福斯近零排放技術在鋼鐵企業的應用

江赤光

（中晶環境科技股份有限公司，北京 102199）

1 燒結機煙氣治理現狀

近年來，國家不斷加嚴煙氣、廢水和固體廢物的排放指標。在大氣排放環保指標中，工業煙氣對二氧化硫、氮氧化物和顆粒物排放指標的提標速度最快。從2015年到2018年的短短3年時間，以燒結機為例，這三大排放指標分別加嚴至原來的18%（硫）、17%（硝）和20%（塵），見表1。

表1 近年來國家環保指標演變情況

隨著燒結機排放指標的逐年加嚴，鋼鐵企業要達到超低排放指標仍有很多難題：1）近年流行的脫硫脫硝和除塵的技術路線，如鈣法濕法、鎂法濕法、氨法濕法、活性焦干法、循環流化床半干法（CFB）、旋轉噴霧半干法（SDA）、密相干塔半干法等，要想達到超凈排放指標，均在不同方面及不同程度上存在一定的問題。2）2010年以來，各鋼鐵企業為了滿足環保指標，先后投資建設了某種技術路線的環保設施。面對新的超低排放指標，僅改造舊的現有設施大都不能滿足超低排放指標。全部推倒重建新設施，企業的資金浪費巨大且停產的時間成本難以承受。3）市場上的環保工程和環保設備廠家為滿足超低排放指標推出各種技術路線，其中不少是沒有經過驗證的技術，企業難以正確辨識，正確決策。

2 FOSS-D技術的主要理念、工藝流程和系統構成

2.1 FOSS-D技術主要理念

應用FOSS-D技術，可實現在單塔內完成干法一體化脫硫、脫硝、除塵、脫二英并全面、穩定、經濟的達到超低排放指標。

FOSS-D技術通過采用獨特的復合脫硫脫硝劑（BMP），使煙氣中硫、硝和塵達到環保超低排放，同時還能將脫硫渣100%利用，即先將脫硫渣加工成與水泥類似的膠凝劑“晶粉”，再利用“晶粉”配比鋼渣、泥渣等材料制成新型的具有持續盈利能力的建材產品。

2.2 FOSS-D技術的主要工藝流程

圖1 FOSS-D工藝流程及系統構成

在FOSS-D技術中，燒結、焦爐、豎爐煙氣經電除塵器初步除塵后，進入離子發生器氣態選擇性氧化脫硝區域，完成NO向高價氮氧化物的轉變；然后煙氣通過強效反應塔，在高效湍流與BMP高分子材料的雙重作用下，SO2、高價氮氧化物在被吸附的同時發生化學反應，生成硫酸鹽、硝酸鹽及少量亞硫酸鹽；在強效反應上段，硫酸鹽、硝酸鹽和極少量的亞硫酸鹽在水氣和BMP中的特殊材料團聚為大顆粒物，然后進入到袋式除塵器中，從而達到塵的超凈排放效果；夾雜著各種成分的顆粒物經過袋式除塵器后被脫除下來進入灰斗，然后排至灰倉，作為建材生產原料運至晶粉倉庫備用；煙氣達到超低或近零排放指標后經煙囪排至大氣。

同時，FOSS-D脫硫脫硝除塵一體化近零排放技術原理也可以應用于FOSS-W（FOSS-W是濕法工藝，即將強制氧化劑脫硫與旋轉離心作用除塵相結合的一塔同步技術），其流程為低溫選擇性氧化技術與BMP高分子材料結合達到一塔內同時脫硫脫硝，在濕法中完成離子發生器氧化NO為高價氯氧化物并用BMP高分子材料對其進行吸收，進行了長期的小試、中試、工程實際應用。通過實驗與工程實踐證明：BMP高分子材料與低溫選擇性離子氣態氧化劑結合應用于濕法脫硫脫硝可使得去除NOx的效率最高達99%并生成硝酸鹽，而硝酸鹽與BMP高分子材料的協同脫除效應，在一定程度上提高了該套工藝技術脫除SO2的效率（與單獨脫硫工藝相比，脫硝協同脫硫可使出口SO2濃度降低的最高比率達52%）。SO2脫除效率可長期穩定在0～5mg/Nm3。

