摘要：鋼鐵行業(yè)已成為中國(guó)大氣污染防治重點(diǎn)行業(yè),目前中國(guó)已提出鋼鐵行業(yè)燒結(jié)、球團(tuán)等工序超低排放限值。總結(jié)了燒結(jié)(球團(tuán))、焦?fàn)t、高爐、轉(zhuǎn)爐等多個(gè)工序高效凈化技術(shù)路線(xiàn),集成了源頭減排、過(guò)程控制和末端治理的多污染物超低排放技術(shù)體系,包括"煙氣循環(huán)技術(shù)"、"半干法脫硫耦合中低溫SCR脫硝技術(shù)"、"活性炭法一體化技術(shù)"、"臭氧氧化硫硝協(xié)同吸收技術(shù)"、"高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的硫硝源頭減排技術(shù)"、"轉(zhuǎn)爐二次煙氣預(yù)荷電袋濾器除塵技術(shù)"等關(guān)鍵技術(shù),上述技術(shù)在中國(guó)部分鋼鐵企業(yè)均有應(yīng)用實(shí)踐。最后提出了生產(chǎn)技術(shù)綠色化、污染計(jì)量合理化、加強(qiáng)非常規(guī)污染物管控、重視鋼鐵行業(yè)碳排放的發(fā)展建議。

隨著電力行業(yè)超低排放技術(shù)的推廣應(yīng)用，中國(guó)大氣污染防治重點(diǎn)已從電力行業(yè)向非電行業(yè)轉(zhuǎn)變，其中，鋼鐵行業(yè)是減排重點(diǎn)。2018年中國(guó)粗鋼產(chǎn)量為9.28億t，位居世界第一，占全球總產(chǎn)量的51.32%。中國(guó)鋼鐵生產(chǎn)以長(zhǎng)流程工藝為主，包括燒結(jié)、球團(tuán)、焦化、高爐、轉(zhuǎn)爐和軋鋼等，較高的能耗導(dǎo)致大量污染物排放，行業(yè)整體呈現(xiàn)出生產(chǎn)工序多、污染種類(lèi)雜、排放總量大的特點(diǎn)。2017年全國(guó)鋼鐵行業(yè)SO₂、NOx、粉塵排放量分別為32.4萬(wàn)t、214萬(wàn)t、120.9萬(wàn)t，位居工業(yè)排放源前三。因此，開(kāi)展鋼鐵行業(yè)環(huán)保技術(shù)升級(jí)，對(duì)于改善環(huán)境空氣質(zhì)量、打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)具有重要意義。

鋼鐵企業(yè)是大氣污染的重點(diǎn)行業(yè)，鋼鐵生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)均產(chǎn)生顆粒物、SO₂、NOx等廢氣污染物。鋼鐵企業(yè)排放的廢氣中，顆粒物排放主要集中在原料場(chǎng)、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、煉焦等工序，SO₂主要集中在燒結(jié)、球團(tuán)等工序，NOx主要集中在燒結(jié)、煉焦、熱軋等工序。此外，氟化物和氯化氫主要集中在燒結(jié)和冷軋工序，特殊鋼酸洗和電渣冶金也有氟化物產(chǎn)生，二噁英主要集中在燒結(jié)工序和電爐煉鋼工序。

“十一五”期間，中國(guó)部分鋼鐵企業(yè)開(kāi)始開(kāi)展燒結(jié)煙氣脫硫，技術(shù)來(lái)源以國(guó)外或電力行業(yè)引進(jìn)為主、自主研發(fā)為輔。燒結(jié)機(jī)脫硫工藝以濕法脫硫?yàn)橹鳎?5%以上，但大型燒結(jié)機(jī)半干法應(yīng)用占比逐漸升高。“十二五”期間，鋼鐵行業(yè)開(kāi)始執(zhí)行GB16297—2012《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán)的同時(shí)，開(kāi)始關(guān)注二噁英等非常規(guī)污染物，基于半干法的鋼鐵燒結(jié)/球團(tuán)煙氣多污染物協(xié)同控制技術(shù)成為主流趨勢(shì)。“十三五”以來(lái)，鋼鐵行業(yè)全流程超低排放成為發(fā)展趨勢(shì)。中國(guó)鋼鐵行業(yè)大氣污染治理已實(shí)現(xiàn)從“單工序”向“全流程”過(guò)渡，控制技術(shù)也已實(shí)現(xiàn)從“單一污染物控制”向“多污染物協(xié)同控制”的技術(shù)升級(jí)。

