鋼鐵企業燒結煙氣綜合治理技術
張寧寧
摘 要：近年來,我國倡導綠色發展和可持續發展,強調生態環境保護,鋼鐵工業是我國國民經濟的支柱產業,同時,排污量也較為凸出。由于燒結煙氣溫度低,煙氣成分較為復雜,污染物濃度高,對人體的健康和長期的經濟發展構成威脅。基于此,分析了目前國內鋼鐵企業燒結煙氣的治理現狀,探討了綜合利用的最佳工藝,以供參考。
關鍵詞：鋼鐵企業;燒結煙氣;綜合整治
隨著社會和經濟的發展，國家對環保的要求越來越高。如何加強對有害物質的綜合防治，是當前行業亟需解決的問題。
一、鋼鐵廠燒結煙氣的特性
在燒結煙氣脫硫技術中，漏風率和固體料循環率都比較高，使部分空氣無法通過燒結料層，就會加大燒結煙氣量，且燒結煙氣系統的阻力變化較大，這也加大了煙氣量的變化，二氧化硫的濃度變化大是因為其質量、成分的差異波動較大。此過程中的原料是鐵礦石，燒結煙氣成分復雜，導致存在氮氧化物、氯化氫、氟化氫、多環芳烴等氣態污染物，而且其煙氣溫度變化范圍大，通常在120～180℃，含氧量和含濕量較高。目前 ，燒結煙氣中的 SO2 濃度普遍在 1000～3000mg/m3 左右，其中SOX、NOX、HCL、HF等有毒氣體在水中會產生酸雨，并含有二噁英、呋喃等物質。
二、燒結球團煙氣處理的特點和現狀
(一)燒結球團煙氣的特點
通過對煉鋼廠排煙狀況的調查和分析發現，燒結球團的煙塵性質復雜，許多因素會對其進行控制。在燒成過程中，由于爐膛四周沒有完全密封，難免會出現氣體泄漏。同時，在燒成過程中，爐襯的不均勻會使爐膛內的煙氣發生很大變化。在現代化工業，由于企業追求利潤，為了節約燃料，往往會使用大量的含SO2的礦石。因此，煙氣中的 SO2濃度會產生很大波動。同時，由于燃燒過程中會產生大量粉塵，溫度極不穩定。因此，燒結時，必須向混合料中加水，以改善其透氣性，從而使空氣中的濕度、氧氣含量升高，產生過濕效果。根據煙氣的不同特性，應選擇適宜的工藝，使其滿足環境要求。
(二)燒結球團煙氣的處理現狀
綜觀我國燒結球團煙氣治理的歷史，可以看出，我國大部分生產企業采用的工藝技術還不夠成熟，或多或少都存在問題。綜合來看，這些問題主要有：煙塵治理沒有達到預期的效果、一次性投資、經濟效益低、副產品利用率低、二次污染等，對企業的整體效益造成了很大影響。了解發現，造成這些問題的主要原因有：一是許多企業的煙氣治理技術都是照搬現行的技術，并不顧及實際生產狀況，造成成本高、效率低；二是煙氣治理設施的建設并不規范。由于環境問題近年來才逐步得到重視，許多企業在建設之初，并未重視廢氣的治理。因此，在施工中出現了偷工減料、不規范使用等問題。三是副產品沒有得到充分利用，生產過程中會產生大量的副產品，而這些副產品都是經過處理的，可以大大增加企業的經濟效益。
三、鋼鐵企業燒結煙氣治理的問題
(一)缺乏合理的燒結煙氣脫硫工藝
目前，國內外對活性碳吸附法、石灰石-石膏法等技術的應用已較為成熟，但由于投資大、運行費用高，我國鋼鐵企業未將其推廣、應用到鋼鐵生產中。近年來，國內的脫硫企業根據自身的實際情況，借鑒了國外的先進技術，自主研發了各種工藝的燒結式煙氣脫硫裝置，但普遍存在技術成熟度不高、運行不穩定、綜合運營成本高等問題，在一定程度上打擊了許多鋼鐵企業建設燒結煙氣脫硫設施的信心。此外，有的企業在技術選擇上猶豫不決，持觀望態度；還有的企業在多個燒結機上采用了不同的工藝流程，給生產經營和管理帶來了極大不便。
(二)燒結煙氣脫硫技術水平參差不齊