2.3 FOSS-D技術的工藝流程和系統構成

該系統的工藝流程及系統構成見圖1。脫硝原理示意見圖2。

圖2 FOSS-D工藝脫硝原理

3 FOSS-D技術與干法及半干法系統的比較

市場上常見的燒結機超低排放的技術概括見表2。

活性焦干法近年來應用較多，優點是運行較穩定。如不需達超凈指標則不失是一種較成熟的技術路線。缺點是：1）投資成本和運營成本高；2）脫硝效率（噴氨后只能達到60%～80%）和除塵效果（只能達到20mg/m3）也難達到超低排放指標（如NOx從300mg/m3脫到50mg/m3，效率需83.3%）；3）活性焦解析產生的硫酸鹽轉運處理困難（除非鋼廠內部可消納）；4）活性焦設備維護過程火災的風險較大。

SDA+SCR+布袋除塵是近年來鋼鐵企業考慮的工藝路線之一，優點是投資較低（SDA脫硫部分比CFB投資少20%～30%），SCR脫硝較成熟。缺點是：1）SDA脫硫效率有限（90%～95%），當煙氣中含硫量較高時（工況煙氣量超過1000mg/m3），脫硫達標困難；2）SCR脫硝運行雖然成熟，但煙氣升溫能耗大，運營成本高；3）脫硫渣中的亞硫酸鈣、亞硝酸鈣比例高，后續消納利用沒有好辦法。

CFB+SCR+布袋除塵工藝路線也是當下的熱門技術之一，其比SDA+SCR+布袋除塵工藝的脫硫效率高，缺點是：1）SCR脫硝運行雖較成熟，但煙氣升溫能耗大，運營成本高；2）脫硫渣中的亞硫酸鈣、亞硝酸鈣比例高，后續消納利用沒有好辦法。

FOSS-D干法一體化工藝路線，經工業應用證明有三大優點：1）脫硫、脫硝和除塵效率均較高，三個主要指標都具備穩定達到超低排放的能力；2）采用高分子復合脫硫劑后，脫硫渣以硫酸鈣為主，含有低于2%的亞硫酸鈣和少部分的硝酸鈣，利用專利技術，可將脫硫渣全部轉換成類似于水泥的膠凝劑“晶粉”，再將晶粉配合一定的鋼渣和水即可制成新型的綠色建材，實現真正對脫硫脫硝除塵后的副產物完全利用的循環經濟治污；3）FOSS-D技術工程建設的總成本比活性焦技術低40%～50%，脫硝部分比SCR低30%～40%；脫硫脫硝運營費用比活性焦技術低約30%，脫硝運營費用比SCR低約30%。

4 FOSS-D技術的應用

FOSS-D技術自2017年投入燒結工業應用以來，已在多個煙氣治理工程中得到應用，其中新世紀煤化工公司、德龍集團唐山鋼鐵公司、德龍集團邢臺鋼鐵公司已建成投產；大冶華鑫鋼鐵公司、唐山榮程鋼鐵公司、唐山興隆鋼鐵公司、江蘇鑌鑫鋼鐵公司正在建設中。

唐山德龍鋼鐵項目于2017年下半年開始建設，FOSS-D在該公司230燒結機上應用情況見表3、圖3。

表2 FOSS-D技術與干法工藝的比較

圖3 德龍鋼鐵集團唐山230平燒結機FOSS-D項目

5 FOSS-D技術在鋼廠煙氣治理的應用前景

FOSS-D一體化技術除可整體應用在燒結煙氣的脫硫、脫硝、除塵和脫二英的一體化改造工程外，還可應用于下列煙氣處理場合：

（1）將FOSS-D技術中的離子發生器脫硝裝置配套到現有的SDA旋轉噴霧脫硫系統（脫硝效率待工業應用證實），完成脫硝超低排放達標。

（2）將FOSS-D技術中的離子發生器脫硝裝置配套到現有的CFB循環流化床脫硫系統（脫硝效率已經過工業應用證實），完成脫硝超低達標。

表3 FOSS-D技術在唐山德龍鋼鐵項目230燒結機上應用

（3）將FOSS-D技術中的離子發生器脫硝裝置配套到現有的密相干塔脫硫系統（脫硝效率待工業應用證實），完成脫硝超低排放達標。

（4）將FOSS-D一體化技術+SDS小蘇打干法脫硫結合配套使用到高硫（硫含量2500mg/m3以上）燒結機和高硫窯爐的工業煙氣處理，完成其脫硫、脫硝和除塵超低排放達標。

（5）將FOSS-D技術中的離子發生器脫硝裝置配套到現有的鈣法濕法或鎂法濕法脫硫系統（工業應用試驗需進一步完成），完成脫硝超低排放達標。