于100mg/m3。征求意見稿明確，新建(含搬遷)鋼鐵項(xiàng)目要全部達(dá)到超低排放水平；到2020年10月底前，京津冀及周邊、長(zhǎng)三角、汾渭平原等大氣污染防治重點(diǎn)區(qū)域具備改造條件的鋼鐵企業(yè)基本完成超低排放改造；到2022年底前，珠三角、成渝、遼寧中部、武漢及其周邊、長(zhǎng)株潭、烏昌等區(qū)域基本完成；到2025年底前，全國(guó)具備改造條件的鋼鐵企業(yè)力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)超低排放。過去的2018年一年，部分省市的鋼鐵企業(yè)率先實(shí)行了超低排放改造，項(xiàng)目建成并投入運(yùn)行。

1昆鋼燒結(jié)煙氣治理現(xiàn)狀

燒結(jié)是鋼鐵生產(chǎn)的重要工序，是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的固體廢物處理中心，鐵、磷、除塵污泥、除塵灰等生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的絕大多數(shù)含鐵廢物都能作為燒結(jié)生產(chǎn)原料重新回到生產(chǎn)流程中。

目前昆鋼有四個(gè)鋼鐵生產(chǎn)基地，分別位于云南昆明市、玉溪市和紅河州，均為單系統(tǒng)生產(chǎn)。燒結(jié)機(jī)300m2和260 m2各兩臺(tái)，由于燒結(jié)過程中使用多種原燃料，因此，燒結(jié)煙氣成分比燃煤鍋爐煙氣復(fù)雜，燒結(jié)機(jī)頭煙氣污染物排放量占比大，2018年顆粒物、SO2、NOX排放量分別占排放總量的40%，70%，80%。燒結(jié)煙氣中含有SO2，NOX，HF、重金屬、二噁英等多種有害氣態(tài)污染物及含鐵粉塵、重金屬等固態(tài)污染物，對(duì)環(huán)境危害極大。多污染物排放已經(jīng)成為鋼鐵企業(yè)控制污染的重點(diǎn)工作，昆鋼2010年開始全面控制燒結(jié)煙氣中的顆粒物、SO2、NOX，四個(gè)鋼鐵生產(chǎn)基地相繼建成環(huán)保設(shè)施對(duì)燒結(jié)煙氣進(jìn)行深度治理。

在燒結(jié)粉塵治理方面，目前，昆鋼大多數(shù)燒結(jié)仍然采用3-5電場(chǎng)電除塵器，現(xiàn)階段，燒結(jié)廠顆粒物排放濃度未進(jìn)脫硫設(shè)施前，一般在50-80mg/m3之間，有些甚至大于100mg/m3，雖然經(jīng)過脫硫設(shè)施處理后，排口滿足現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過超低排放值規(guī)定的10mg/m3的要求。

在二氧化硫治理方面，昆鋼鋼鐵燒結(jié)煙氣采用石灰石-石膏法、氨法和循環(huán)流化床法進(jìn)行煙氣脫硫，其中濕法占比75%，因受原燃料條件的限制，目前燒結(jié)煙氣脫硫設(shè)施入口SO2濃度普遍較高，一般在1000-2000mg/m3之間，有時(shí)甚至超過2500mg/m3以上。2018年燒結(jié)脫硫設(shè)施平均綜合脫硫率93%左右。

在氮氧化物治理方面，目前暫未采用末端設(shè)施進(jìn)行治理（其中一個(gè)基地的脫硝設(shè)施即將投入運(yùn)行），主要從源頭進(jìn)行控制，使排放濃度達(dá)到現(xiàn)行排放限值要求。同時(shí)也認(rèn)真研究煙氣中NOX在燒結(jié)過程中產(chǎn)生的來源和產(chǎn)生機(jī)理，并進(jìn)行控制實(shí)踐，形成控制制度。燒結(jié)煙氣中的NOX80%- 90%來源于燃料中的氮，且90%以上為NO，5%-10%為NO2和微量N2O，燒結(jié)所使用的燃料中氮的含量不同、燒結(jié)過程溫度的波動(dòng)、燒結(jié)礦產(chǎn)量的變化等都會(huì)直接影響到NOX的產(chǎn)生，由此造成燒結(jié)機(jī)排放煙氣中氮氧化物濃度的不同與變化。2018年脫硫入口NOx濃度一般在200-320mg/m3，雖然經(jīng)過脫硫設(shè)施部分處理后能達(dá)到排放限值要求，但與NOx小于50mg/m3的超低排放限值相距甚遠(yuǎn)。

