摘要：鋼鐵(tie)行(xing)業已成為中國大氣污染防治重(zhong)點行(xing)業,目前中國已提(ti)出(chu)鋼鐵(tie)行(xing)業燒結(jie)、球團(tuan)等工序超低(di)排(pai)放限值(zhi)。總結了燒結(球團)、焦爐、高爐、轉爐等多個工序高效凈化技術路線,集成了源頭減排、過程控制和末端治理的多污染物超低排放技術體系,包括"煙氣循環技術"、"半干法脫硫耦合中低溫SCR脫硝技術"、"活性炭法一體化技術"、"臭氧氧化硫硝協同吸收技術"、"高爐爐料結構優化的硫硝源頭減排技術"、"轉爐二次煙氣預荷電袋濾器除塵技術"等關鍵技術,上述技術在中國部分鋼鐵企業均有應用實踐。最后(hou)提(ti)出(chu)了生產技術綠色化(hua)、污染計量(liang)合理化(hua)、加強非常規污染物管控、重視鋼鐵行業碳排放的發(fa)展建(jian)議。

隨著電力(li)(li)行(xing)業(ye)超低排放技(ji)術的推廣應用，中國大氣污染防治重(zhong)點(dian)已從電力(li)(li)行(xing)業(ye)向非(fei)電行(xing)業(ye)轉(zhuan)變，其中，鋼鐵(tie)行(xing)業(ye)是減排重(zhong)點(dian)。2018年中國粗(cu)鋼產量為9.28億(yi)t，位(wei)居(ju)世界第(di)一，占全(quan)球(qiu)總產量的51.32%。中國(guo)鋼(gang)鐵生產以長流程工藝為主(zhu)，包括燒(shao)結(jie)、球團(tuan)、焦(jiao)化(hua)、高爐(lu)、轉爐(lu)和(he)軋鋼(gang)等(deng)，較高的能耗導(dao)致大量污(wu)染(ran)物排(pai)放，行業整體呈(cheng)現出生產工序多、污(wu)染(ran)種類雜、排(pai)放總量大的特點。2017年全國鋼鐵行業SO₂、NOx、粉塵排放量分別為32.4萬t、214萬t、120.9萬t，位居工業排放源前三。因此，開展(zhan)鋼鐵行業環(huan)保技術升級(ji)，對于改善環(huan)境空氣質量(liang)、打贏藍天(tian)保衛戰具有重要意義。

鋼鐵企業是大氣污染的重點行業，鋼鐵生產各個環節均產生顆粒物、SO₂、NOx等廢氣污染物。鋼鐵企業排放的廢氣中，顆粒物排放主要集中在原料場、燒結、煉鐵、煉鋼、煉焦等工序，SO₂主要集中在燒結、球團等工序，NOx主要集中在燒結、煉焦、熱軋等工序。此外(wai)，氟化物和(he)(he)氯化氫主要(yao)集中在燒(shao)結(jie)和(he)(he)冷軋工序(xu)，特殊鋼(gang)酸洗和(he)(he)電渣冶金也有氟化物產生(sheng)，二噁英(ying)主要(yao)集中在燒(shao)結(jie)工序(xu)和(he)(he)電爐煉鋼(gang)工序(xu)。

“十(shi)一五”期(qi)間(jian)，中國部分鋼鐵企(qi)業(ye)開始開展燒結煙氣脫硫，技術來源以國外(wai)或電力行(xing)業(ye)引(yin)進為主、自主研發為輔。燒結機(ji)脫硫(liu)工(gong)藝以(yi)濕法(fa)脫硫(liu)為(wei)主(zhu)，占75%以(yi)上，但大(da)型燒結機(ji)半干(gan)法(fa)應(ying)用占比(bi)逐漸升高。“十二五”期間，鋼鐵行業開始執行GB16297—2012《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放標準加嚴的同時，開始關注二噁英等非常規污染物，基于半干法的鋼鐵燒結/球團煙氣多污染物協同控制技術成為主流趨勢。“十(shi)三五”以(yi)來，鋼(gang)鐵行業(ye)全流(liu)程超低排放成為發展趨勢。中國鋼鐵行業大氣污染(ran)治理(li)已(yi)實現從(cong)“單工序”向“全流(liu)程”過渡(du)，控制技(ji)術也已(yi)實現從(cong)“單一污染(ran)物(wu)(wu)控制”向“多污染(ran)物(wu)(wu)協(xie)同控制”的(de)技(ji)術升(sheng)級(ji)。

