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燒結(jié)煙氣污染物治理技術(shù)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)鋼鐵需求量的日益增加,，鋼鐵工業(yè)已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè),。據(jù)中鋼協(xié)統(tǒng)計(jì)，2014年我國(guó)粗鋼產(chǎn)量達(dá)8.2億t,，同比增長(zhǎng)0.9%,，占粗鋼產(chǎn)量的49.3%。隨著產(chǎn)量的不斷攀升,，鋼鐵企業(yè)的大氣污染問題日益嚴(yán)重,。鋼鐵行業(yè)排放的大氣污染物主要包括顆粒物,、SO2、NOx,、重金屬元素和二惡英等,。據(jù)環(huán)保部統(tǒng)計(jì)分析，2014年鋼鐵行業(yè)的顆粒物,、SO2和NOx排放量分別為101.5萬t,，180.7萬t，6.6萬t,，分別約占工業(yè)源總排放量的10.4%,、4%和7%。
燒結(jié)作為鋼鐵生產(chǎn)過程中污染zui嚴(yán)重的工藝環(huán)節(jié)之一,，其煙氣中的顆粒物,、SO2、NOx和二惡英排放量分別約占鋼鐵生產(chǎn)總排放量的20%,、60%,、50%和90%,，燒結(jié)煙氣的治理已成為鋼鐵企業(yè)環(huán)保達(dá)標(biāo)的重中之重,。
燒結(jié)煙氣污染物治理技術(shù)
燒結(jié)過程的特點(diǎn)是煙氣量大，污染物種類多,，且含量波動(dòng)大,，煙氣溫度低。目前燒結(jié)機(jī)頭煙氣污染物的治理措施主要分為3個(gè)方向：源頭減排,、過程控制和末端治理,。下面小編為您逐個(gè)進(jìn)行分析：
源頭減排
源頭減排是通過對(duì)燒結(jié)原料成分的控制，來減少燒結(jié)后煙氣中污染物的含量,。燒結(jié)煙氣中的SO2,、NOx主要來自于燒結(jié)原料中的S、N,；粉塵顆粒主要以鐵及其化合物顆粒為主,，還有硅、鈣等鐵礦伴生成分以及不*燃燒物質(zhì)等,；重金屬如鉛,、砷、鎘,、鉻,、汞等，也主要來自于燒結(jié)礦,。
可以看出,，燒結(jié)煙氣中的污染物基本均來自于燒結(jié)原料,。同時(shí)，一些燒結(jié)工藝主要參數(shù),，如混合料的含水量,、燃料配比、料層厚度,、生石灰配比等,，對(duì)煙氣中SO2、NOx排放也有重要影響,。因此,，源頭減排主要是在保證燒結(jié)礦性能不受影響的前提下，改變燒結(jié)原料的成分配比或添加不同的成分,，調(diào)整優(yōu)化燒結(jié)工藝參數(shù),，從源頭上減少煙氣中多種污染物的排放濃度，降低末端處理設(shè)備的凈化壓力,。
過程控制
過程控制是在燒結(jié)生產(chǎn)過程中進(jìn)行污染物減排,，主要方法是采用煙氣循環(huán)技術(shù)。利用燒結(jié)過程的特點(diǎn),，使部分廢氣中的有害成分進(jìn)入燒結(jié)層中被熱分解或轉(zhuǎn)化,，消除部分二惡英和NOx,，抑制NOx的生成,；粉塵和SO2也會(huì)被燒結(jié)層捕獲,，從而減少粉塵,、SO2的排放量,；煙氣中的CO可作為燃料使用,，降低固體燃耗,。
因此該類技術(shù)在去除循環(huán)煙氣中的多種污染物,，顯著減少煙氣和污染物的排放總量的同時(shí),，能夠回收循環(huán)煙氣中的余熱,，節(jié)省能量消耗。目前煙氣循環(huán)技術(shù)主要包括能量?jī)?yōu)化燒結(jié)技術(shù)（EOS）,、環(huán)境型優(yōu)化燒結(jié)（EPOSINT）,、低排放能量?jī)?yōu)化燒結(jié)工藝（LEEP）、區(qū)域性廢氣循環(huán)技術(shù),，但由于設(shè)備改造復(fù)雜,，國(guó)內(nèi)成功實(shí)施的案例較少。
末端治理
末端治理則是采用專門的凈化設(shè)備來脫除燒結(jié)機(jī)頭煙氣中的各種污染物,，如電除塵器,、脫硫塔、布袋除塵器等,，多為單一的污染物脫除設(shè)備,。將各單元協(xié)同配套使用,，是燒結(jié)煙氣處理*的手段。目前,，各設(shè)備均有較好的工程效績(jī),，但在越來越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)背景下，必須通過設(shè)備的改造調(diào)整,，或者更換更高脫除效率的凈化設(shè)備來滿足排放要求,。同時(shí)，凈化設(shè)備產(chǎn)生的廢棄物難以利用,，不當(dāng)處置也會(huì)造成后續(xù)的環(huán)境問題,，引起二次污染。