2燒結(jié)煙氣超低排放技術(shù)路線

與鍋爐煙氣相比，燒結(jié)煙氣溫度變化大，隨生產(chǎn)負(fù)荷的變化，煙氣溫度一般在80-185℃，昆鋼燒結(jié)煙氣溫度正常生產(chǎn)情況下在150℃左右，瞬間會(huì)達(dá)到200℃；煙氣攜帶粉塵多，粉塵主要有礦粉、金屬、金屬氧化物或不完全燃燒物質(zhì)組成，一般濃度達(dá)80-200mg/Nm3，平均粒徑為0.1-35μm；含濕量較大，一般在10-12%，露點(diǎn)在65-80℃；含SO2濃度高，根據(jù)原料和燃料的差異變化，一般在800-4000mg/Nm3；含氧量高，約16-17%。

針對(duì)燒結(jié)煙氣的特殊性，要想實(shí)現(xiàn)燒結(jié)煙氣超低排放，必須結(jié)合鋼鐵企業(yè)的實(shí)際情況，采用最優(yōu)的治理方案對(duì)塵、硫、硝進(jìn)行綜合治理，實(shí)現(xiàn)多污染物的協(xié)同處理，才能從根本上解決燒結(jié)煙氣的超低排放問題。從目前各種大氣污染治理技術(shù)來看，實(shí)現(xiàn)鋼鐵燒結(jié)機(jī)頭煙氣超低排放，主要有活性炭脫硫脫硝一體化工藝、干法脫硫+中低溫SCR脫硝工藝、濕法脫硫+中低溫SCR脫硝工藝、臭氧脫硝+濕法脫硫等幾種技術(shù)路線。

2.1脫硫技術(shù)路線

2.1.1濕法脫硫技術(shù)

濕法是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用范圍最廣、技術(shù)最成熟的脫硫技術(shù)。濕法脫硫工藝的高效性、可靠性在燒結(jié)煙氣治理中已經(jīng)得到充分證明。濕法工藝系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，效率高，一般可達(dá)90%以上，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)格便宜，易得且利用率高，副產(chǎn)品為二水石膏，可回收再利用。

2.1.2干法脫硫技術(shù)

是指應(yīng)用粉狀或粒狀吸收劑、吸附劑或催化劑來脫除煙氣中含硫化物的氣體。2017年以后，在鋼鐵燒結(jié)煙氣治理領(lǐng)域中干法得到了推廣應(yīng)用。

2.1.3活性炭吸附技術(shù)

活性炭吸附技術(shù)是目前公認(rèn)的、最適用于鋼鐵燒結(jié)煙氣多污染物的協(xié)同治理技術(shù)?；钚蕴繜煔鈨艋夹g(shù)以物理一化學(xué)吸附和催化反應(yīng)原理為基礎(chǔ)，以活性炭為吸附劑，吸附煙氣中的SO2，完成吸附后的活性炭再通過加熱的方式再生，解吸出高濃度SO2混合氣體可用來制取98%商品硫酸，脫硫率可達(dá)95%。由于活性炭的催化作用，加人適量的氨可將煙氣中的NOX還原成N2和H2O，脫硝效率可達(dá)到50%。除了脫硫和脫硝，該技術(shù)可同步脫除碳?xì)浠衔?，比如二噁英，重金屬，比如水銀及其他有毒物質(zhì)，整個(gè)反應(yīng)過程無廢水、廢渣排放，無需煙氣再熱，無二次污染，技術(shù)先進(jìn)成熟，在實(shí)現(xiàn)煙氣綜合治理的同時(shí)使廢物得到資源化利用。

2.2脫硝技術(shù)路線

目前，燒結(jié)機(jī)頭煙氣脫硝工藝有以下幾種：氧化法脫硝、中低溫SCR脫硝和活性炭脫硝。

2.2.1氧化法脫硝技術(shù)

氧化法脫硝原理是利用臭氧、雙氧水等氧化劑將煙氣中的NO氧化為N2O5等物質(zhì)后，再進(jìn)入脫硫塔用堿性吸收劑進(jìn)行吸收。

2.2.2中低溫SCR脫硝技術(shù)

中低溫SCR技術(shù)是在O2和催化劑存在的條件下，在120～300℃溫度范圍內(nèi)，用還原劑NH3將煙氣中的NOx還原為N2和H2O，其反應(yīng)溫度區(qū)間在200℃以下，和中高溫SCR脫硝相比，更接近鋼鐵燒結(jié)煙氣溫度。