本(ben)文針對目(mu)前國內外鋼鐵(tie)(tie)行業(ye)(ye)大氣(qi)污染(ran)物控(kong)制標準和技術進行調研，從燒結(球團(tuan))、焦爐、高爐、轉爐等(deng)多個工序提(ti)(ti)出(chu)鋼鐵(tie)(tie)行業(ye)(ye)全流程超低排放(fang)技術路(lu)線，并提(ti)(ti)出(chu)未來鋼鐵(tie)(tie)行業(ye)(ye)超低排放(fang)的發(fa)展建議(yi)，為(wei)推動鋼鐵(tie)(tie)的產業(ye)(ye)升級(ji)和綠色發(fa)展提(ti)(ti)供參(can)考(kao)。

1 中國鋼鐵行業超低排放標準

針對燒結、球團(tuan)工序的排放(fang)限值變(bian)化如(ru)圖1所示。2017年6月中國環境保護部發布了《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》修改單(征求意見稿)，提出顆粒物特別排放限值從40降至20mg/m³，SO₂特別排放限值從180降至50mg/m³，NOx特別排放限值也從300大幅降至100mg/m³。在2018年政(zheng)府(fu)工作報告(gao)中(zhong)李克強總理提(ti)出“推動(dong)鋼鐵(tie)等行業超低排放(fang)改造”。隨后，生態環境部聯合各部委在2019年4月發布《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》，將燒結(球團)煙氣中顆粒物、SO₂、NOx的超低排放限值分別規定為10、35、50mg/m³，要求到2020年底前，重點區域鋼鐵企業力爭60%左右產能完成改造。

針對焦化工序，GB1171—2012《煉焦化學工業污染物排放標準》中提出焦爐煙氣顆粒物特別排放限值為15mg/m³，SO₂和NOx特別排放限值分別為30和150mg/m³。中國生態環境部聯合各部委發布的《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》中提出焦爐煙囪顆粒物、SO₂、NOx的超低排放限值分別為10、30、150mg/m³。2018年9月份，河北省正式發布國內首個焦化工序超低排放標準DB13/2863—2018《煉焦化學工業大氣污染物超低排放地方標準》，提出顆粒物、SO₂、NOx的超低排放限值分別為10、30、130mg/m³，要求河北省現有企業自2020年10月1日開始實施。

總(zong)體而言，超(chao)低排(pai)(pai)放(fang)限(xian)值的出臺將極大(da)地促進鋼(gang)鐵(tie)行業(ye)超(chao)低排(pai)(pai)放(fang)技術升級(ji)，有(you)利于污染物(wu)深度(du)減(jian)排(pai)(pai)。

2 中國鋼鐵行業全流程超低排放技術體系

近年來(lai)，中(zhong)國(guo)鋼(gang)鐵行業基(ji)于“多(duo)(duo)污染物協(xie)同(tong)控制”和(he)“全過程耦合(he)”的技(ji)術理(li)念，開發了“選擇性煙(yan)氣循環技(ji)術”、“半干法脫硫耦合(he)中(zhong)低溫SCR脫硝(xiao)技(ji)術”、“活性炭(tan)法一體化技(ji)術”、“臭氧(yang)氧(yang)化硫硝(xiao)協(xie)同(tong)吸(xi)收技(ji)術”、“高(gao)爐爐料結構優化的硫硝(xiao)源(yuan)頭減排技(ji)術”等新型(xing)技(ji)術涵蓋了燒結、球團、焦爐、高(gao)爐等多(duo)(duo)個(ge)工序，為鋼(gang)鐵行業超低排放改造提供(gong)強有力的技(ji)術支撐(cheng)。