本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外鋼鐵行業(yè)大氣污染物控制標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)進(jìn)行調(diào)研，從燒結(jié)(球團(tuán))、焦?fàn)t、高爐、轉(zhuǎn)爐等多個(gè)工序提出鋼鐵行業(yè)全流程超低排放技術(shù)路線(xiàn)，并提出未來(lái)鋼鐵行業(yè)超低排放的發(fā)展建議，為推動(dòng)鋼鐵的產(chǎn)業(yè)升級(jí)和綠色發(fā)展提供參考。

1 中國(guó)鋼鐵行業(yè)超低排放標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)燒結(jié)、球團(tuán)工序的排放限值變化如圖1所示。2017年6月中國(guó)環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》修改單(征求意見(jiàn)稿)，提出顆粒物特別排放限值從40降至20mg/m³，SO₂特別排放限值從180降至50mg/m³，NOx特別排放限值也從300大幅降至100mg/m³。在2018年政府工作報(bào)告中李克強(qiáng)總理提出“推動(dòng)鋼鐵等行業(yè)超低排放改造”。隨后，生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合各部委在2019年4月發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》，將燒結(jié)(球團(tuán))煙氣中顆粒物、SO₂、NOx的超低排放限值分別規(guī)定為10、35、50mg/m³，要求到2020年底前，重點(diǎn)區(qū)域鋼鐵企業(yè)力爭(zhēng)60%左右產(chǎn)能完成改造。

針對(duì)焦化工序，GB1171—2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中提出焦?fàn)t煙氣顆粒物特別排放限值為15mg/m³，SO₂和NOx特別排放限值分別為30和150mg/m³。中國(guó)生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合各部委發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》中提出焦?fàn)t煙囪顆粒物、SO₂、NOx的超低排放限值分別為10、30、150mg/m³。2018年9月份，河北省正式發(fā)布國(guó)內(nèi)首個(gè)焦化工序超低排放標(biāo)準(zhǔn)DB13/2863—2018《煉焦化學(xué)工業(yè)大氣污染物超低排放地方標(biāo)準(zhǔn)》，提出顆粒物、SO₂、NOx的超低排放限值分別為10、30、130mg/m³，要求河北省現(xiàn)有企業(yè)自2020年10月1日開(kāi)始實(shí)施。

總體而言，超低排放限值的出臺(tái)將極大地促進(jìn)鋼鐵行業(yè)超低排放技術(shù)升級(jí)，有利于污染物深度減排。

2 中國(guó)鋼鐵行業(yè)全流程超低排放技術(shù)體系

近年來(lái)，中國(guó)鋼鐵行業(yè)基于“多污染物協(xié)同控制”和“全過(guò)程耦合”的技術(shù)理念，開(kāi)發(fā)了“選擇性煙氣循環(huán)技術(shù)”、“半干法脫硫耦合中低溫SCR脫硝技術(shù)”、“活性炭法一體化技術(shù)”、“臭氧氧化硫硝協(xié)同吸收技術(shù)”、“高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的硫硝源頭減排技術(shù)”等新型技術(shù)涵蓋了燒結(jié)、球團(tuán)、焦?fàn)t、高爐等多個(gè)工序，為鋼鐵行業(yè)超低排放改造提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

2.1 燒結(jié)(球團(tuán))煙氣超低排放技術(shù)

燒結(jié)工序的顆粒物、SO₂、NOx排放量占整個(gè)鋼鐵行業(yè)排放總量的30%、60%和50%左右，非常規(guī)污染物二噁英占整個(gè)鋼鐵行業(yè)的90%以上，是鋼鐵行業(yè)大氣污染排放量最大的工序。燒結(jié)煙氣具有煙氣流量大、排煙溫度低、NOx質(zhì)量濃度波動(dòng)比較大(200～500mg/m³)的特點(diǎn)。隨著排放指標(biāo)的加嚴(yán)，對(duì)原有脫硫和除塵設(shè)施進(jìn)行提標(biāo)改造，可實(shí)現(xiàn)顆粒物和SO₂達(dá)標(biāo)排放。在脫硝方面，傳統(tǒng)熱電行業(yè)脫硝技術(shù)無(wú)法直接移植，開(kāi)展過(guò)程控制和末端治理相互耦合的關(guān)鍵技術(shù)，已成為燒結(jié)煙氣超低排放技術(shù)的關(guān)鍵。球團(tuán)煙氣與燒結(jié)煙氣排放特征較為相似，末端治理技術(shù)可以互為借鑒。

2.1.1 燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)

燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)是通過(guò)選擇性收集不同的風(fēng)箱(或主抽后煙道)的部分載熱煙氣，混合后返回至燒結(jié)臺(tái)車(chē)，從而回收部分燒結(jié)余熱，降低固體燃耗。同時(shí)，返回的煙氣還含有NOx、CO和二噁英等污染物，可部分被分解或轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)污染物減排。此外，煙氣循環(huán)可以實(shí)現(xiàn)煙氣減量化，降低末端污染控制設(shè)施處理負(fù)荷及投資和運(yùn)行成本。

燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)按取風(fēng)位置的不同分為內(nèi)循環(huán)(取風(fēng)位置：風(fēng)箱)和外循環(huán)(取風(fēng)位置：主抽后煙道)兩種工藝模式，最早由國(guó)外開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。兩種工藝模式在設(shè)計(jì)理念上有所差異，在煙氣循環(huán)率、污染物減排、節(jié)能等方面?zhèn)戎赜兴煌?/span>但總體而言，內(nèi)循環(huán)工藝可以選擇性選取高溫、富氧或污染物質(zhì)量濃度高等不同特點(diǎn)的廢氣循環(huán)，是目前主流的燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)，如日本新日鐵開(kāi)發(fā)的區(qū)域廢氣循環(huán)技術(shù)、德國(guó)HKM 開(kāi)發(fā)的LEEP(low emission andenergy optimized sinter production)工藝、及奧鋼聯(lián)公司開(kāi)發(fā)的Eposint(environmental process optimizedsintering)工藝。

與國(guó)外相比，中國(guó)燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)起步較晚。中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所和河鋼集團(tuán)有限公司等單位在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“鋼鐵行業(yè)煙氣多污染物全過(guò)程控制耦合關(guān)鍵技術(shù)”的支持下，聯(lián)合開(kāi)發(fā)了燒結(jié)機(jī)選擇性煙氣循環(huán)技術(shù)(SFGC)，如圖2所示，在燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱選擇、關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)等方面取得原創(chuàng)性突破，在河鋼邯鋼2×360m²+2×400m²燒結(jié)機(jī)上運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)廢氣循環(huán)率20%以上，噸礦外排煙氣量降低15%以上，燒結(jié)礦產(chǎn)量提高4%、固體燃耗降低3%，CO外排總量降低20%以上。熱風(fēng)燒結(jié)，解決了環(huán)境空氣質(zhì)量指標(biāo)CO控制難題，達(dá)到“節(jié)能”和“減排”功能耦合;煙氣減量，突破了超低排放技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的瓶頸，有效耦合匹配后續(xù)末端治理設(shè)施達(dá)到過(guò)程控制及末端治理的目標(biāo)。

煙氣循環(huán)技術(shù)主要特點(diǎn)是將部分燒結(jié)煙氣通過(guò)循環(huán)煙道返回?zé)Y(jié)機(jī)上再次參與燒結(jié)，利用燒結(jié)過(guò)程的高溫使大部分氮氧化物、二噁英裂解掉，并使煙氣中的SO₂富集，降低脫硫煙氣處理量及成本，同時(shí)，吸收利用煙氣中的熱能，降低燒結(jié)能耗。其存在的主要問(wèn)題就是工藝布置比較復(fù)雜，成品燒結(jié)礦中易出現(xiàn)硫富集現(xiàn)象。因此，風(fēng)箱的合理選擇是該技術(shù)的關(guān)鍵。

2.1.2 半干法脫硫耦合中低溫SCR脫硝技術(shù)

燒結(jié)煙氣凈化脫硫主要分為三類(lèi)：濕法、干法與半干法，其中半干法如循環(huán)流化床(CFB)、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法(SDA)等在燒結(jié)煙氣凈化中應(yīng)用逐漸增多，如三鋼、梅鋼、邯鋼、鞍鋼等均使用半干法脫硫。

SCR脫硝技術(shù)是指在催化劑存在的條件下，用NH₃或尿素作為還原劑將NOx還原成N₂。工業(yè)上應(yīng)用最多的是V₂O₅-WO₃/TiO₂催化劑，不僅對(duì)NOx脫除效率較高，還具有脫除二噁英的作用，因此燒結(jié)煙氣使用SCR技術(shù)具有良好的前景。燒結(jié)煙氣SCR脫硝有兩種布置方式：一種是將SCR系統(tǒng)布置在預(yù)除塵之后，脫硫裝置前;另一種是將SCR系統(tǒng)布置在預(yù)除塵和脫硫裝置之后，該種布置方式可在極大程度上防止催化劑機(jī)械磨碎和失活。隨著中國(guó)重點(diǎn)區(qū)域鋼鐵行業(yè)超低排放改造的推進(jìn)，采用第二種布置方式的半干法脫硫耦合中低溫SCR脫硝技術(shù)受到重點(diǎn)關(guān)注。

