惠安平
(首鋼股份公司遷安鋼鐵公司,河北 唐山 064400)
2019 年4 月28 日,國家生態(tài)環(huán)境部與國家發(fā)展和改革委員會(huì)、工業(yè)和信息化部、財(cái)政部、交通運(yùn)輸部共同印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》(環(huán)大氣〔2019〕35 號(hào))(以下簡稱《意見》),確立了鋼鐵行業(yè)實(shí)施超低排放的總體要求、指標(biāo)要求、重點(diǎn)任務(wù)和保障措施,各地積極組織鋼鐵企業(yè)實(shí)施超低排放改造。為落實(shí)《意見》要求,規(guī)范和指導(dǎo)鋼鐵企業(yè)超低排放評(píng)估監(jiān)測工作,統(tǒng)一超低排放評(píng)估認(rèn)定程序和方法,生態(tài)環(huán)境部大氣司起草了《關(guān)于做好鋼鐵企業(yè)超低排放評(píng)估監(jiān)測工作的通知》(環(huán)辦大氣函〔2019〕922號(hào))。以此為背景,鋼鐵企業(yè)開展了超低排放評(píng)估監(jiān)測改造工作,依照《意見》對(duì)鋼鐵行業(yè)有組織排放限值的具體要求,燒結(jié)、球團(tuán)作為鋼鐵企業(yè)有組織廢氣主要排放工序,其有組織廢氣治理難度增大?;诖耍疚慕o出可供鋼鐵企業(yè)依照自身情況選擇的技術(shù)方案,解決燒結(jié)、球團(tuán)有組織廢氣難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的問題。
燒結(jié)礦的主要生產(chǎn)過程為原料存儲(chǔ)、配料混合、燒結(jié)工藝、成品冷卻、成品破碎、成品篩分等工藝流程,主要產(chǎn)排污環(huán)節(jié)為原燃料破碎篩分、配料室給料機(jī)等布料設(shè)施及混料車間產(chǎn)生的揚(yáng)塵、燒結(jié)機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾排出的燒結(jié)煙氣,成品生產(chǎn)及轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)物料冷卻、破碎篩分、返礦及轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)施產(chǎn)生的揚(yáng)塵,燒結(jié)工序有組織廢氣治理難點(diǎn)主要為燒結(jié)機(jī)頭、機(jī)尾煙氣。
球團(tuán)礦生產(chǎn)過程包括原料貯運(yùn)、配料、混合造球、布料、焙燒過程、冷卻及成品轉(zhuǎn)運(yùn)等流程,產(chǎn)排污環(huán)節(jié)為配料室給料機(jī)等布料設(shè)施及混料車間產(chǎn)生的揚(yáng)塵、造球盤揚(yáng)塵、球團(tuán)焙燒煙氣、成品冷卻及轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)、篩分及返礦轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)施產(chǎn)生的揚(yáng)塵,球團(tuán)工序有組織廢氣治理難點(diǎn)為球團(tuán)焙燒煙氣。
燒結(jié)機(jī)頭、機(jī)尾有組織廢氣與球團(tuán)焙燒煙氣治理過程中最關(guān)鍵的指標(biāo)就是廢氣中SO2與NOX的排放量應(yīng)符合國家超低排放限值要求,如上文提到的燒結(jié)機(jī)頭、機(jī)尾有組織廢氣與球團(tuán)焙燒煙氣中脫硫、脫硝的主要治理設(shè)施與技術(shù)特點(diǎn)分析,依據(jù)企業(yè)情況選擇適合的治理設(shè)施工藝,降低污染物排放達(dá)到超低排放限值。
2.1.1 石灰石/石灰濕法脫硫技術(shù)
優(yōu)點(diǎn):工藝成熟,脫硫效率高,可達(dá)95%以上;穩(wěn)定性高,在大量火電及鋼鐵企業(yè)脫硫工程中已得到驗(yàn)證,副產(chǎn)物綜合利用途徑多[1-2]。