2.1 燒結(球團)煙氣超低排放技術

燒結工序的顆粒物、SO₂、NOx排放量占整個鋼鐵行業排放總量的30%、60%和50%左右，非常規污染物二噁英占整個鋼鐵行業的90%以上，是鋼鐵行業大氣污染排放量最大的工序。燒結煙氣具有煙氣流量大、排煙溫度低、NOx質量濃度波動比較大(200～500mg/m³)的特點。隨著排放指標的加嚴，對原有脫硫和除塵設施進行提標改造，可實現顆粒物和SO₂達標排放。在脫硝方面，傳統熱電行(xing)業脫硝技術(shu)(shu)無法直(zhi)接移(yi)植，開展過程控制(zhi)和末端治理(li)相互耦(ou)合的關(guan)鍵技術(shu)(shu)，已成為燒結(jie)煙氣超(chao)低排放技術(shu)(shu)的關(guan)鍵。球團煙(yan)氣與燒結煙(yan)氣排放(fang)特征(zheng)較為(wei)相似，末端(duan)治理技術可以互為(wei)借鑒。

2.1.1 燒結煙氣循環技術

燒結煙氣循(xun)環技術是通過選擇性收(shou)集不同的風箱(xiang)(或主抽后煙道)的部分載熱(re)煙氣，混合后返回(hui)至燒結臺車，從(cong)而回(hui)收(shou)部分燒結余熱(re)，降(jiang)低固(gu)體燃(ran)耗(hao)。同時，返(fan)回的(de)煙氣還含有NOx、CO和二噁英等污染物(wu)(wu)，可(ke)部分被(bei)分解或轉化，從而實現污染物(wu)(wu)減排。此外，煙(yan)氣(qi)循環可以實現(xian)煙(yan)氣(qi)減量化，降低末端污染(ran)控制(zhi)設施處(chu)理(li)負荷及(ji)投資和運行(xing)成(cheng)本。

燒結(jie)煙(yan)氣(qi)循環(huan)(huan)技術按取(qu)風位(wei)置的(de)不同分(fen)為內循環(huan)(huan)(取(qu)風位(wei)置：風(feng)(feng)箱)和外(wai)循(xun)環(取風(feng)(feng)位置：主抽后煙道)兩種(zhong)工藝(yi)模(mo)式，最早(zao)由國外開發和(he)應用(yong)。兩種工藝模式在(zai)設計(ji)理念上(shang)有(you)所差異，在(zai)煙氣循(xun)環率、污染物減排(pai)、節能(neng)等方面側重有(you)所不同(tong)。但總體(ti)而言，內循(xun)環工(gong)(gong)藝可以(yi)選擇性(xing)選取高(gao)溫、富氧或(huo)污染物質(zhi)量濃度(du)高(gao)等不同特(te)點的(de)廢氣循(xun)環，是目(mu)前主流的(de)燒結(jie)煙氣循(xun)環技(ji)術，如日本新日鐵(tie)開發(fa)的(de)區域廢氣循(xun)環技(ji)術、德國(guo)HKM 開發(fa)的(de)LEEP(low emission andenergy optimized sinter production)工(gong)(gong)藝、及奧鋼聯公司開發(fa)的(de)Eposint(environmental process optimizedsintering)工(gong)(gong)藝。

與國(guo)外相(xiang)比，中(zhong)國(guo)燒結煙(yan)氣(qi)循環技術起步較晚(wan)。中國科學院過(guo)(guo)程(cheng)工程(cheng)研究(jiu)所和河鋼集團(tuan)有限公司等單位(wei)在國家重點研發(fa)計劃項(xiang)目“鋼鐵行業煙氣多(duo)污染物(wu)全過(guo)(guo)程(cheng)控制耦合(he)關(guan)鍵技(ji)術”的支持下，聯合(he)開發(fa)了燒(shao)結機(ji)選(xuan)擇性煙氣循環技(ji)術(SFGC)，如圖2所示(shi)，在燒結機風箱選擇、關鍵設備設計等方面取得原創性突破，在河鋼邯鋼2×360m²+2×400m²燒結機上運用，實現廢氣循環率20%以上，噸礦外排煙氣量降低15%以上，燒結礦產量提高4%、固體燃耗降低3%，CO外排總量降低20%以上。熱(re)風燒結，解決了(le)(le)環境空氣質量指(zhi)標(biao)CO控制(zhi)難題，達到“節(jie)能(neng)”和“減(jian)排”功能(neng)耦(ou)合;煙氣減(jian)量，突(tu)破了(le)(le)超低排放技術(shu)經濟(ji)性的(de)瓶頸，有效耦(ou)合匹配(pei)后續末端治理設施達到過程控制(zhi)及末端治理的(de)目標(biao)。