隨著社會經濟及科學技術的發展，燒結煙氣脫硫的市場前景十分廣闊，面對如此龐大的市場機遇，原本從事燃煤電廠煙氣脫硫的公司紛紛轉向了燒結煙氣脫硫。但由于對燒結煙氣性能的認識不夠充分，按照現有的技術改造生產出的燒結式煙氣脫硫設備，其運行效果并不理想。甚至有一些資質差或沒有資質的公司，其脫硫裝置的設計、制造、安裝的脫硫裝置效率低、穩定性差、故障率高，在投產后不久就出現了故障，不但達不到SO2的排放目標，反而對燒結生產造成了嚴重的損失。
(三)脫硫設備運行效率低下，偷排現象嚴重
近年來，國家相關部門制定了降低SO2排放指標的指標，一些鋼廠迫于壓力，倉促建造了一些價格低廉、質量較差的脫硫設備，但因其故障率高，最終多數停產，淪為企業應付環保檢查的擺設。有的鋼廠已建成較高技術含量的脫硫設備，但其運行費用較高，且脫硫副產品的經濟性較差，采用旁路煙道偷排的情況比較常見，而現行的煙氣監控措施缺乏統一、科學、規范的管理，很難預防某些鋼鐵企業的“假脫硫”。根據行業的樂觀預測，目前已經投入運行的脫硫設備，實際運行效率還不到60%。
(四)建設和運行中存在的問題
在設計過程中，由于設計人員對脫硫工藝的理解存在誤區，鑒于其原理、工藝、設計、維護等方面的問題，僅關注投資，忽略了建設單位的工程能力，導致脫硫設施不能長時間、穩定運轉；也有的企業認為，由于燃燒時的煙塵特性和火力發電廠的煙塵特性差異較大，對燃煤電廠的煙氣脫硫經驗不足，其運行效果均未達到設計指標。由于缺少實際操作和維修經驗，導致一些設備長時間無法正常使用，有些企業的DCS記錄不能調取，或在線監控設備的安裝位置不符合要求。
四、燒結煙氣脫硫設施運行中存在的問題及改進方向
鋼鐵企業技術不成熟、投資大、運行成本高、故障率高、副產物難利用、二次污染，造成了以下問題：第一，簡單照搬火電脫硫工藝，未針對燒結煙氣的特點進行優化設計，導致工藝不穩定，綜合脫硫效率低，運行成本高；第二，脫硫設施建設不規范，質量低劣，關鍵設備的選用或加工工藝不合理，先天不足；第三，日常操作和維修保養不到位，或任意停機，致使脫硫設備非正常受損；第四，在線監測不規范，使儀器設備淪為擺設，偷排、漏排現象嚴重；第五，實際脫硫效率較低，沒有充分考慮到各種污染物的協同作用；第六，對煙氣中副產物的處置，容易產生二次污染。
對此，應采取以下措施：其一，對燒結煙氣脫硫設施進行評價，強化對已建設施的日常監督和后續追蹤，加大處罰力度，公布違法違規企業名單；其二，積極引導、有序推進成熟的脫硫技術；其三，強化對燒結脫硫施工過程的監督，防止豆腐渣項目；其四，廢除旁通設備，特別是在聯機監控設備方面，應建立一個完善的核查系統；其五，將對硫污染的總量控制轉變為對硫資源的捕捉和綜合控制；其六，加強對違法行為的懲罰，并將其列入違法行為名單；其七，在鋼鐵企業固體廢棄物的綜合利用過程中，將燒結煙氣脫硫副產品的利用列入其中，并積極探討煙氣脫硫副產品的回收利用方法。
五、鋼鐵企業燒結煙氣綜合治理技術探析
(一)超低排放技術
一是高效除塵技術，因其安全、可靠、高效等優點，逐步成為當今世界上最先進的煙氣凈化技術。目前，國內多數采用電除塵器除塵，但隨著使用年限的延長，其效率逐漸降低。同時，該技術在結構上也發生了一些變化，由三個電場增加到了四個、五個。在實際使用中，要綜合考慮電廠風速、集塵面積、供電方式、結構形式等因素，才能使電除塵器的工作效率更高、更安全。
二是石灰石-石膏的濕法脫硫技術，石灰石-石膏工藝的生產效率很高，一般在90%以上，工業化應用范圍很廣，煙塵排放量很大，適合環境變化，吸附劑價格低廉，利用率高，副產物主要是二水石膏，可以進行綜合回收。利用多效、多級旋風式旋風除塵器，以及氣液相結合的雙旋風脫硫系統，采用噴霧式吸收器，實現了泥漿滴和煙氣的分離、核聚變的高效碰撞。在此之后，煙氣會很快冷卻，而噴淋漿液的上部則為吸附二氧化碳提供了一個最佳的反應溫度，從而使有效吸收空間進一步增大，同時減少了液體的氣體比例。噴涂額外的裝置可以減少轉換費用和操作費用，避免了漂移和煙塵的冷卻，同時也避免了對液滴的安全性和可靠性的影響。