缺點(diǎn):占地面積大且脫硫廢水需要處理,對(duì)脫硫后煙氣中的顆粒物濃度難以控制,需增設(shè)濕式電除塵設(shè)備。
2.1.2 氧化鎂濕法脫硫技術(shù)
優(yōu)點(diǎn):工藝成熟,運(yùn)行穩(wěn)定性已得到驗(yàn)證,脫硫效率高達(dá)95%左右,副產(chǎn)物綜合利用途徑多,二次污染程度低[3]。
缺點(diǎn):原材料價(jià)格較高,運(yùn)行成本較高,且產(chǎn)地受限,主要集中在遼東半島及山東半島,再生消耗燃油、焦炭等多種原材料,且由于鎂鹽大量存在,顆粒物難以達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。
2.1.3 循環(huán)流化床脫硫技術(shù)
優(yōu)點(diǎn):脫硫效率高,可達(dá)95%以上,顆粒物排放質(zhì)量濃度穩(wěn)定,可保證在10 mg/m3以下,且工藝成熟,投資及運(yùn)行費(fèi)用較低,無廢水產(chǎn)生,與脫硝設(shè)施銜接方式靈活。
缺點(diǎn):僅適用于SO2濃度較低的煙氣脫硫工藝,操作較Spray Drying Absorption(SDA)脫硫工藝復(fù)雜,占地面積較大,鈣硫比較高,脫硫副產(chǎn)物利用難度大。
2.1.4 密相干塔脫硫技術(shù)
優(yōu)點(diǎn):該技術(shù)脫硫效率高,因塔體內(nèi)脫硫劑濃度高,可使煙氣與脫硫劑充分接觸,是唯一可實(shí)現(xiàn)多級(jí)串聯(lián)的半干法工藝;同步率高,脫硫灰多線路循環(huán),可充分利用縱向空間,縮小系統(tǒng)占地面積;節(jié)省投資,密相干塔技術(shù)的綜合投資比活性焦工藝節(jié)省1/3 以上,比濕法脫硫工藝(如:脫硫、脫白、濕電、脫硫廢水處理等設(shè)施的投資)節(jié)省1/5 以上。塔內(nèi)整體密相、無需床層、無需凈煙氣循環(huán)、抗煙氣波動(dòng)能力強(qiáng),無塌床風(fēng)險(xiǎn)。
缺點(diǎn):脫硫后會(huì)產(chǎn)生脫硫灰等固體廢物,目前綜合利用率低。
2.1.5 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法脫硫技術(shù)
優(yōu)點(diǎn):工藝成熟,占地面積小,脫硫在氣、液、固三相狀態(tài)下進(jìn)行,工藝設(shè)備簡單;產(chǎn)物為干態(tài)的CaSO3、CaSO4,副產(chǎn)物易處理,耗水較少,無廢水產(chǎn)生,目前未發(fā)現(xiàn)存在設(shè)備腐蝕現(xiàn)象和堵塞情況。
缺點(diǎn):自動(dòng)化程度要求高,需要較高的鈣硫比,吸收劑用量控制難度大,吸收效率僅能達(dá)到65%~85%,吸收效率較低。
2.2.1 中高溫(SCR)
優(yōu)點(diǎn):脫硝效率高,可達(dá)85%以上,反應(yīng)活性溫度窗口在280~320 ℃,且工藝相對(duì)成熟,對(duì)二噁英具有協(xié)同處置能力(需將反應(yīng)溫度控制在300 ℃以下)。
缺點(diǎn):需要對(duì)煙氣進(jìn)行加熱,因此能耗較大,副產(chǎn)物綜合利用難度大。
2.2.2 中低溫(SCR)
優(yōu)點(diǎn):在特定條件下脫硝效率較高,可達(dá)85%以上。反應(yīng)活性溫度窗口在180~280 ℃;反映溫度窗口更接近燒結(jié)煙氣溫度,節(jié)能性優(yōu)于中高溫SCR 工藝,脫硝效率較高。
缺點(diǎn):催化劑抗毒性能力較差,需對(duì)煙氣進(jìn)行加熱造成二次能源消耗,且催化劑造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用較高,副產(chǎn)物綜合利用難度大。
2.2.3 氧化法
優(yōu)點(diǎn):工藝設(shè)備相對(duì)簡單,占地面積小,一次性投資費(fèi)用少。
缺點(diǎn):監(jiān)測監(jiān)管存在一定隱患,副產(chǎn)物的利用尚處于研究中,脫硝效率相對(duì)較低,目前超低排放改造已淘汰此技術(shù),不推薦使用。