煙氣循環技術主要特點是將部分燒結煙氣通過循環煙道返回燒結機上再次參與燒結，利用燒結過程的高溫使大部分氮氧化物、二噁英裂解掉，并使煙氣中的SO₂富集，降低脫硫煙氣處理量及成本，同時，吸收利用煙氣中的熱能，降低燒結能耗。其存在的主要問(wen)題(ti)就是工藝布置比較復雜(za)，成品燒結(jie)礦中(zhong)易(yi)出(chu)現硫富(fu)集現象。因此，風箱的合理選擇是該技術(shu)的關鍵。

2.1.2 半干法脫(tuo)硫耦合中低溫(wen)SCR脫(tuo)硝技術

燒結煙氣凈化脫(tuo)硫(liu)主(zhu)要分為三類：濕法、干法與半干法，其中半干法如循環流化床(CFB)、旋轉噴霧干燥法(SDA)等在燒結煙氣凈化中應用逐漸增多，如三鋼、梅鋼、邯鋼、鞍鋼等均使用半干法脫硫。

SCR脫硝技術是指在催化劑存在的條件下，用NH₃或尿素作為還原劑將NOx還原成N₂。工業上應用最多的是V₂O₅-WO₃/TiO₂催化劑，不僅對NOx脫除效率較高，還具有脫除二噁英的作用，因此燒結煙氣使用SCR技術具有良好的前景。燒結煙氣SCR脫硝有兩(liang)種布(bu)置(zhi)方式(shi)：一種是將SCR系(xi)統(tong)布(bu)置在預除塵之(zhi)后，脫硫(liu)裝(zhuang)置前;另一種是將SCR系(xi)統(tong)布(bu)置在預除塵和(he)脫硫(liu)裝(zhuang)置之(zhi)后，該種布(bu)置方(fang)式可在極大程度上防止催化劑機械磨碎和(he)失(shi)活。隨著中國重(zhong)點區(qu)域鋼鐵行業超(chao)低排放(fang)改造的(de)推(tui)進，采用第二種布置(zhi)方式(shi)的(de)半干法(fa)脫(tuo)硫(liu)耦合(he)中低溫SCR脫(tuo)硝技術受到重(zhong)點關注。

半干法脫硫+SCR脫硝工藝流程(cheng)如圖3所示，原煙氣通過GGH換(huan)熱器(qi)與(yu)脫硝后的(de)凈煙氣換(huan)熱并升溫(wen)，再與(yu)加(jia)熱爐燃燒產生的(de)高溫(wen)煙氣混(hun)(hun)合(he)(he)升溫(wen)，然后與(yu)NH3在混(hun)(hun)合(he)(he)器(qi)的(de)擾動下得以充分混(hun)(hun)合(he)(he)，混(hun)(hun)合(he)(he)后的(de)煙氣進(jin)入SCR反應器(qi)。

2016年，寶鋼4號600m²燒結機在原有的兩套CFB脫硫后增設兩套SCR脫硝裝置，利用高爐煤氣作為熱風爐補熱燃料。CFB脫硫后煙氣中SO₂質量濃度降至50mg/m³以下，出口粉塵質量濃度達到20mg/m³以下，NOx排放質量濃度在200～550mg/m³，二噁英排放毒性當量質量濃度3.0ngTEQ/m³以下(毒性當量：toxic equivalent quantity，TEQ)，設計煙囪出口NOx排放質量濃度在110mg/m³以下，二噁英毒性當量質量濃度不大于0.5ngTEQ/m³。自投運(yun)以來(lai)，運(yun)行狀況(kuang)良好且各種污染物(wu)排放(fang)指(zhi)(zhi)標(biao)優于設(she)計指(zhi)(zhi)標(biao)。

目前半干法脫硫+SCR脫硝技術已在燒結機上得到了成功應用，能實現粉塵、SO₂、NOx排放質量濃度分別低于10、35、50mg/m³(標準態)，適用于燒結機煙氣量大、溫度和水含量波動較大的條件，同時對二噁英、SO₃、HCl、HF和重金屬等污染物有一定脫除效果。但該(gai)工藝存在(zai)脫硫副產物(wu)量大的(de)問(wen)題(ti)，尚無公認的(de)最(zui)佳應(ying)用途徑或資源(yuan)回(hui)收價值(zhi)，需作為廢物(wu)進(jin)行(xing)處理。

