鋼鐵行業超低排放改造燒結球團有組織煙氣治理技術方案研究

惠安平

（首鋼股份公司遷安鋼鐵公司，河北 唐山 064400）

0 引言

2019 年4 月28 日，國家生態環境部與國家發展和改革委員會、工業和信息化部、財政部、交通運輸部共同印發《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》（環大氣〔2019〕35 號）（以下簡稱《意見》），確立了鋼鐵行業實施超低排放的總體要求、指標要求、重點任務和保障措施，各地積極組織鋼鐵企業實施超低排放改造。為落實《意見》要求，規范和指導鋼鐵企業超低排放評估監測工作，統一超低排放評估認定程序和方法，生態環境部大氣司起草了《關于做好鋼鐵企業超低排放評估監測工作的通知》（環辦大氣函〔2019〕922號）。以此為背景，鋼鐵企業開展了超低排放評估監測改造工作，依照《意見》對鋼鐵行業有組織排放限值的具體要求，燒結、球團作為鋼鐵企業有組織廢氣主要排放工序，其有組織廢氣治理難度增大。基于此，本文給出可供鋼鐵企業依照自身情況選擇的技術方案，解決燒結、球團有組織廢氣難以穩定達標的問題。

1 燒結、球團有組織廢氣污染物產排污環節分析

1.1 燒結工序產排污環節

燒結礦的主要生產過程為原料存儲、配料混合、燒結工藝、成品冷卻、成品破碎、成品篩分等工藝流程，主要產排污環節為原燃料破碎篩分、配料室給料機等布料設施及混料車間產生的揚塵、燒結機機頭、機尾排出的燒結煙氣，成品生產及轉運環節物料冷卻、破碎篩分、返礦及轉運設施產生的揚塵，燒結工序有組織廢氣治理難點主要為燒結機頭、機尾煙氣。

1.2 球團工序產排污環節

球團礦生產過程包括原料貯運、配料、混合造球、布料、焙燒過程、冷卻及成品轉運等流程，產排污環節為配料室給料機等布料設施及混料車間產生的揚塵、造球盤揚塵、球團焙燒煙氣、成品冷卻及轉運環節、篩分及返礦轉運設施產生的揚塵，球團工序有組織廢氣治理難點為球團焙燒煙氣。

2 燒結、球團有組織煙氣治理工藝分析

燒結機頭、機尾有組織廢氣與球團焙燒煙氣治理過程中最關鍵的指標就是廢氣中SO2與NOX的排放量應符合國家超低排放限值要求，如上文提到的燒結機頭、機尾有組織廢氣與球團焙燒煙氣中脫硫、脫硝的主要治理設施與技術特點分析，依據企業情況選擇適合的治理設施工藝，降低污染物排放達到超低排放限值。

2.1 脫硫工藝分析

2.1.1 石灰石/石灰濕法脫硫技術

優點：工藝成熟，脫硫效率高，可達95%以上；穩定性高，在大量火電及鋼鐵企業脫硫工程中已得到驗證，副產物綜合利用途徑多[1-2]。

缺點：占地面積大且脫硫廢水需要處理，對脫硫后煙氣中的顆粒物濃度難以控制，需增設濕式電除塵設備。

2.1.2 氧化鎂濕法脫硫技術

優點：工藝成熟，運行穩定性已得到驗證，脫硫效率高達95%左右，副產物綜合利用途徑多，二次污染程度低[3]。

缺點：原材料價格較高，運行成本較高，且產地受限，主要集中在遼東半島及山東半島，再生消耗燃油、焦炭等多種原材料，且由于鎂鹽大量存在，顆粒物難以達到超低排放標準。

2.1.3 循環流化床脫硫技術

優點：脫硫效率高，可達95%以上，顆粒物排放質量濃度穩定，可保證在10 mg/m3以下，且工藝成熟，投資及運行費用較低，無廢水產生，與脫硝設施銜接方式靈活。

缺點：僅適用于SO2濃度較低的煙氣脫硫工藝，操作較Spray Drying Absorption（SDA）脫硫工藝復雜，占地面積較大，鈣硫比較高，脫硫副產物利用難度大。

2.1.4 密相干塔脫硫技術

優點：該技術脫硫效率高，因塔體內脫硫劑濃度高，可使煙氣與脫硫劑充分接觸，是唯一可實現多級串聯的半干法工藝；同步率高，脫硫灰多線路循環，可充分利用縱向空間，縮小系統占地面積；節省投資，密相干塔技術的綜合投資比活性焦工藝節省1/3 以上，比濕法脫硫工藝（如：脫硫、脫白、濕電、脫硫廢水處理等設施的投資）節省1/5 以上。塔內整體密相、無需床層、無需凈煙氣循環、抗煙氣波動能力強，無塌床風險。