半干法脫硫+SCR脫硝工藝流程如圖3所示，原煙氣通過(guò)GGH換熱器與脫硝后的凈煙氣換熱并升溫，再與加熱爐燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饣旌仙郎兀缓笈cNH3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。

2016年，寶鋼4號(hào)600m²燒結(jié)機(jī)在原有的兩套CFB脫硫后增設(shè)兩套SCR脫硝裝置，利用高爐煤氣作為熱風(fēng)爐補(bǔ)熱燃料。CFB脫硫后煙氣中SO₂質(zhì)量濃度降至50mg/m³以下，出口粉塵質(zhì)量濃度達(dá)到20mg/m³以下，NOx排放質(zhì)量濃度在200～550mg/m³，二噁英排放毒性當(dāng)量質(zhì)量濃度3.0ngTEQ/m³以下(毒性當(dāng)量：toxic equivalent quantity，TEQ)，設(shè)計(jì)煙囪出口NOx排放質(zhì)量濃度在110mg/m³以下，二噁英毒性當(dāng)量質(zhì)量濃度不大于0.5ngTEQ/m³。自投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行狀況良好且各種污染物排放指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)。

目前半干法脫硫+SCR脫硝技術(shù)已在燒結(jié)機(jī)上得到了成功應(yīng)用，能實(shí)現(xiàn)粉塵、SO₂、NOx排放質(zhì)量濃度分別低于10、35、50mg/m³(標(biāo)準(zhǔn)態(tài))，適用于燒結(jié)機(jī)煙氣量大、溫度和水含量波動(dòng)較大的條件，同時(shí)對(duì)二噁英、SO₃、HCl、HF和重金屬等污染物有一定脫除效果。但該工藝存在脫硫副產(chǎn)物量大的問(wèn)題，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。

2.1.3 活性炭法一體化技術(shù)

活性炭一體化技術(shù)是利用活性炭的吸附和催化性能對(duì)污染物進(jìn)行凈化處理。活性炭法一體化技術(shù)是以活性炭為吸附劑，吸附煙氣中SO₂，吸附飽和后活性炭再通過(guò)加熱解吸出高質(zhì)量濃度SO₂混合氣體可用來(lái)制取98%商品硫酸，脫硫率可達(dá)95%。由于活性炭的催化作用，加入HN₃可將煙氣中的NOx還原成N₂和H₂O。該技術(shù)還可同步脫除二噁英、重金屬、汞及其他有毒物質(zhì)，是一種資源回收型綜合煙氣治理技術(shù)。

活性炭一體化工藝從煙氣和活性炭運(yùn)動(dòng)方式看可分為兩類(lèi)：錯(cuò)流式和逆流式。錯(cuò)流式中活性炭和煙氣分別作垂直運(yùn)動(dòng)和水平運(yùn)動(dòng)，兩者在運(yùn)動(dòng)方向垂直接觸，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用相對(duì)較早，典型有太鋼、日照等。逆流式工藝中活性炭自上而下、煙氣自下而上，兩者逆流相向接觸，在國(guó)內(nèi)河鋼邯鋼將逆流式工藝首次應(yīng)用于燒結(jié)煙氣處理。

寶鋼湛江鋼鐵2臺(tái)新建的550m²燒結(jié)機(jī)同步配套建造2套燒結(jié)煙氣活性炭?jī)艋到y(tǒng)，工藝流程如圖4所示。燒結(jié)煙氣活性炭?jī)艋到y(tǒng)采用分層移動(dòng)床型結(jié)構(gòu)，每個(gè)吸附單元由左右對(duì)稱(chēng)的6個(gè)反應(yīng)室組成，分別為前室、中室和后室，在不同的部位設(shè)有入口格柵、中間多孔板及出口微格柵。吸附塔空塔流速為0.15～0.20m/s。活性炭?jī)艋到y(tǒng)自投運(yùn)以來(lái)，各種污染物排放都優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)。2017年4月經(jīng)該系統(tǒng)處理前煙氣中SO₂質(zhì)量濃度為410～640mg/m³，NOx質(zhì)量濃度為230～370mg/m³，二噁英的毒性當(dāng)量質(zhì)量濃度為0.82～5.40ngTEQ/m³，處理后SO2質(zhì)量濃度為1.2～8.0mg/m³，NOx質(zhì)量濃度為90～140mg/m³，二噁英的毒性當(dāng)量質(zhì)量濃度下降至0.0023～0.008 9ngTEQ/m³，脫硫效率為98.5%～99.7%，脫硝效率為57.6%～69.5%，二噁英脫除率為99.4%～99.9%。

