呼廣輝

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1 引言

2016年以來，無論地方層面還是國家層面的環(huán)保主管部門，均陸續(xù)發(fā)布了若干鋼鐵工序煙氣污染物的超低排放標準。以鋼鐵大省河北省為例，在2018年下半年，發(fā)布了《鋼鐵工業(yè)大氣污染物超低排放標準》，該標準規(guī)定燒結煙氣、球團煙氣中的粉塵顆粒物、SO2和NOx 排放限值不得超過10、35 和50 毫克/立方米（標況、干煙氣，16%的基準氧含量），并要求河北省現(xiàn)有企業(yè)從2020年10月1日開始執(zhí)行該排放標準[1]。

國家煙氣污染物排放標準越來越嚴格，使單一污染物的環(huán)保治污難度越來越大，逐漸使鋼鐵行從單純依靠除塵、脫硫和脫硝等終端處理方式轉變?yōu)樵谖廴疚锂a生源頭和污染物產生過程進行處理轉移，并且不再只注重污染物單一處理

2 燒結煙氣多污染物排放特征分析

燒結過程所釋放的SO2氣體主要是由含鐵原料和燃料中的硫化物氧化生成，隨燃燒過程進行SO2的持續(xù)釋放，隨燒結溫度、時間、助燃空氣氧含量和燃料顆粒尺寸等因素而變化。燒結煙氣中的SO2的排放具有自持性規(guī)律，該規(guī)律認為當燒結過程中燃料用量，燒結原料水分、含硫量以及燒結礦酸堿度在正常范圍內無論如何變動時，在接近燒結煙氣溫度峰值即燒結終點前，煙氣中SO2濃度都會出現(xiàn)明顯峰值。

燒結煙氣中釋放的NOx，其中有95%左右的NOx 為NO[2]。在燒結過程中，燒結機各風箱煙氣中NO 的濃度比較均衡，且數(shù)值均較高。為降低NO排放濃度，可采取提高燒結礦堿度或者加厚燒結料層厚度的方法，創(chuàng)造有利條件生成更多CaO·Fe2O3，從而實現(xiàn)催化CO還原NOx的效果，減少煙氣中NOx的排放。

在燒結過程中，氣體燃料、煤及焦炭燃燒過程產生COx，煙氣中呈現(xiàn)出一種COx濃度先快速上升，然后下降后穩(wěn)定，小幅波動的趨勢。當達到燒結終點時，燒結煙氣中氧含量恢復至21%左右，COx濃度接近于零[3]。

3 煙氣多污染物控制技術

鋼鐵企業(yè)燒結機煙氣污染物主要有三種治理思路：減少源頭污染物產生量、減少過程釋放量和減少末端排放量。其中，減少末端排放量是最為常見的思路[4]。

3.1 減少源頭污染物產生量

源頭減排技術主要包括：燒結機漏風治理技術和厚料層燒結技術，二者各有特點。

3.1.1 燒結機漏風治理技術

由于燒結機臺車欄板、燒結機風箱及支管等位置密封不嚴，在燒結主抽風機負壓作用下，導致有部分空氣自不經過燒結料層進入燒結機主煙道中，導致燒結煙氣量增大、燒結主抽風機功耗增加、有效進風量減少及燒結礦燒結不完全，影響燒結礦的品質和產量。為了減少燒結機漏風，可采取改進臺車裝備、加強設備維護、精心操作的方式。

3.1.2 厚料層燒結技術

保持較高的鋪料厚度進行燒結，延長點火時間和高溫燒結時間，有利于充分為燒結料層表層供熱，降低冷卻強度、提高燒結礦強度，減少返礦率，從而減少污染物排放；降低FeO含量，改善其還原性；節(jié)約固體燃料消耗，從而直接減少了燃料燃燒所造成的污染物排放[5]。

3.2 減少過程釋放量

3.2.1 燒結料面噴吹蒸汽技術

該技術利用蒸汽引射空氣，實現(xiàn)以下益處：增加燒結料面進風量，強化燒結過程，使燃燒充分，減少一氧化碳的產生；改變燒結料層中含氯產物形態(tài)，減少二噁英的產生；改善燒結過程，提高產量和質量[6]。

3.2.2 選擇性燒結煙氣循環(huán)技術

由于燒結機各風箱煙氣溫度、壓力、流量及污染物排放不同，因此，可優(yōu)選并匯總若干風箱煙氣返回到燒結機料面，用于熱風燒結等[7]。循環(huán)煙氣由燒結機風箱引出，經除塵系統(tǒng)、循環(huán)主抽風機、煙氣混合器后通過密封罩，返回到燒結機料面，在負壓作用下，進入燒結料層。經過一系列的物理、化學過程，包括高溫循環(huán)煙氣與燒結料層的熱交換、CO 的二次燃燒放熱、二噁英的高溫分解以及NOx的催化還原，實現(xiàn)減少污染物排放、釋放煙氣熱量，減少燃料使用量，改善燒結過程，提高燒結礦料層溫度均勻性和破碎強度等理化指標，實現(xiàn)節(jié)能、減排、提產多功能耦合。

3.3 減少末端排放量

目前，主要通過脫硫、除塵和脫硝技術來減少末端排放量。鋼鐵行業(yè)實施超低排放后，傳統(tǒng)除塵技術難以滿足排放要求。目前主要采用濕法脫硫配置濕式電除塵工藝，或者半干/干法脫硫配布袋式除塵器以滿足粉塵超低排放。

脫硫技術有濕法、干法和半干法等。濕法脫硫技術成熟，投資和運維成本低，但廢水和白煙問題嚴重；干法/半干法技術可脫除多種非常規(guī)污染物，但副產物處理困難；活性炭法可同時脫除多種污染物，但對企業(yè)資金壓力較大。因此，燒結機煙氣處理建議選擇干法/半干法技術。

