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濕電咨詢服務(wù)： 陶經(jīng)理18332815001 張經(jīng)理18633235200
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，2015年鋼鐵冶煉企業(yè)的SO2、NOx排放量分別為136.7萬t、55.1萬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)。
1.前言
我國在大氣污染物治理方面已取得一定成績，但空氣質(zhì)量仍不樂觀，大氣污染治理任重而道遠(yuǎn)。火電行業(yè)是SO2、NOx的主要貢獻(xiàn)者，2015年12月2日，國務(wù)院常務(wù)會議決定，在2020年前，對燃煤機(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)》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、50mg/m3)。
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，2015年鋼鐵冶煉企業(yè)的SO2、NOx排放量分別為136.7萬t、55.1萬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*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、300mg/m3，特別排限值執(zhí)行40、180和300mg/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300mg/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，類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)計燒結(jié)煙氣粉塵、SO2、NOx超低排放濃度限值為10、35、50mg/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:濕法、干法與半干法，應(yīng)用較為廣泛的為濕法脫硫;粉塵的處理主要采用電除塵和布袋除塵兩種形式，目前采用較多的是濕式靜電除塵器;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、不會引入其他物質(zhì)、不會造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)，可將煙氣中的低價態(tài)化合物氧化為高價態(tài)化合物，然后利用裝置尾部的CaCO3/NaOH兩級堿液達(dá)到脫硫脫硝的目的。研究發(fā)現(xiàn)，煙氣中SO2的存在不會對O3氧化NO產(chǎn)生太大影響。因此，O3對NO有一定的選擇性強(qiáng)制氧化作用，可以避免強(qiáng)氧化劑O3的浪費(fèi)，但仍需關(guān)注燒結(jié)煙氣中高濃度CO對O3脫硝的影響。目前由于O3設(shè)備造價、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)
目前國家對燒結(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*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*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)過半干法處理的燒結(jié)煙氣排放溫度約為110℃。半干法脫硫除塵后的煙氣通入脫硝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)Nox的脫除。此種煙氣聯(lián)合治理工藝在中國臺灣中鋼、韓國POSCO光陽廠、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。可見，原煙氣通過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NH3在混合器的擾動下得以充分混合，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、50mg/Nm3，但該工藝存在脫硫副產(chǎn)物量大，尚無公認(rèn)的*佳應(yīng)用途徑或資源回收價值，需作為廢物進(jìn)行處理，V/Ti催化劑也存在處理問題。
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ox濃度影響不大，煙氣經(jīng)過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)能耗過高及腐蝕、堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重，對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。
對于末端煙氣控制方法，無論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)*低反應(yīng)需要的溫度為280℃，若反應(yīng)溫度過低，催化劑的活性會因?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)猓愿郀t煤氣為例，按0.165元/Nm3計算，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)饬浚瑫r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)工藝簡單，占地面積小，是一種可同時去除粉塵、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)物為高濃度SO2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，SO2、Nox、粉塵、二噁英、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輸送系統(tǒng)送往解析塔，在430℃氮?dú)鈿夥障聦钚蕴窟M(jìn)行加熱解析，產(chǎn)生富含SO2氣體，同時可以分解約70%的二噁英，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、瞬時型和燃料型。燒結(jié)過程中熱力型和瞬時型Nox的生成量很少，主要為燃料型Nox[5]，來源于燃料燃燒，其排放量與燃料性質(zhì)和燃燒條件密切相關(guān)。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%無煙煤+50%活性焦，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、26.5kg無煙煤，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42元/t燒結(jié)礦，僅增加1.5元/t燒結(jié)礦，遠(yuǎn)低于新增脫硝設(shè)備所帶來的運(yùn)行費(fèi)用。因此，燒結(jié)固體燃料可考慮采用全焦粉，如使用無煙煤，盡可能選擇揮發(fā)N低的無煙煤。同時應(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*低為280℃，若采用“脫硫+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題，國內(nèi)多家單位進(jìn)行了低溫SCR催化劑的研發(fā)工作，目前已成功開發(fā)出低溫催化劑，適應(yīng)溫度為130～260℃，但對進(jìn)入SCR反應(yīng)器的煙氣組分要求比較苛刻，如SO2濃度低于10ppm，水分含量低等特點(diǎn)。對于“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，也會影響低溫催化劑的效果。對于“脫硝+脫硫”工藝，需考慮脫硝加入的NH3會與煙氣中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，國內(nèi)外根據(jù)工程實(shí)踐，對活性炭脫硫、脫硝等能力進(jìn)行了大量研究，并對活性炭表面和負(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)種類以增強(qiáng)其功效。總之，對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。
4.總結(jié)
燒結(jié)煙氣凈化采用的脫硫技術(shù)中濕法所占比例極高，2012年國家頒布的《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對Nox排放有明確限制，部分地方標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格。對已實(shí)施濕法脫硫設(shè)備的燒結(jié)機(jī)如何進(jìn)行升級改造實(shí)現(xiàn)目前的環(huán)保要求是國內(nèi)燒結(jié)煙氣凈化技術(shù)面臨的一大難題，其中也蘊(yùn)藏著巨大的市場商機(jī)。Nox源頭控制是一種*佳的控制方法，采取此方法，燒結(jié)煙氣排放基本能滿足國家標(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)。如果現(xiàn)有濕法脫硫設(shè)施難以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，建議考慮直接采用活性炭煙氣凈化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)煙氣的多污染物協(xié)同治理;如果現(xiàn)有濕法脫硫設(shè)施還能滿足脫硫要求，在燃?xì)獬渥愕那疤嵯拢煽紤]SCR脫硝;對于改造項(xiàng)目，建議綜合煙氣循環(huán)和專用脫硝煙道技術(shù)，降低煙氣凈化系統(tǒng)投資及運(yùn)行成本。
來源:工程技術(shù)
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