河鋼邯鋼在國(guó)內(nèi)率先選用了逆流式活性炭選擇性催化還原(CSCR)凈化燒結(jié)煙氣工藝，工藝流程如圖5所示。SO2通過(guò)活性炭的吸附-解析，再經(jīng)過(guò)催化氧化制成濃硫酸，實(shí)現(xiàn)了資源回收利用。通過(guò)脫硫段后，在上升的煙氣中進(jìn)行噴氨，進(jìn)入脫硝段后在活性炭的催化作用下NOx轉(zhuǎn)化為N2和水進(jìn)行脫硝。2018年2月邯鋼西區(qū)燒結(jié)機(jī)投運(yùn)了逆流式CSCR工藝，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行和較高的煙氣凈化效率，2018年上半年原始煙氣顆粒物質(zhì)量濃度為50～130mg/m³，SO2質(zhì)量濃度為750～900mg/m³，NOx質(zhì)量濃度為300～400mg/m³，凈化后煙囪NOx排放質(zhì)量濃度低于50mg/m³，SO2排放質(zhì)量濃度低于10mg/m3，固體顆粒物排放質(zhì)量濃度低于15mg/m³。

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、NOx、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)物為高質(zhì)量濃度SO2氣體，可用于制備濃硫酸或其他高附加值的單質(zhì)硫等，具有良好的發(fā)展前景。

2.1.4 臭氧氧化硫硝協(xié)同吸收技術(shù)

燒結(jié)煙氣臭氧氧化脫硝技術(shù)是通過(guò)氧化-吸收雙梯段的功能耦合，利用現(xiàn)有脫硫塔對(duì)高價(jià)NOx和SO2進(jìn)行協(xié)同吸收的高效脫硝技術(shù)。該技術(shù)主要是利用O3的強(qiáng)氧化性將NO氧化為高價(jià)態(tài)NOx(NO2或/和N2O5)，然后在脫硫塔內(nèi)將NOx和SO2同時(shí)吸收轉(zhuǎn)化為硝酸鹽或硫酸鹽，脫硝效率隨O₃/NO物質(zhì)的量之比增加、反應(yīng)溫度優(yōu)化等因素得到強(qiáng)化。煙氣中其他組分如SO₂、CO和HCl等，從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，其與O₃反應(yīng)速率均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于NOx的氧化反應(yīng)速率，因此可實(shí)現(xiàn)O₃的選擇性氧化調(diào)控。

該技術(shù)首先通過(guò)臭氧發(fā)生器，制備強(qiáng)氧化劑O₃，通過(guò)臭氧分布器等設(shè)備噴入脫硫吸收塔前段煙道，O₃進(jìn)入煙道后與煙氣中NO反應(yīng)，通過(guò)定向調(diào)控的手段，將其氧化為高價(jià)NOx(NO₂或/和N2O5)，隨后高價(jià)NOx與SO₂一并進(jìn)入后續(xù)的吸收反應(yīng)塔系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)NOx和SO₂等多污染物的協(xié)同脫除。

目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用臭氧氧化硫硝協(xié)同吸收工藝的燒結(jié)(球團(tuán))煙氣凈化工程有唐鋼中厚板240m²燒結(jié)機(jī)、唐鋼不銹鋼265m²燒結(jié)機(jī)、寶鋼梅鋼180m²燒結(jié)機(jī)、燕山鋼鐵300m²燒結(jié)機(jī)、津西鋼鐵265m2燒結(jié)機(jī)等。

唐鋼中厚板240m²燒結(jié)機(jī)臭氧氧化脫硝示范工程是基于國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題《燒結(jié)煙氣低溫氧化脫硝技術(shù)及示范》所研發(fā)的臭氧氧化硫硝協(xié)同吸收技術(shù)，由中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所和河鋼集團(tuán)有限公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)，工藝流程如圖6所示，通過(guò)“梯級(jí)氧化”的設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)NOx超低排放。該工程煙氣量為130萬(wàn)m³/h，初始NOx質(zhì)量濃度為370mg/m³，脫硝系統(tǒng)啟用后，結(jié)合現(xiàn)有密相干塔半干法脫硫吸收，可實(shí)現(xiàn)煙囪NOx排放質(zhì)量濃度低于50mg/m³，滿(mǎn)足國(guó)家超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求。唐鋼青龍爐料200萬(wàn)t/年球團(tuán)生產(chǎn)線(xiàn)，是河鋼集團(tuán)有限公司承擔(dān)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題《球團(tuán)煙氣多污染物超低排放技術(shù)及示范》的示范建設(shè)點(diǎn)，將采用臭氧氧化+SDA+預(yù)荷電的超低排放技術(shù)路線(xiàn)，并于2019年開(kāi)始建設(shè)。