01顆粒物
脫硫設(shè)施對(duì)入口煙氣的粉塵濃度有較嚴(yán)格的要求,，所以煙氣一次除塵至關(guān)重要,。國(guó)內(nèi)大部分燒結(jié)廠采用三電場(chǎng)、四電場(chǎng)的ESP,，基本滿足脫硫入口煙氣粉塵含量40~80mg/m3的要求,。煙氣二次除塵技術(shù)則根據(jù)脫硫工藝的不同去選擇，干法,、半干法脫硫采用布袋除塵,，濕法脫硫采用除霧器或濕法電除塵器對(duì)煙粉塵進(jìn)行控制。
雖然電除塵器和布袋除塵器可以達(dá)到較好的除塵效果,，但難度在于去除煙氣中細(xì)顆粒物,，研究發(fā)現(xiàn)燒結(jié)機(jī)頭電除塵器前后的煙氣中，PM2.5和PM10占煙粉塵總量的比重變化明顯,，PM10由51.23%變?yōu)?3.13%，PM2.5由43.73%變?yōu)?5%,，說明經(jīng)除塵后的煙粉塵主要為PM10,，以及粒徑更小的PM2.5，因此對(duì)煙氣中細(xì)顆粒物的去除,，是今后研究的主要方向,。
02二氧化硫
目前燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)以濕法和半干法技術(shù)為主，技術(shù)比較成熟,，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化程度高,。據(jù)中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)燒結(jié)機(jī)脫硫統(tǒng)計(jì)，截止至2012年,，國(guó)內(nèi)脫硫設(shè)備共287套,，其中濕法209套，占總數(shù)的72.82%,，以石灰（石）-石膏法為主,；半干法76套,，占總數(shù)的26.48%，主要為循環(huán)流化床法和旋轉(zhuǎn)噴霧法,；干法2套,，占總數(shù)的0.7%，為活性炭/焦法,。
濕法脫硫技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是:吸收劑利用率較高,，脫硫效率在95%以上，對(duì)煙氣適用范圍寬,，副產(chǎn)物脫硫石膏成分相對(duì)穩(wěn)定,，二次污染小。其缺點(diǎn)是：工藝廢水中Cl_濃度高,，對(duì)設(shè)備有一定腐蝕,；石灰漿液噴嘴易發(fā)生堵塞情況；除霧器易結(jié)垢堵塞,，影響尾氣處理,，形成石膏雨，對(duì)周邊環(huán)境造成污染,。
半干法脫硫技術(shù)應(yīng)用較多的有旋轉(zhuǎn)噴霧半干法,、循環(huán)流化床法、MEROS等,。半干法脫硫技術(shù)脫硫效率一般為85%~95%,，且具有同時(shí)脫除強(qiáng)酸、重金屬和二惡英的潛力,，系統(tǒng)不存在腐蝕問題,，適合處理煙氣溫度較高、SO2濃度較低的煙氣,，基本無廢水排放,，尾氣較輕，但副產(chǎn)物是以CaSO3為主的灰渣,，易分解應(yīng)用價(jià)值有限,。
干法，即活性炭/焦法,，主要應(yīng)用于太鋼和寶鋼湛江鋼鐵,。優(yōu)點(diǎn)是吸附的SO2氣體可加工成硫酸，具有較高價(jià)值,，且無二次污染,。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)脫硝、脫二惡英、吸附粉塵及重金屬等效果,。但入塔煙氣SO2濃度不能超過2400mg/m3,，以避免因吸附熱過高而發(fā)生爆炸。解析后產(chǎn)生的酸為混合酸,，要求設(shè)備防腐性能高,，而且投資及運(yùn)行費(fèi)用高。
03氮氧化物
NOx脫除工藝主要分為2種,，*種是在脫硫工藝后設(shè)置單獨(dú)的脫硝設(shè)備,，一般為中溫SCR工藝或低溫SCR工藝。中溫SCR工藝是通過換熱和燃燒器將煙溫加熱到300℃以上,，將氨或尿素等噴入煙氣中與NOx反應(yīng),，生成N2后再進(jìn)行排放，脫硝效率可達(dá)80%,，但在進(jìn)入脫硝設(shè)施前,，燒結(jié)煙氣溫度僅有80~180℃，加熱耗能巨大,，且SCR技術(shù)本身投資大,，因此經(jīng)濟(jì)適用性較差。目前,，應(yīng)用SCR技術(shù)的燒結(jié)廠有日本Kawasaki鋼鐵公司Chiba廠,，Kokan公司的Keihin廠，中國(guó)臺(tái)灣中鋼3,、4號(hào)燒結(jié)機(jī),。