缺點：脫硫后會產生脫硫灰等固體廢物，目前綜合利用率低。

2.1.5 旋轉噴霧干燥法脫硫技術

優點：工藝成熟，占地面積小，脫硫在氣、液、固三相狀態下進行，工藝設備簡單；產物為干態的CaSO3、CaSO4，副產物易處理，耗水較少，無廢水產生，目前未發現存在設備腐蝕現象和堵塞情況。

缺點：自動化程度要求高，需要較高的鈣硫比，吸收劑用量控制難度大，吸收效率僅能達到65%～85%，吸收效率較低。

2.2 脫硝工藝分析

2.2.1 中高溫（SCR）

優點：脫硝效率高，可達85%以上，反應活性溫度窗口在280～320 ℃，且工藝相對成熟，對二噁英具有協同處置能力（需將反應溫度控制在300 ℃以下）。

缺點：需要對煙氣進行加熱，因此能耗較大，副產物綜合利用難度大。

2.2.2 中低溫（SCR）

優點：在特定條件下脫硝效率較高，可達85%以上。反應活性溫度窗口在180～280 ℃；反映溫度窗口更接近燒結煙氣溫度，節能性優于中高溫SCR 工藝，脫硝效率較高。

缺點：催化劑抗毒性能力較差，需對煙氣進行加熱造成二次能源消耗，且催化劑造價及運行費用較高，副產物綜合利用難度大。

2.2.3 氧化法

優點：工藝設備相對簡單，占地面積小，一次性投資費用少。

缺點：監測監管存在一定隱患，副產物的利用尚處于研究中，脫硝效率相對較低，目前超低排放改造已淘汰此技術，不推薦使用。

2.2.4 脫活性炭脫硫脫硝一體化技術

優點：可展開一體化脫硫脫硝過程，同時脫除硫氮氧化物。該技術屬于干法技術，可去除多種污染物，副產物多為硫酸或硫酸鹽，活性炭循環利用率高，無二次污染問題。

缺點：前期投資相對較大，廢氣治理效果受活性炭質量影響較大，且運行成本相對較高，而逆流式治理效果相對更高，二者均不適用于對SO2含量過高的煙氣進行治理。

3 基于因廠制宜的廢氣治理工藝方案分析

根據上述各脫硫、脫硝廢氣治理方案的優、缺點分析，企業可以按照自身投資、運營成本、場地大小、煙氣溫度、副產物自身能否利用等情況，選擇適合的脫硫脫硝治理設施搭配，以實現因廠制宜的廢氣治理工藝技術與更好的廢氣治理效果。本文給出的幾種較為合理的燒結、球團治理工藝方案以及治理實例，以表明經優選后的治理方案更具優越性。

燒結、球團煙氣治理工藝方案選擇推薦如下:

1）電除塵器+逆流式活性炭脫硫脫硝一體化技術。

2）電除塵器+錯流式活性炭脫硫脫銷一體化+SCR脫硝（如需要，在出口增加布袋除塵器保證顆粒物達標排放）。

3）電除塵器+密相干塔脫硫+SCR 脫硝。

4）電除塵器+循環流化床脫硫+SCR 脫硝。

5）電除塵器+SDA 旋轉噴霧脫硫+SCR 脫硝。

6）電除塵器+濕法脫硫工藝+濕式電除塵器+SCR 脫硝。

在實例改造中，江蘇常州市龍騰特鋼1 號180 m2燒結機原使用電除塵器+循環硫化床+氧化法脫硝工藝，SO2可滿足超低排放要求，但NOx排放數值偏高，無法穩定達標。該企業于2021 年6 月對原有1 號180 m2燒結機污染治理設施進行了技改升級，根據企業自身現狀，需要一套工藝相對成熟、顆粒物排放穩定、運行成本低、脫硫效率高并沒有廢水產生的脫硫脫硝治理工藝以滿足超低排放要求，最終選擇電除塵器+循環硫化床+SCR 脫硝治理方案。

改造完成后，江蘇新銳環境監測有限公司對技改升級后的燒結機機頭廢氣排口進行了監測，根據表1可知，改造前后日產量、運行負荷等生產工況基本相同，根據表2 可知，改造前后所采用燃料成分也基本沒有較大變化，在以上影響煙氣氣態污染物產生的客觀條件均沒有較大改變的情況下，依據表3 技改升級前后監測結果顯示，經過技改后，1 號180 m2燒結機機頭廢氣氮氧化物排放小時均值，相較于技改前有了大幅度的下降，可以穩定滿足超低排放限值要求，做到連續穩定達標。

表1 1 號180 m2 燒結機脫硫脫硝設施技改前后工況對比

表2 1 號180 m2 燒結機機頭廢氣排口脫硫脫硝設施技改前后燃料成分對比

表3 1 號180 m2 燒結機機頭廢氣排口脫硫脫硝設施技改前后測量值對比

4 結論

燒結、球團有組織煙氣作為超低排放改造的重點部位，本文圍繞其煙氣治理工藝進行探討并給出符合超低排放要求的治理方案，為企業因廠制宜，靈活選擇適合自身情況的燒結、球團有組織煙氣治理工藝提供了思路與參考依據。