臭氧氧化硫硝協(xié)同吸收技術(shù)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，占地面積小，該技術(shù)適用于煙氣溫度較低的燒結(jié)機(jī)，在實(shí)現(xiàn)排放指標(biāo)的同時(shí)，可減少投資和運(yùn)行費(fèi)用。通過(guò)臭氧的氧化作用，不易被吸收劑吸收的NO在煙道中被氧化為高價(jià)態(tài)NOx，可與SO₂一起在后續(xù)脫硫塔中同時(shí)被吸收，不需再配置獨(dú)立的脫硝裝置，同時(shí)不存在SO₃無(wú)法脫除的問(wèn)題。

2.2 焦?fàn)t煙氣超低排放技術(shù)

焦?fàn)t煙氣具有低硫(80～300mg/m³⁾、高氮(600～1200mg/m3)的排放特征，同時(shí)含有因煤氣竄漏而產(chǎn)生的H₂S、HCN等非常規(guī)污染物。相對(duì)于150mg/m³⁾的國(guó)家特別排放限值和130mg/m³⁾的河北省超低排放限值，焦?fàn)t煙氣NOx排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)超標(biāo)。因此，NOx的深度治理成為焦?fàn)t煙氣超低排放技術(shù)的關(guān)鍵。

2.2.1 鈉基SDA脫硫耦合低溫SCR脫硝技術(shù)

焦?fàn)t煙氣進(jìn)入SDA脫硫塔，與旋轉(zhuǎn)噴霧器霧化的Na₂CO₃飽和溶液充分接觸，完成SO₂的吸收;脫硫后的煙氣進(jìn)入布袋除塵器，除塵后進(jìn)行低溫SCR脫硝，凈化后的煙氣經(jīng)煙道進(jìn)行外排。該工藝先采用脫硫除塵，有利于改善脫硝反應(yīng)環(huán)境。SDA脫硫同時(shí)可將焦?fàn)t煙氣中的焦油、有機(jī)物等污染物部分去除，提高整個(gè)工藝脫除性能的穩(wěn)定性。焦?fàn)t煙氣脫硫后煙氣溫度低于180℃，需進(jìn)行煙氣再熱達(dá)到低溫SCR脫硝溫度區(qū)間。該工藝系統(tǒng)含有脫硫塔、除塵器、脫硝反應(yīng)器、噴氨系統(tǒng)、熱風(fēng)爐等組成，整套系統(tǒng)無(wú)廢水產(chǎn)生，脫硫副產(chǎn)物可利用，焦?fàn)t煙氣可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。目前，該技術(shù)在寶鋼湛江鋼鐵、山東鐵雄新沙、河鋼邯鋼、鞍鋼、河鋼唐鋼等企業(yè)已獲得廣泛應(yīng)用。

中冶焦耐(大連)工程技術(shù)有限公司在寶鋼湛江鋼鐵煉焦工序建立了世界首臺(tái)套“SDA旋轉(zhuǎn)噴霧脫硫+低溫SCR脫硝除塵”工程，工藝流程如圖7所示。該煉焦工序安裝4×65孔7m的頂裝焦?fàn)t，單座焦?fàn)t煙道廢氣量(180℃)約為26萬(wàn)m³/h，原始煙氣顆粒物約為20mg/m³，采用混合煤氣作為燃料后的SO₂質(zhì)量濃度約為80mg/m³，采用廢氣循環(huán)和分段加熱的燃燒控制技術(shù)后NOx可降至約500mg/m³。凈化后煙氣顆粒物排放質(zhì)量濃度降低至5mg/m³以下，SO₂和NOx的排放質(zhì)量濃度也分別降低至20和120mg/m³以下，低于國(guó)家特別排放限值。

該工藝采取先脫硫的模式可以有效控制后續(xù)脫硝硫酸氫銨的生成，為低溫高效脫硝創(chuàng)造條件;一體化裝置可以集中進(jìn)行除塵、加熱和脫硝，減少管道輸送的熱損耗，模塊化可提高脫硝操作和檢修的靈活性;采用低溫脫硝催化劑可使脫硫后的煙氣僅需小幅加熱即可進(jìn)行高效率脫硝。存在主要問(wèn)題是旋轉(zhuǎn)噴霧器成本較高，且進(jìn)脫硝反應(yīng)器的煙氣溫度較低，對(duì)脫硝催化劑的性能提出了更高的要求。

2.2.2 活性炭法一體化技術(shù)

