燒結(jié)煙氣是鋼鐵企業(yè)大氣污染物排放的主要來源，主要包含二氧化硫、氮氧化物、顆粒物、二英、重金屬(鉛、砷、鎘、鉻、汞等)、氟化物和揮發(fā)性有機物(VOCs)等多種污染物，其中前五種污染物對環(huán)境的影響最為突出，尤其是二氧化硫和氮氧化物，二者是霧霾主要成分PM2.5形成的重要前體物。《鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB28662-2012)等一系列鋼鐵行業(yè)新排放標準從2012年10月1日正式實施，并于2015年1月1日起實行最新的排放標準。
與此前標準相比，污染物排放濃度限值均大幅收嚴，同時新增了二惡多污染物協(xié)同控制英等污染物的排放限值。據(jù)《中國鋼鐵工業(yè)環(huán)境保護統(tǒng)計2014》會員單位上報信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計，二氧化硫、氮氧化物和煙粉塵排放量分別為663005.89t、578269.12t和509687.19t，導(dǎo)致燒結(jié)生產(chǎn)中二惡英生成量增加。因此，在新的環(huán)保要求下，燒結(jié)煙氣污染物的控制已經(jīng)不再是簡單的除塵脫硫，而是需要在單一污染物的治理基礎(chǔ)上，考慮多污染物的協(xié)同控制，從而實現(xiàn)所有污染因子達標排放。那么，開發(fā)新型高效的污染物凈化脫除技術(shù)就成為現(xiàn)階段亟需解決的問題。
一、鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣多污染物排放特征
1.二氧化硫
燒結(jié)煙氣中的二氧化硫主要來源于鐵礦石和煤粉等固體燃料，其中的硫化物與有機硫被氧化為二氧化硫釋放，產(chǎn)生量為0.8~2kg/t，排放濃度一般在300~10000mg/m3。
因鐵礦石和原煤品位差異，國內(nèi)鋼企燒結(jié)煙氣中二氧化硫的排放濃度為200~6000mg/m3，因此在選擇脫硫工藝時要做到因地制宜。
2.氮氧化物
燒結(jié)過程中產(chǎn)生的氮氧化物80%~90%來源于燃料中的氮，且90%以上為一氧化氮，5%~10%為二氧化氮以及微量一氧化二氮，產(chǎn)生量為0.4~0.7kg/t，排放濃度一般為200~350mg/m3。燃料品質(zhì)差異導(dǎo)致燒結(jié)煙氣中氮氧化物排放濃度介于100~600mg/m3之間，個別無法滿足排放限值的企業(yè)面臨增加脫硝裝置來實現(xiàn)達標排放的問題。
3.粉塵
燒結(jié)生產(chǎn)粉塵來源于燒結(jié)原燃料，燃燒使抽風(fēng)煙道排出大量的含塵廢氣。該工序粉塵產(chǎn)生量為20~40kg/t(以燒結(jié)礦計)，排放濃度一般為1000~5000mg/m3，成分較復(fù)雜，主要包括鐵的氧化物、堿金屬、二氧化硅、二氧化鈦和二噁英等。目前，經(jīng)過脫硫后布袋除塵器或濕式電除塵器的粉塵排放濃度均在40mg/m3以下，滿足排放要求。
4.二噁英
燒結(jié)工序中的二噁英主要來自于燒結(jié)料層中，焦粉、煤等含碳成分和含鐵原料中的含氯載體，以銅、鐵催化在氧化氣氛中于250℃~450℃條件下，在干燥預(yù)熱帶形成二噁英。此過程中，二噁英同類物以多氯代二苯并呋喃(Polychlorinateddibenzofurans，PCDFs)為主，大部分燒結(jié)機二噁英排放濃度均≤1ng-TEQ/m3，但也存在處于1~5ng-TEQ/m3范圍內(nèi)的燒結(jié)機，若想滿足0.5ng-TEQ/m3排放限值，也需在未來調(diào)配原料品位或增設(shè)相應(yīng)二噁英處理設(shè)施予以應(yīng)對。
二、燒結(jié)煙氣多污染物協(xié)同控制技術(shù)
截至“十二五”末，絕大部分鋼企燒結(jié)機都安裝了燒結(jié)煙氣脫硫裝置，但氮氧化物、汞和二英的治理工作則剛剛起步，鮮有工程化案例。就燒結(jié)煙氣脫硫而言，目前主要采用石灰(石)-石膏法、循環(huán)流化床法等成熟脫硫技術(shù);對于燒結(jié)煙氣脫硝，目前還沒有匹配的控制技術(shù)，參照火電、水泥等行業(yè)煙氣氮氧化物控制經(jīng)驗，一般采用選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)等脫硝技術(shù)，但燒結(jié)煙氣溫度較低，通常在180℃以下，難以達到傳統(tǒng)脫硝催化劑反應(yīng)的溫度，依靠GGH換熱無疑大大增加了系統(tǒng)能耗，且冶金行業(yè)不同于電力行業(yè)，未有脫硫或脫硝電價補貼，因此大大增加了運行成本。
1.半干法(濕法)脫硫除塵+活性炭+SCR(低溫SCR)協(xié)同凈化