2.1.3 活性炭(tan)法一體化技(ji)術

活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)一體化技術(shu)是利用活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的吸(xi)附(fu)和催化性(xing)能對污(wu)染物進行凈化處理(li)。活性炭法一體化技術是以活性炭為吸附劑，吸附煙氣中SO₂，吸附飽和后活性炭再通過加熱解吸出高質量濃度SO₂混合氣體可用來制取98%商品硫酸，脫硫率可達95%。由于活性炭的催化作用，加入HN₃可將煙氣中的NOx還原成N₂和H₂O。該技(ji)術還可同(tong)步脫除(chu)二噁英(ying)、重金屬(shu)、汞及(ji)其(qi)他(ta)有毒物質，是一種資(zi)源回收型綜(zong)合(he)煙氣治理技(ji)術。

活性炭(tan)(tan)一體化工藝(yi)從煙氣(qi)和活性炭(tan)(tan)運動方式看可分為兩類(lei)：錯流(liu)式和(he)逆流(liu)式。錯流式中活性炭和煙氣分別作垂直運動和水平運動，兩者在運動方向垂直接觸，在國內應用相對較早，典型有太鋼、日照等。逆流(liu)式(shi)工藝中(zhong)活性(xing)炭自上而下、煙(yan)氣自下而上，兩者(zhe)逆流(liu)相向接觸，在國內河鋼邯(han)鋼將(jiang)逆流(liu)式(shi)工藝首次應用于燒結煙(yan)氣處理。

寶鋼湛江鋼鐵2臺新建的550m²燒結機同步配套建造2套燒結煙氣活性炭凈化系統，工藝流程如圖4所示。燒(shao)結煙氣活(huo)性(xing)炭凈化(hua)系統采用分(fen)層移(yi)動床型結構，每個(ge)吸附單元由左右對(dui)稱的(de)6個(ge)反應(ying)室(shi)(shi)組成，分(fen)別為(wei)前室(shi)(shi)、中室(shi)(shi)和(he)后室(shi)(shi)，在不同的(de)部位設有入口格柵、中間多孔板及出口微(wei)格柵。吸附塔空塔流速為(wei)0.15～0.20m/s。活性炭凈化系統自投(tou)運以來，各(ge)種污染物排放都優于(yu)設計指標(biao)。2017年4月經該系統處理前煙氣中SO₂質量濃度為410～640mg/m³，NOx質量濃度為230～370mg/m³，二噁英的毒性當量質量濃度為0.82～5.40ngTEQ/m³，處理后SO2質量濃度為1.2～8.0mg/m³，NOx質量濃度為90～140mg/m³，二噁英的毒性當量質量濃度下降至0.0023～0.008 9ngTEQ/m³，脫硫效率為98.5%～99.7%，脫硝效率為57.6%～69.5%，二噁英脫除率為99.4%～99.9%。

河鋼(gang)邯鋼(gang)在國內(nei)率先(xian)選用了逆流式活性炭選擇性催(cui)化(hua)還原(CSCR)凈(jing)化(hua)燒結煙(yan)氣工(gong)藝，工(gong)藝流程如圖5所示。SO2通過活性炭的吸(xi)附-解析(xi)，再經過催化氧化制成(cheng)濃硫酸，實現(xian)了資源(yuan)回收利用(yong)。通過脫(tuo)硫段后，在(zai)上升(sheng)的煙氣中進(jin)行噴氨，進(jin)入(ru)脫(tuo)硝段后在(zai)活性炭的催化作用下NOx轉化為(wei)N2和水(shui)進(jin)行脫(tuo)硝。2018年2月邯鋼西區燒結機投運了逆流式CSCR工藝，實現長周期穩定運行和較高的煙氣凈化效率，2018年上半年原始煙氣顆粒物質量濃度為50～130mg/m³，SO2質量濃度為750～900mg/m³，NOx質量濃度為300～400mg/m³，凈化后煙囪NOx排放質量濃度低于50mg/m³，SO2排放質量濃度低于10mg/m3，固體顆粒物排放質量濃度低于15mg/m³。

活性炭吸附(fu)法技(ji)(ji)術工藝簡單，占地面積小，是一種可同時去除(chu)粉塵(chen)、NOx、SO2等多污(wu)染物的煙(yan)氣凈化(hua)技(ji)(ji)術，且該技(ji)(ji)術資(zi)源(yuan)化(hua)利用率高(gao)(gao)，副產物為高(gao)(gao)質(zhi)量濃度SO2氣體，可用于制備濃硫酸(suan)或其他高(gao)(gao)附(fu)加值的單質(zhi)硫等，具有良(liang)好的發展前景。