該工藝采用活性炭能同時(shí)脫除焦?fàn)t煙氣中SO₂、NOx。焦?fàn)t煙氣先進(jìn)入預(yù)熱鍋爐回收熱量，再冷卻降溫，然后進(jìn)入活性炭吸附裝置。吸附塔分為兩級(jí)，第一級(jí)先脫硫，焦?fàn)t煙氣中SO₂首先被吸附在活性炭表面，隨后在煙氣中O₂和水蒸氣存在的條件下，發(fā)生催化氧化反應(yīng)。第二級(jí)脫硝，噴入NH3作為脫硝還原劑進(jìn)行脫硝處理，反應(yīng)生成N2和H₂O，實(shí)現(xiàn)NOx的脫除。在脫硫脫硝的同時(shí)，協(xié)同脫除H₂S、HCN等污染物。活性炭經(jīng)過(guò)再生塔再生，可循環(huán)利用。凈化后的煙氣經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙囪外排。

依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題《焦?fàn)t煙氣多污染物協(xié)同控制技術(shù)及示范》，中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所、中冶焦耐(大連)工程技術(shù)有限公司、河鋼集團(tuán)有限公司等單位聯(lián)合開(kāi)發(fā)了活性炭法一體化技術(shù)，工藝流程如圖8所示。在該工藝中，兩段式吸附塔可以避免硫酸銨晶體影響脫硝效率的問(wèn)題，同時(shí)結(jié)合焦?fàn)t煙氣SO₂初始質(zhì)量濃度較低的特點(diǎn)，首次提出將再生得到的SO₂輸送至化產(chǎn)車(chē)間用于生產(chǎn)硫酸銨化學(xué)品，物理?yè)p耗的活性炭粉用于污水處理。

該工藝目前在唐鋼美錦焦炭廠分別建立了3000m³/h的小試平臺(tái)和30000m³/h的中試平臺(tái)。根據(jù)小試結(jié)果，可實(shí)現(xiàn)脫硝效率80%，煙氣出口SO₂質(zhì)量濃度低于15mg/m³，NOx質(zhì)量濃度低于150mg/m³。2019年，該技術(shù)將在唐鋼美錦150萬(wàn)t/年焦?fàn)t上建立全煙氣示范工程。

活性炭法具有系統(tǒng)占地面積小，所用物資均可市場(chǎng)采購(gòu)，特別是該系統(tǒng)充分利用了焦化系統(tǒng)的各項(xiàng)資源，沒(méi)有新的污染物產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)。但該工藝存在大規(guī)模改造應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性較差問(wèn)題。

2.3 高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的硫硝源頭減排技術(shù)

噸球團(tuán)礦的SO₂和NOx排放量?jī)H為燒結(jié)礦的約1/2和1/3，提高高爐入爐原料中球團(tuán)礦比例，有利于實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)硫硝源頭減排。目前，國(guó)內(nèi)外鋼鐵企業(yè)高爐冶煉球團(tuán)礦比例如圖9所示。歐美國(guó)家的高爐球團(tuán)礦比例普遍在90%以上，瑞典SSAB廠為100%全球團(tuán)冶煉，墨西哥Monclova廠為93%，美國(guó)Ashland廠為90%。亞洲國(guó)家高爐球團(tuán)礦占比普遍較低：韓國(guó)浦項(xiàng)光陽(yáng)廠為12%，日本新日鐵為10%，中國(guó)河鋼集團(tuán)平均為10%，主要是因?yàn)榍驁F(tuán)礦的堿度較低(堿度為0.1～0.2)。

制備球團(tuán)的原料中，含有較多的堿性物，如CaO、MgO等，這些堿性物質(zhì)將與球團(tuán)過(guò)程中的酸性成分SO₂和NOx等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將SO₂和NOx削減在球團(tuán)制備過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)源頭抑制SO₂和NOx的目的;另外，高爐內(nèi)部也由于原料中含有一定的堿物質(zhì)，對(duì)高爐內(nèi)部產(chǎn)生的SO₂和NOx酸性物質(zhì)有很好的抑制效果。為保證高爐冶煉造渣的要求(堿度1.05～1.20)，熔劑性(堿度0.8～1.0)球團(tuán)的生產(chǎn)和高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化是提高高爐球團(tuán)比例的關(guān)鍵技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)整個(gè)鋼鐵行業(yè)硫硝源頭減排的重要途徑。

河鋼集團(tuán)有限公司承擔(dān)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題《基于高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的硫硝減排技術(shù)及示范》，開(kāi)發(fā)了熔劑性球團(tuán)生產(chǎn)和高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)，并在唐鋼不銹鋼550m³高爐建立示范工程，實(shí)現(xiàn)60%以上球團(tuán)比例高爐冶煉的穩(wěn)定運(yùn)行。