(二)活性焦煙氣綜合治理技術
活性焦再生技術。再生塔自上而下分為進料段、加熱段、抽氣段、冷卻段和抽氣段。其中，加熱區和冷區為等價的埋管式換熱器，在循環過程中，通過重力作用，經過加熱、抽氣、抽氣、冷卻三個階段，再進行回收。該技術采用一種新型的卸料機，對再生塔中的活性焦流速進行了控制，該裝置與脫硫塔的脫硫率進行聯動，即當脫硫效率達不到要求時，可加速再生塔的排料速率，而當脫硫效率高于上限時，則可降低再生塔的排料速率。采用循環風機進行活性焦再生，經抽氣區的抽氣管道進行再能量排放，然后通過管線輸送到制酸廠。
除塵裝置。按照活性焦煙氣脫硫設備的物料傳輸流程，必須對斗提機、振動篩進行清灰操作，以保證操作環境的清潔，再將抽出的含焦炭的廢氣經布袋除塵處理后排出，考慮到對環境的影響較低，除塵后的廢氣經排氣煙道排出。
(三)脫硫脫硝技術
由于其自身的特性，目前國內尚不能將該技術用于鋼鐵工業生產。而國內在設計現有的脫硫設備時，由于沒有充分考慮到燒結煙氣的特性，導致其在使用時存在各種問題。在使用過程中，如果設備不能正常運行，將會對脫硫效果產生很大的影響。在國內現有的鋼鐵企業中，僅有幾家企業的脫硫裝置達到了要求，提高了脫硫的利用率。
催化還原技術。根據催化還原的特點，可以將其分為有選擇的和不選擇的兩種。選擇性催化還原技術已較為成熟，被廣泛用于鋼鐵行業的煙氣脫硫。該技術在適當的溫度、催化劑的幫助下，可將氮氧化物轉變成水，并有效降低煙氣中的NOX。選擇性非催化還原脫硝工藝無需加入催化劑，但要求溫度控制在900～1100℃，通過氨、尿素的配合，可以將其還原成二氧化氮和水。無論哪一種還原法，都需要添加一定氨氣，也因此提高了脫硫的投資，但這兩種方法都不是鋼鐵工業煙氣脫硫的最佳選擇。
活性碳工藝。采用活性炭技術，可以將二氧化硫、氮氧化物、粉塵等雜質去除。與其他脫硝工藝相比，該工藝不僅能去除三氧化硫，而且無需水，也不會造成二次污染，是一種非常有效的方法，但其成本要比一般的工藝高許多，所以，很多企業都不愿意采用這種方法。
催化氧化技術。催化氧化技術可去除一氧化氮，但需要一種低溫催化劑。總的來說，我國的煙氣脫硫、脫硝技術比較成熟，但由于鋼鐵、電廠屬于不同的行業，因而不能完全照抄。我國鋼鐵行業要取得長足發展，就需要針對燒結煙氣的特點，研制出適合于我國節能減排、鋼鐵行業發展需要的脫硫設備，同時在脫硫工藝、脫硫副產物的應用等方面進行創新。
(四)煙塵治理技術
袋裝除塵工藝。目前，我國的袋除塵裝置主要有兩類：大的負壓反吹袋除塵器和大的脈沖袋除塵器。我國目前已經擁有袋式除塵技術及主流裝置，長袋低壓脈沖袋除塵器是上鋼五廠、太鋼、鞍鋼等企業采用的一種新型除塵裝置，具有清灰性能好、設備阻力小、占用空間少、能耗低、維修方便、換袋方便等優點。但是，在過濾袋使用壽命、配套件性能、電控水平、電耗等方面，與國外的差距較大。
六、結語
在長流程鋼鐵工業中，燒結煙氣是最主要的污染源之一，也是節能和環境綜合整治的重點。因此，應通過燒結煙氣的再利用，降低總的煙塵排放量和產生的污染物，并有效回收燃燒產生的余熱，利用脈沖電源技術、移動電極技術等先進的電除塵技術，降低進風口的粉塵濃度，采用部分煙道選擇性脫硫工藝，降低脫硫設備的固定投資，通過控制燒結工藝，降低VOC的排放量。
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