2.1.4 臭氧(yang)氧(yang)化硫硝協(xie)同吸(xi)收技術

燒結煙(yan)氣臭氧氧化脫硝技術是(shi)通過氧化-吸收(shou)雙梯(ti)段(duan)的(de)功(gong)能耦合，利用現有脫硫(liu)塔對高價NOx和SO2進行協同吸收(shou)的(de)高效(xiao)脫硝技術。該技術主要是利用O3的強氧化性將NO氧化為高價態NOx(NO2或/和N2O5)，然后在脫硫塔內將NOx和SO2同時吸收轉化為硝酸鹽或硫酸鹽，脫硝效率隨O₃/NO物質的量之比增加、反應溫度優化等因素得到強化。煙氣中其他組分如SO₂、CO和HCl等，從熱力學和動力學分析，其與O₃反應速率均遠遠低于NOx的氧化反應速率，因此可實現O₃的選擇性氧化調控。

該技術首先通過臭氧發生器，制備強氧化劑O₃，通過臭氧分布器等設備噴入脫硫吸收塔前段煙道，O₃進入煙道后與煙氣中NO反應，通過定向調控的手段，將其氧化為高價NOx(NO₂或/和N2O5)，隨后高價NOx與SO₂一并進入后續的吸收反應塔系統，實現NOx和SO₂等多污染物的協同脫除。

目前國內應用臭氧氧化硫硝協同吸收工藝的燒結(球團)煙氣凈化工程有唐鋼中厚板240m²燒結機、唐鋼不銹鋼265m²燒結機、寶鋼梅鋼180m²燒結機、燕山鋼鐵300m²燒結機、津西鋼鐵265m2燒結機等。

唐鋼中厚板240m²燒結機臭氧氧化脫硝示范工程是基于國家重點研(yan)發(fa)計(ji)劃課題《燒結煙氣低(di)溫氧化(hua)脫硝技術及(ji)示(shi)范》所研(yan)發(fa)的臭氧氧化(hua)硫硝協(xie)同吸(xi)收技術，由中國科學院過(guo)程工程研(yan)究所和河鋼集(ji)團有(you)限公司(si)聯合開(kai)發(fa)，工藝(yi)流程如圖6所示(shi)，通過(guo)“梯級氧化(hua)”的設計(ji)理念(nian)，實現NOx超低(di)排放。該工程煙氣量為130萬m³/h，初始NOx質量濃度為370mg/m³，脫硝系統啟用后，結合現有密相干塔半干法脫硫吸收，可實現煙囪NOx排放質量濃度低于50mg/m³，滿足國家超低排放標準要求。唐鋼青龍爐料200萬(wan)t/年(nian)球團生產線，是河鋼集團有限公(gong)司承擔的國家重點研發(fa)計劃課題《球團煙氣多污染(ran)物超(chao)低排(pai)放(fang)技術及示范》的示范建(jian)設(she)點，將采(cai)用臭氧(yang)氧(yang)化+SDA+預荷電的超(chao)低排(pai)放(fang)技術路線，并于2019年(nian)開(kai)始建(jian)設(she)。

臭氧(yang)氧(yang)化硫(liu)硝協(xie)同吸收(shou)技(ji)術(shu)系統簡單(dan)，占地面積小，該技(ji)術(shu)適用于煙氣溫度較低的燒結(jie)機，在實現排放指標的同時(shi)，可減(jian)少(shao)投資和運行費用。通過臭氧的氧化作用，不易被吸收劑吸收的NO在煙道中被氧化為高價態NOx，可與SO₂一起在后續脫硫塔中同時被吸收，不需再配置獨立的脫硝裝置，同時不存在SO₃無法脫除的問題。

2.2 焦爐煙氣超低排放技術

焦爐煙氣具有低硫(80～300mg/m³⁾、高氮(600～1200mg/m3)的排放特征，同時含有因煤氣竄漏而產生的H₂S、HCN等非常規污染物。相對于150mg/m³⁾的國家特別排放限值和130mg/m³⁾的河北省超低排放限值，焦爐煙氣NOx排放遠遠超標。因此，NOx的深(shen)度治理成為(wei)焦爐煙氣超低排放(fang)技術的關鍵。