通過(guò)高爐爐料優(yōu)化增加球團(tuán)礦用量，不僅可以從源頭和過(guò)程降低鋼鐵行業(yè)NOx和SO₂的排放，減輕末端治理壓力;還可降低高爐入爐焦比，提高煤氣利用率，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

2.4 轉(zhuǎn)爐二次煙氣預(yù)荷電袋濾器除塵技術(shù)

轉(zhuǎn)爐煙氣分為一次煙氣和二次煙氣，其中一次煙氣含有大量的CO，可通過(guò)濕法除塵、半干法除塵、干法除塵等除塵方式凈化后回收成轉(zhuǎn)爐煤氣，整個(gè)系統(tǒng)外排污染物較少。二次轉(zhuǎn)爐二次煙氣主要污染物是煙粉塵，包括轉(zhuǎn)爐吹氧過(guò)程中一次除塵外逸煙塵，同時(shí)在兌鐵水和出鋼水過(guò)程中劇烈高溫反應(yīng)產(chǎn)生的顆粒物粉塵，具有煙氣溫度高、瞬間煙氣量大、顆粒物粒徑小等特征。二次煙氣初始顆粒物質(zhì)量濃度為3～5g/m³，主要成分為鐵氧化物，占40%～60%。

針對(duì)轉(zhuǎn)爐二次煙氣的排放特征，中鋼集團(tuán)天澄環(huán)保科技股份有限公司開(kāi)發(fā)了預(yù)荷電袋濾器除塵技術(shù)，將預(yù)荷電和直通式袋式除塵器復(fù)合形成一體化裝置，如圖10所示。粉塵預(yù)荷電后在濾袋表面將形成海綿狀粉餅結(jié)構(gòu)，能提高凈化效率，同時(shí)降低運(yùn)行阻力。中鋼天澄在鞍鋼煉鋼總廠2×180t轉(zhuǎn)爐二次煙氣凈化項(xiàng)目中建成示范工程，處理風(fēng)量2×60萬(wàn)m³/h。2014年12月正式投運(yùn)，截止目前持續(xù)穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，顆粒物排放質(zhì)量濃度低于10mg/m³，技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到超低排放，運(yùn)行阻力為700～1 000Pa，低于傳統(tǒng)袋式除塵器。目前，在日照鋼鐵、新余鋼鐵、正大特鋼、唐鋼青龍、柳鋼等得到推廣應(yīng)用。

預(yù)荷電袋過(guò)濾技術(shù)可有效去除煙氣中PM2.5細(xì)顆粒物，排放質(zhì)量濃度小于10mg/m³，可實(shí)現(xiàn)超低排放，是技術(shù)發(fā)展方向，適用于新建環(huán)保項(xiàng)目和環(huán)保提標(biāo)改造;粉塵預(yù)荷電后袋式除塵器運(yùn)行阻力為700～950Pa，比傳統(tǒng)袋式除塵器阻力下降40%以上，節(jié)能顯著;且預(yù)荷電裝置體積小、造價(jià)低、安裝方便、便于實(shí)施，應(yīng)用前景廣闊。

3 結(jié)語(yǔ)

從目前全國(guó)鋼鐵企業(yè)超低排放開(kāi)展情況來(lái)看，取得了較好的治理效果，但在鋼鐵行業(yè)統(tǒng)籌規(guī)劃、污染物計(jì)量合理性、非常規(guī)污染物管控、碳排放重視程度等方面仍存在一定問(wèn)題。因此，對(duì)于下一步推動(dòng)全國(guó)范圍內(nèi)的鋼鐵行業(yè)超低排放改造乃至鋼鐵行業(yè)的環(huán)保發(fā)展，提出如下建議：

(1)生產(chǎn)技術(shù)綠色化。積極研發(fā)全氫冶煉技術(shù)、高爐高比例球團(tuán)(全球團(tuán))冶煉等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)多污染物的大幅減排。

(2)污染計(jì)量合理化。適當(dāng)允許不同生產(chǎn)工序之間污染物等量或減量置換，污染物計(jì)量由“單工序獨(dú)立計(jì)量”向“全流程總量折算”過(guò)渡，形成噸鋼或噸鐵污染物排放的計(jì)算方式。

 

 

來(lái)源：《鋼鐵》  作者：于勇 朱廷鈺 劉霄龍

山東新澤儀器有限公司生產(chǎn)的煙氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集采用PLC，包括模擬信號(hào)采集和狀態(tài)信號(hào)收集。在工控機(jī)內(nèi)，根據(jù)溫度、壓力和流速等參數(shù)，將煙氣濃度換算成標(biāo)態(tài)，并計(jì)算出各煙氣污染物的總排放量，生成符合客戶(hù)要求的報(bào)表，并和環(huán)保局實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)；lm