半干法(濕法)脫硫+SCR脫硝工藝成功應(yīng)用于電力行業(yè)，脫硫效率≥95%，脫硝效率為70%~85%。該組合工藝技術(shù)成熟，污染物脫除效率高，適用性強，可滿足最新的排放標準，尤其適用于目前我國已建成燒結(jié)脫硫的實際情況，業(yè)主只需增設(shè)脫硝部分即可實現(xiàn)聯(lián)合脫除，無需推倒重來。但主要問題是，目前商業(yè)催化劑催化活性溫度窗口為280℃~400℃，而半干法脫硫出口溫度為100℃~140℃，濕法脫硫出口溫度更低，因此若想移植此工藝至燒結(jié)脫硝應(yīng)用，將煙氣加熱至催化劑活性溫度窗口，勢必會大大增加能耗，且復(fù)雜的燒結(jié)煙氣成分對催化劑的使用壽命和維護成本都會構(gòu)成較大影響。而目前仍處于實驗室或中試規(guī)模的Mn基、Cu基等低溫SCR脫硝催化劑的抗中毒性能還有待檢驗?；钚蕴客ㄟ^吸附Hg0來實現(xiàn)對汞的脫除，但吸附效率相對較低。二噁英在高效除塵過程中可實現(xiàn)部分脫除，并通過后續(xù)的吸附或者催化分解可進一步去除。目前，由浙大能源工程學(xué)院研制的CDS-FGD+SCR協(xié)同技術(shù)已通過中試試驗，獲得了良好效果。
2.活性焦(炭)移動床協(xié)同凈化
活性焦(炭)協(xié)同凈化以物理-化學(xué)吸附和催化反應(yīng)原理為基礎(chǔ)，能實現(xiàn)一體化脫硫、脫硝、脫二噁英、脫重金屬及除塵的煙氣集成深度凈化，解析二氧化硫制硫酸，而氮氧化物則在還原劑氨的氣氛下，經(jīng)由催化作用生成了無害的氮氣和水，整個反應(yīng)過程無廢水、廢渣排放，無二次污染，是適應(yīng)燒結(jié)煙氣脫硫和集成凈化的先進環(huán)保技術(shù)。從日本住友在太鋼450m2燒結(jié)機上興建的國內(nèi)首套全進口活性焦協(xié)同凈化項目，到由上?？肆?、中冶北方于江蘇永鋼2號450m2燒結(jié)機建成的首套自主知識產(chǎn)權(quán)的活性焦一體化脫除技術(shù)，表明我國已在此領(lǐng)域有了較大突破，投資和運行成本均有較大幅度的降低，理論上可實現(xiàn)90%以上的脫硫效率與50%以上的脫硝效率，雖然仍存在較多實際問題，如運行穩(wěn)定性，但此法作為目前唯一在國內(nèi)具備成功應(yīng)用案例的協(xié)同治理工藝，隨著進一步的摸索改進，可作為一種較適用的治理技術(shù)。
3.新型一塔式固定床干法聯(lián)合凈化
此工藝由北京科技大學(xué)環(huán)境工程系大氣污染防治梯隊研發(fā)，依靠層進式的脫硫—脫硝—脫汞—脫二英一塔式凈化技術(shù)路線。首先，經(jīng)除塵后的燒結(jié)煙氣通過高硫容的活性焦實現(xiàn)對二氧化硫的高效脫除;隨后，利用雙功能強氧化催化劑，實現(xiàn)進一步的脫汞、脫二噁英;
最后，采用高效低溫SCR催化劑，實現(xiàn)對氮氧化物的低溫脫除。目前，該工藝已完成實驗室測試，在≤150℃的條件下取得了脫硫、脫二英效率≥90%，脫硝、脫汞效率≥70%的優(yōu)良活性。高硫容活性焦可減少其再生頻率，提升其機械性能，減少損耗;雙功能催化氧化材料(不使用鹵素氧化劑)，促使一氧化氮被部分被氧化為二氧化氮，為下一步低溫SCR脫硝創(chuàng)造有利條件。該工藝尚需進行工程實踐測試，以此來檢驗其對實際燒結(jié)煙氣復(fù)雜成分的抗性，結(jié)合實驗數(shù)據(jù)進一步探討應(yīng)用此項技術(shù)實現(xiàn)燒結(jié)煙氣協(xié)同治理的可能性。
4.臭氧氧化+催化液相吸收凈化
該工藝主要是先將煙氣中的一氧化氮通過臭氧的強氧化作用轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸瑫r部分Hg0也會轉(zhuǎn)變?yōu)镠g2+，再將煙氣引入濕式洗滌塔中參與反應(yīng)，脫除二氧化硫和二氧化氮等酸性氣體污染物的同時，在雙效催化劑的作用下，煙氣中含有的剩余Hg0也會轉(zhuǎn)變?yōu)镠g2+，二噁英也將分解生成二氧化碳從而一并經(jīng)由液相吸收，實現(xiàn)協(xié)同凈化，理論上可獲得脫硫效率≥95%、脫硝效率≥80%的較優(yōu)參數(shù)。此工藝原理看似簡單，但對于強氧化劑臭氧添加量尚不能做到精確控制，量少會導(dǎo)致整個反應(yīng)脫除效率下降，過多則會帶來臭氧逃逸的嚴重二次污染，因此雖然本方法可以通過對現(xiàn)有的濕法脫硫進行改造予以實現(xiàn)，但是對諸如臭氧逃逸、固體廢棄物處置等現(xiàn)實問題的影響，仍需進一步論證解決。
來源:冶金經(jīng)濟與管理
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