燒結(jié)煙氣超低排放改造最大的難點(diǎn)是脫硝，燒結(jié)、球團(tuán)工序煙氣波動(dòng)比較大，沒有適應(yīng)現(xiàn)有成熟脫硝工藝技術(shù)的溫度氣段。NOX控制方面，電力行業(yè)煙氣溫度相對(duì)穩(wěn)定，而鋼鐵行業(yè)由于溫度、濕度和煙氣的組成比較復(fù)雜，會(huì)影響到工藝的操作條件，現(xiàn)有技術(shù)如何結(jié)合煙氣特點(diǎn)做適當(dāng)?shù)淖兓岣叻请婎I(lǐng)域工業(yè)煙氣凈化成效，應(yīng)成為當(dāng)前我國(guó)工業(yè)煙氣污染治理環(huán)保領(lǐng)域重要的科研攻關(guān)方向。

3昆鋼燒結(jié)煙氣超低排放技術(shù)路線選擇

鋼鐵企業(yè)要在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)全面提效改造，實(shí)現(xiàn)超低排放，改造任務(wù)十分艱巨。因煙氣成分和工況更加復(fù)雜，鋼鐵等非電領(lǐng)域煙氣超低排放技術(shù)要求更高，對(duì)應(yīng)的投入也十分巨大，改造成功與否直接關(guān)系到企業(yè)的生存與發(fā)展。通過綜合考慮，昆鋼決定對(duì)2012年8月建成并投入運(yùn)行的一套300㎡燒結(jié)機(jī)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行超低排放改造嘗試。在選擇超低排放技術(shù)路線時(shí),選擇技術(shù)上成熟可靠､經(jīng)濟(jì)上合理可行､運(yùn)行上長(zhǎng)期穩(wěn)定､易于維護(hù)管理､具有一定節(jié)能效果的技術(shù)｡

3.1工藝選擇的順序

對(duì)于燒結(jié)煙氣來說，無論是除塵技術(shù)，還是脫硫工藝，都已十分成熟，也形成了一整套的技術(shù)路線，只要技術(shù)選用合理、設(shè)計(jì)規(guī)范、工程質(zhì)量過關(guān)，完全可以實(shí)現(xiàn)鋼鐵燒結(jié)煙氣的超低排放，顯著削減燒結(jié)污染物排放量。從燒結(jié)煙氣的工況來看，污染因子排放濃度從高到低排列順序依次為，SO2＞NOX＞顆粒物，所以考慮工藝選擇順序時(shí)首先考慮脫硫工藝，其次是脫硝工藝，再次是顆粒物工藝。這是理想的選擇順序，實(shí)際上，受國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的限制，鋼鐵行業(yè)新增生產(chǎn)線不多，基本上是進(jìn)行等量或減量置換，超低排放改造主要是對(duì)現(xiàn)有的環(huán)保設(shè)施進(jìn)行改造，因此受生產(chǎn)、場(chǎng)地、原環(huán)保設(shè)施等諸多因素的影響。3.2脫硫工藝的選擇

通過對(duì)國(guó)內(nèi)常用方法活性炭吸附法、循環(huán)流化床、石灰石（石灰）—石膏法工藝的比較分析，結(jié)合昆鋼300m2燒結(jié)煙氣的實(shí)際情況進(jìn)行考慮。首先考慮最適用于鋼鐵燒結(jié)煙氣的多污染物協(xié)同治理技術(shù)活性炭工藝，因昆鋼燒結(jié)煙氣SO2濃度較高，需要設(shè)計(jì)三級(jí)裝置才能達(dá)到超低排放限值，而且投資成本和運(yùn)行管理的要求比其他治理工藝更加嚴(yán)格，活性炭生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢氣、廢水污染嚴(yán)重，治理難度大，隨著活性炭使用量的增加，不僅會(huì)大幅增加上游產(chǎn)業(yè)鏈的污染物排放量，還會(huì)讓活性炭的價(jià)格飛漲，進(jìn)一步增加活性炭裝置的運(yùn)行成本；其次考慮的循環(huán)流化床干法，受脫硫副產(chǎn)物合法處置途徑的影響；第三考慮的石灰石（石灰）—石膏法工藝，受脫硫副產(chǎn)物處置途徑和脫硫廢水的處置影響。

結(jié)合昆鋼內(nèi)部、外部的實(shí)際情況，從工藝可行性、脫硫效率、原材料采購(gòu)、副產(chǎn)品處置利用等方面慎重考慮，最終采用技術(shù)較成熟、應(yīng)用廣泛、脫硫效率高的氨法脫硫工藝技術(shù)。