2.2.4 脫活性炭脫硫脫硝一體化技術(shù)
優(yōu)點(diǎn):可展開一體化脫硫脫硝過程,同時(shí)脫除硫氮氧化物。該技術(shù)屬于干法技術(shù),可去除多種污染物,副產(chǎn)物多為硫酸或硫酸鹽,活性炭循環(huán)利用率高,無二次污染問題。
缺點(diǎn):前期投資相對(duì)較大,廢氣治理效果受活性炭質(zhì)量影響較大,且運(yùn)行成本相對(duì)較高,而逆流式治理效果相對(duì)更高,二者均不適用于對(duì)SO2含量過高的煙氣進(jìn)行治理。
根據(jù)上述各脫硫、脫硝廢氣治理方案的優(yōu)、缺點(diǎn)分析,企業(yè)可以按照自身投資、運(yùn)營成本、場地大小、煙氣溫度、副產(chǎn)物自身能否利用等情況,選擇適合的脫硫脫硝治理設(shè)施搭配,以實(shí)現(xiàn)因廠制宜的廢氣治理工藝技術(shù)與更好的廢氣治理效果。本文給出的幾種較為合理的燒結(jié)、球團(tuán)治理工藝方案以及治理實(shí)例,以表明經(jīng)優(yōu)選后的治理方案更具優(yōu)越性。
燒結(jié)、球團(tuán)煙氣治理工藝方案選擇推薦如下:
1)電除塵器+逆流式活性炭脫硫脫硝一體化技術(shù)。
2)電除塵器+錯(cuò)流式活性炭脫硫脫銷一體化+SCR脫硝(如需要,在出口增加布袋除塵器保證顆粒物達(dá)標(biāo)排放)。
3)電除塵器+密相干塔脫硫+SCR 脫硝。
4)電除塵器+循環(huán)流化床脫硫+SCR 脫硝。
5)電除塵器+SDA 旋轉(zhuǎn)噴霧脫硫+SCR 脫硝。
6)電除塵器+濕法脫硫工藝+濕式電除塵器+SCR 脫硝。
在實(shí)例改造中,江蘇常州市龍騰特鋼1 號(hào)180 m2燒結(jié)機(jī)原使用電除塵器+循環(huán)硫化床+氧化法脫硝工藝,SO2可滿足超低排放要求,但NOx排放數(shù)值偏高,無法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。該企業(yè)于2021 年6 月對(duì)原有1 號(hào)180 m2燒結(jié)機(jī)污染治理設(shè)施進(jìn)行了技改升級(jí),根據(jù)企業(yè)自身現(xiàn)狀,需要一套工藝相對(duì)成熟、顆粒物排放穩(wěn)定、運(yùn)行成本低、脫硫效率高并沒有廢水產(chǎn)生的脫硫脫硝治理工藝以滿足超低排放要求,最終選擇電除塵器+循環(huán)硫化床+SCR 脫硝治理方案。
改造完成后,江蘇新銳環(huán)境監(jiān)測有限公司對(duì)技改升級(jí)后的燒結(jié)機(jī)機(jī)頭廢氣排口進(jìn)行了監(jiān)測,根據(jù)表1可知,改造前后日產(chǎn)量、運(yùn)行負(fù)荷等生產(chǎn)工況基本相同,根據(jù)表2 可知,改造前后所采用燃料成分也基本沒有較大變化,在以上影響煙氣氣態(tài)污染物產(chǎn)生的客觀條件均沒有較大改變的情況下,依據(jù)表3 技改升級(jí)前后監(jiān)測結(jié)果顯示,經(jīng)過技改后,1 號(hào)180 m2燒結(jié)機(jī)機(jī)頭廢氣氮氧化物排放小時(shí)均值,相較于技改前有了大幅度的下降,可以穩(wěn)定滿足超低排放限值要求,做到連續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
表1 1 號(hào)180 m2 燒結(jié)機(jī)脫硫脫硝設(shè)施技改前后工況對(duì)比
表2 1 號(hào)180 m2 燒結(jié)機(jī)機(jī)頭廢氣排口脫硫脫硝設(shè)施技改前后燃料成分對(duì)比
表3 1 號(hào)180 m2 燒結(jié)機(jī)機(jī)頭廢氣排口脫硫脫硝設(shè)施技改前后測量值對(duì)比
燒結(jié)、球團(tuán)有組織煙氣作為超低排放改造的重點(diǎn)部位,本文圍繞其煙氣治理工藝進(jìn)行探討并給出符合超低排放要求的治理方案,為企業(yè)因廠制宜,靈活選擇適合自身情況的燒結(jié)、球團(tuán)有組織煙氣治理工藝提供了思路與參考依據(jù)。