鋼鐵燒結煙氣脫硝工藝路線主要有低溫氧化-吸收法、低溫SCR還原法和活性焦脫硫脫硝一體化法。

臭氧低溫氧化吸收法[8]裝置占地面積小、建設成本低、但是運行成本相對較高。并且由于臭氧氧化反應最適宜在90℃～130℃發(fā)生[9]，低于燒結煙氣普遍溫度120℃～180℃，因此會導致部分臭氧自動分解為氧氣，從而降低臭氧濃度，減弱臭氧氧化效果。

由于燒結煙氣溫度低、粉塵濃度大、黏性大，含有重金屬等其他特點，在SCR 脫硝技術應用過程中，如處理不當，極易引起催化劑中毒[10]，因此工程應用中一般把SCR脫硝放在脫硫后，且在SCR 反應器之前，增設補熱裝置，將煙氣加熱至220℃以上。該技術煤氣消耗量大，成本高。

活性焦脫硫脫硝一體化法，利用活性焦的變溫吸附能力，在低溫時通過物理和化學吸附作用，吸附煙氣中的NOx，然后催化NH3與NOx發(fā)生氧化還原反應，生成無害物質，并且實現(xiàn)脫除污染物的目的，但是該方法投資高，運行費用較大。

4 煙氣多污染物協(xié)同控制技術應用實踐及理論探索

近幾年，隨著國家對煙氣污染物排放標準的持續(xù)加嚴，使人們對煙氣多污染物協(xié)同控制技術越來越重視，從工程實踐和理論探索方面均做了大量工作，目前主要有兩種技術路徑：第一種路徑為燒結煙氣循環(huán)聯(lián)合末端活性焦多污染物協(xié)同控制技術、第二種路徑為燒結煙氣循環(huán)聯(lián)合循環(huán)流化床脫硫及臭氧預氧化脫硝協(xié)同控制技術。

第一種路徑，脫硫脫硝技術可實現(xiàn)多種污染物協(xié)同脫除，但是實施該技術的成本，與煙氣量成正相關關系，且影響很大，煙氣循環(huán)技術恰好能解決這個問題。如圖1所示為河鋼集團邯鄲鋼鐵廠360m2燒結機利用該一體化技術工藝流程圖。經過測算，該協(xié)同控制技術可減排煙氣量約26%，CO 和NOx 減少20%以上。且運行期間粉塵、SO2和NOx 的排放濃度，分別為3mg/m3～7mg/m3、2.5mg/m3～7.5mg/m3、30mg/m3～45mg/m3，達到超低排放，無設備檢修，技術成熟可靠。應用該技術后，減少排污費760萬元/年，減少固體燃料消耗約3kg/t礦，每年創(chuàng)造1.3億元效益。副產物濃H2SO4可達18000t/年，年創(chuàng)造效益約2600 萬元。燒結礦產量提高百分比＞1%，產生效益約2500 萬元/年。秋冬季可避免限產，產量約140萬噸/年，每年創(chuàng)造效益約2億元，合計創(chuàng)造經濟效益約4億元/年[11]。

圖1 技術路徑1

燒結煙氣循環(huán)聯(lián)合循環(huán)流化床脫硫及臭氧預氧化脫硝協(xié)同控制技術為技術路線2，如圖2 所示，是綜合利用了燒結煙氣循環(huán)技術減排煙氣量，循環(huán)流化床脫硫技術無廢水產生且投資運行成本低，臭氧預氧化SCR脫硝技術脫硝效率高的特點，組合而成的協(xié)同脫除技術路線。

該路線中，燒結煙氣循環(huán)采用純氧補充循環(huán)煙氣中氧含量，相比于常規(guī)技術，可減少30%以上的外排煙氣總量，可更大程度降低后續(xù)煙氣凈化系統(tǒng)工作負荷，降低脫硫脫硝裝置的投資和運行成本。

臭氧預氧化脫硝技術，臭氧發(fā)生裝置產生臭氧并噴入燒結煙氣中，利用臭氧的強氧化性將NO 部分氧化為NO2，通過調節(jié)O3/NO 摩爾比，調節(jié)煙氣中NO/NO2的摩爾比例到0.95～1.05 左右[12]。當該比例≈1 時，NO 和NO2會在脫硝催化劑中發(fā)生快速SCR 反應，為標準SCR 反應活性的1.4 倍，催化劑用量為原用量的70%左右，經過計算，快速SCR反應可以延長現(xiàn)有催化劑壽命約23000h，延長催化劑的更換周期941d[13-15]。顯著減小SCR 反應器規(guī)模和催化劑體積，大大降低脫硝系統(tǒng)的投資和運行成本。

圖2 技術路徑2

5 結論與展望

本文章所列舉的煙氣污染物排放技術，均能達到超低排放效果，但又各有各的特點，針對以上技術，提出以下意見和建議：（1）本著污染物協(xié)同脫除原則，建議對于新建燒結機，建設環(huán)保設施時，考慮第一種或第二種技術路徑。（2）對于已建燒結機，如果現(xiàn)有濕法脫硫裝置，為更好地實現(xiàn)脫硫脫硝效果，應選擇臭氧低溫氧化脫硝與之配合。（3）對于已建燒結機，如果現(xiàn)有半干法脫硫裝置，應選擇臭氧低溫氧化脫硝技術或者后置SCR 技術。（4）考慮到后續(xù)環(huán)保標準會愈發(fā)嚴格，因此應盡可能地把源頭、過程與末端治理結合起來。