3.3脫硝工藝的選擇

NOx源頭控制是一種最佳的控制方法，采用此方法，燒結(jié)煙氣排放基本能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，但此方法抑制NOx生成能力有限，難以滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，必須配以其他NOx末端治理技術(shù)，在燒結(jié)煙氣SO2采用濕法工藝路線的前提下，目前可供選擇的NOx末端治理技術(shù)為數(shù)不多。

針對(duì)可供選擇的氧化法脫硝、中低溫SCR脫硝、活性炭脫硝工藝進(jìn)行比選，因脫硫工藝已經(jīng)選擇了濕法脫硫，自然不能再選擇活性炭脫硝工藝；在燒結(jié)機(jī)和球團(tuán)流程上基本上沒有直接適合中低溫SCR脫硝的溫度區(qū)間，要在對(duì)煙氣脫硫除塵之后，把原本降到50℃左右的煙氣再升溫到200-300℃，所帶來的能耗和運(yùn)行費(fèi)用提高也是不可避免的問題，相應(yīng)的裝備投入成本和占地等也都是問題；結(jié)合昆鋼該基地氧氣富裕的情況，參考上海梅鋼及中石油云南石化分公司的應(yīng)用案例，外出考察學(xué)習(xí)，最終選擇工藝相對(duì)簡(jiǎn)單的臭氧脫硝工藝，鑒于臭氧脫硝存在的不足，為確保NOX排放濃度滿足設(shè)計(jì)目標(biāo),與廠家合作時(shí)要求并采取達(dá)到設(shè)計(jì)能力才能付款等方式來規(guī)避投資風(fēng)險(xiǎn)。

3.4除塵工藝的選擇

因受生產(chǎn)條件和場(chǎng)地的限制，除塵設(shè)施未做改進(jìn)，依然沿用之前的除塵工藝。未能有效的從源頭上降低進(jìn)入脫硫脫硝設(shè)施的粉塵濃度，增加脫硫脫硝的運(yùn)行費(fèi)用和風(fēng)機(jī)葉輪等設(shè)備的磨損，給硫銨制備系統(tǒng)帶來諸多不利因素，從而影響脫硫副產(chǎn)物的純凈度。

經(jīng)過方案比選，昆鋼燒結(jié)超低排放改造采用氨法脫硫+臭氧脫硝技術(shù)路線，新建一套脫硫脫硝系統(tǒng)，指標(biāo)按照顆粒物小于10mg/m3、SO2小于35mg/m3、NOx小于100mg/m3來進(jìn)行設(shè)定。2017年年底方案最終確定，2018年2018年5月7日獲得安寧環(huán)保局環(huán)評(píng)批復(fù)后開工建設(shè)，于2018年12月20日脫硫系統(tǒng)進(jìn)入熱負(fù)荷試車階段，現(xiàn)正在調(diào)試階段。

4結(jié)語(yǔ)

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)，多污染物協(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。啟動(dòng)的鋼鐵行業(yè)超低排放改造對(duì)顆粒物、SO2、NOx的排放限值要求更高。對(duì)多條生產(chǎn)線燒結(jié)、球團(tuán)焙燒煙氣凈化已采用濕法脫硫技術(shù)的昆鋼，如何進(jìn)行升級(jí)改造達(dá)到超低排放要求是目前面臨的一大難題。昆鋼率先在云南進(jìn)行燒結(jié)煙氣超低排放改造，對(duì)鋼鐵行業(yè)超低排放改造具有一定的借鑒意義，針對(duì)當(dāng)前燒結(jié)脫硫脫硝技術(shù)均存在或多或少的缺點(diǎn)，工業(yè)化應(yīng)用難以選擇的情況下，建議企業(yè)根據(jù)自身實(shí)際，從內(nèi)部和外部因素進(jìn)行全方位考慮，在關(guān)注采用何種工藝的同時(shí)，不僅應(yīng)重視工藝本身，還應(yīng)重視工程設(shè)計(jì)承建單位的工程能力和運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，同樣的工藝流程，工程細(xì)節(jié)不一樣，帶來的運(yùn)行效果也不一樣。每種技術(shù)都存在一定的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),關(guān)鍵在于如何結(jié)合工況條件對(duì)其進(jìn)行有效的完善和改進(jìn),最大程度地降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。隨著燒結(jié)脫硫脫硝工藝、工程案例應(yīng)用的增加，收集燒結(jié)脫硫脫硝技術(shù)在工程實(shí)踐中存在的問題，技術(shù)應(yīng)用阻礙的突破資料以及新技術(shù)的運(yùn)用。盡量降低投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用，有效解決目前燒結(jié)煙氣脫硫脫硝存在的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)難題。