2.2.1 鈉基SDA脫(tuo)(tuo)硫(liu)耦合低溫SCR脫(tuo)(tuo)硝技術

焦爐煙氣進入SDA脫硫塔，與旋轉噴霧器霧化的Na₂CO₃飽和溶液充分接觸，完成SO₂的吸收;脫硫后的煙氣進入布袋除塵器，除塵后進行低溫SCR脫硝，凈化后的煙氣經煙道進行外排。該工藝(yi)先采(cai)用脫硫除(chu)塵，有利于改善脫硝反應環境。SDA脫(tuo)硫同時可將焦爐(lu)煙(yan)氣中的焦油、有機物(wu)等污染(ran)物(wu)部(bu)分(fen)去除，提高整(zheng)個(ge)工藝脫(tuo)除性能的穩(wen)定(ding)性。焦爐煙(yan)氣脫(tuo)硫后煙(yan)氣溫度低(di)(di)于(yu)180℃，需進行煙(yan)氣再熱達到低(di)(di)溫SCR脫(tuo)硝溫度區間。該(gai)工藝系(xi)統(tong)含有脫(tuo)硫(liu)塔、除塵器(qi)、脫(tuo)硝反應器(qi)、噴氨系(xi)統(tong)、熱風爐等組(zu)成，整套(tao)系(xi)統(tong)無廢水(shui)產生，脫(tuo)硫(liu)副產物可(ke)利用(yong)，焦爐煙氣可(ke)達到排(pai)放標準。目前，該(gai)技(ji)術在寶鋼(gang)(gang)(gang)湛江鋼(gang)(gang)(gang)鐵、山(shan)東(dong)鐵雄新沙、河(he)鋼(gang)(gang)(gang)邯鋼(gang)(gang)(gang)、鞍(an)鋼(gang)(gang)(gang)、河(he)鋼(gang)(gang)(gang)唐鋼(gang)(gang)(gang)等企業已獲得(de)廣泛應(ying)用。

中冶(ye)焦耐(大(da)連(lian))工(gong)(gong)程(cheng)技術(shu)有(you)限公司(si)在寶鋼湛(zhan)江(jiang)鋼鐵煉焦工(gong)(gong)序建立(li)了世界首(shou)臺(tai)套(tao)“SDA旋轉噴霧脫硫+低溫SCR脫硝(xiao)除塵”工(gong)(gong)程(cheng)，工(gong)(gong)藝流程(cheng)如圖(tu)7所示。該煉焦工序安裝4×65孔7m的頂裝焦爐，單座焦爐煙道廢氣量(180℃)約為26萬m³/h，原始煙氣顆粒物約為20mg/m³，采用混合煤氣作為燃料后的SO₂質量濃度約為80mg/m³，采用廢氣循環和分段加熱的燃燒控制技術后NOx可降至約500mg/m³。凈化后煙氣顆粒物排放質量濃度降低至5mg/m³以下，SO₂和NOx的排放質量濃度也分別降低至20和120mg/m³以下，低于國家特別排放限值。

該工藝(yi)采(cai)取(qu)先脫(tuo)(tuo)(tuo)硫的模式可(ke)(ke)以有效(xiao)控制后(hou)續脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)硫酸氫銨的生成，為低(di)溫高(gao)效(xiao)脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)創(chuang)造條件;一體化裝置可(ke)(ke)以集中(zhong)進行除塵、加(jia)熱(re)和脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)，減少管道輸送的熱(re)損耗(hao)，模塊化可(ke)(ke)提(ti)高(gao)脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)操(cao)作和檢修的靈活(huo)性;采(cai)用(yong)低(di)溫脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)催化劑可(ke)(ke)使脫(tuo)(tuo)(tuo)硫后(hou)的煙氣僅需小幅加(jia)熱(re)即可(ke)(ke)進行高(gao)效(xiao)率(lv)脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)。存在主要問題是旋(xuan)轉噴霧器成本較高，且進脫硝反應器的(de)煙氣溫度較低(di)，對脫硝催化劑的(de)性能(neng)提出了更高的(de)要求。