低溫SCR工藝的溫度窗口在120~300℃，無需加熱煙氣,，可節(jié)約大量能源,，一般布置在除塵和脫硫設(shè)備之后，以減輕堿金屬元素和SO2對(duì)催化劑的影響,，但在低溫下,，SO2與H2O、NH3易形成黏稠的銨鹽,，附著在催化劑表面，使催化劑中毒失活,，因此,，需對(duì)入口煙氣的粉塵和SO2濃度進(jìn)行嚴(yán)格控制。目前,，低溫SCR催化劑分為釩鈦體系和非釩系（錳基系為主）兩種,，國(guó)內(nèi)燒結(jié)機(jī)應(yīng)用工程案例較少。
第2種是在脫硫工藝中聯(lián)合脫除NOx,。在活性炭/活性焦法中,，由于活性炭/焦炭的催化作用,，NOx與注入其中的液態(tài)氨發(fā)生反應(yīng)，分解成氮和水分,，NOx脫除效率可達(dá)50%,。
中冶節(jié)能環(huán)保有限責(zé)任公司開發(fā)的低溫?zé)煔庋h(huán)流化床同時(shí)脫硫脫硝除塵技術(shù)，在傳統(tǒng)的循環(huán)流化床半干法脫硫工藝基礎(chǔ)上,，利用低溫選擇性催化氧化原理,，通過使用催化劑以及合理控制工藝步驟和運(yùn)行參數(shù)，先將NO催化氧化為NO2后,，再與SO2一起被吸收劑Ca(OH)2或CaO吸收,，實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫硫脫硝的目標(biāo)，同采用傳統(tǒng)半干法煙氣脫硫技術(shù)相比,，其脫硫效果明顯提高,，在實(shí)現(xiàn)脫硫的同時(shí)，也可以脫除煙氣中的NO,，脫硝效率超過80%,，使得在常規(guī)的煙氣二氧化硫濃度和氮氧化物濃度范圍內(nèi)，硫氧化物和氮氧化物排放滿足國(guó)家環(huán)保要求,，大大節(jié)省了設(shè)備投資,，降低了煙氣污染物排放的控制成本。
04二惡英
目前燒結(jié)煙氣中二惡英控制主要方法為活性炭法,，活性炭對(duì)二惡英有強(qiáng)吸附作用,，被吸附的二惡英，在脫吸塔中無氧,、400℃的條件下,，分解為CO2、H2O,、HCl,。太鋼的活性炭工藝可以達(dá)到PCDD/Fs濃度0.15ng-TEQ/m3的煙氣排放能力。
其他工藝是在布袋除塵器前加噴碳裝置,，活性炭在煙道里吸附二惡英,，并在布袋除塵器被攔截脫除，吸附了二惡英的活性炭可添加到燒結(jié)料中,，該工藝國(guó)內(nèi)報(bào)道較少,，脫除效果有待研究。
結(jié)語
燒結(jié)機(jī)頭煙氣的煙粉塵控制在現(xiàn)有的工藝條件下可以滿足新排放標(biāo)準(zhǔn),，并有一定提升空間,。SO2的控制工藝較成熟，從目前的運(yùn)行狀況來看，以石灰（石）-石膏法為代表的濕法具有更高的脫硫效率,，脫硫副產(chǎn)物也可以進(jìn)行綜合利用,，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于NOx的脫除工藝,，低溫SCR和低溫選擇性催化氧化是未來主要的發(fā)展方向,。
低溫SCR工藝的研究難點(diǎn)在于催化劑要滿足更低的溫度要求，適應(yīng)更復(fù)雜煙氣工況條件下的煙氣特性,，但由于該工藝將有價(jià)值的氨氣作為反應(yīng)原料,，并轉(zhuǎn)化為無用的氮?dú)馀懦觯瑢?dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用昂貴,。低溫選擇性催化氧化工藝投資成本低,，運(yùn)行費(fèi)用少，并生成有經(jīng)濟(jì)效益的副產(chǎn)品,，具有能夠同時(shí)脫硫脫氮,，減少凈化流程，將是價(jià)值的煙氣NOx凈化技術(shù),。二惡英的脫除尚無成熟工藝,，源頭抑制技術(shù)有待進(jìn)一步研究。
隨著越來越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施,，選擇技術(shù)可行,、經(jīng)濟(jì)合理、符合清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排要求的燒結(jié)煙氣多污染協(xié)同控制技術(shù)是未來的發(fā)展方向,。為實(shí)現(xiàn)對(duì)多種污染物的排放控制,，可以采用具有多污染物脫除效果的單項(xiàng)技術(shù)等。如活性炭/焦法,、低溫?zé)煔庋h(huán)流化床同時(shí)脫硫脫硝除塵技術(shù),，一體化設(shè)備能夠有效降低環(huán)境污染的治理成本；還可采用多項(xiàng)技術(shù)組合,，如濕法脫硫+低溫SCR,，但需要注意各工藝間的協(xié)同和優(yōu)化，建造費(fèi)用及占地情況,。