2.2.2 活性炭法一體化技術

該工藝采用活性炭能同時脫除焦爐煙氣中SO₂、NOx。焦爐煙氣(qi)先進入預熱鍋(guo)爐回(hui)收(shou)熱量，再冷卻降溫，然(ran)后進入活性炭吸附裝置(zhi)。吸附塔分為兩級，第一級先脫硫，焦爐煙氣中SO₂首先被吸附在活性炭表面，隨后在煙氣中O₂和水蒸氣存在的條件下，發生催化氧化反應。第二級脫硝，噴入NH3作為脫硝還原劑進行脫硝處理，反應生成N2和H₂O，實現NOx的脫除。在脫硫脫硝的同時，協同脫除H₂S、HCN等污染物。活性炭經過再生塔再生，可(ke)循(xun)環利用(yong)。凈化后的煙氣經增壓風機進入(ru)煙囪外排。

依托國家重點研發計劃課題《焦爐煙氣多污染物協同控制技術及示范》，中國科學院過程工程研究所、中冶焦耐(大連)工程技術有限公司、河鋼集團有限公司等單位聯合開發了活性炭法一體化技術，工藝流程如圖8所示。在該工藝中，兩段式吸附塔可以避免硫酸銨晶體影響脫硝效率的問題，同時結合焦爐煙氣SO₂初始質量濃度較低的特點，首次提出將再生得到的SO₂輸送至化產車間用于生產硫酸銨化學品，物理損耗的活性炭粉用于污水處理。

該工藝目前在唐鋼美錦焦炭廠分別建立了3000m³/h的小試平臺和30000m³/h的中試平臺。根據小試結果，可實現脫硝效率80%，煙氣出口SO₂質量濃度低于15mg/m³，NOx質量濃度低于150mg/m³。2019年，該技術將在唐鋼美錦150萬t/年焦爐上建立全煙氣示范工程。

活(huo)性炭法具(ju)有(you)系統(tong)占(zhan)地面積小(xiao)，所(suo)用(yong)物資(zi)均可(ke)市場采購(gou)，特別是(shi)該系統(tong)充分利用(yong)了(le)焦化系統(tong)的各項資(zi)源，沒有(you)新的污染(ran)物產生(sheng)的優點。但該工藝(yi)存在(zai)大規模改造應用的(de)經濟性較(jiao)差問題。

2.3 高爐爐料結構優化的硫硝源頭減排技術

噸球團礦的SO₂和NOx排放量僅為燒結礦的約1/2和1/3，提高高爐入爐原料中球團礦比例，有利于實現鋼鐵行業硫硝源頭減排。目前，國內外(wai)鋼鐵企(qi)業高爐(lu)冶煉球團礦比例如(ru)圖9所示(shi)。歐美國家的高爐球團(tuan)礦比例普遍(bian)在90%以上，瑞(rui)典(dian)SSAB廠為(wei)100%全球團(tuan)冶煉，墨(mo)西哥Monclova廠為(wei)93%，美國Ashland廠為(wei)90%。亞洲國家高爐球團礦占比普遍較(jiao)低：韓(han)國浦(pu)項光陽廠為(wei)(wei)12%，日本新日鐵為(wei)(wei)10%，中國河鋼集團平均為(wei)(wei)10%，主要是因為(wei)(wei)球團礦的堿(jian)度(du)較低(堿(jian)度(du)為(wei)(wei)0.1～0.2)。

制備球團的原料中，含有較多的堿性物，如CaO、MgO等，這些堿性物質將與球團過程中的酸性成分SO₂和NOx等發生化學反應，將SO₂和NOx削減在球團制備過程中，實現源頭抑制SO₂和NOx的目的;另外，高爐內部也由于原料中含有一定的堿物質，對高爐內部產生的SO₂和NOx酸性物質有很好的抑制效果。為保(bao)證高(gao)爐(lu)(lu)(lu)冶煉造(zao)渣(zha)的要求(qiu)(堿度(du)1.05～1.20)，熔劑(ji)性(堿度(du)0.8～1.0)球(qiu)團的生產和高(gao)爐(lu)(lu)(lu)爐(lu)(lu)(lu)料結構優化是提高(gao)高(gao)爐(lu)(lu)(lu)球(qiu)團比例(li)的關(guan)鍵技術(shu)，也是實現(xian)整個鋼鐵(tie)行(xing)業硫硝源頭減排(pai)的重要途(tu)徑。

河鋼集團有限公司承擔的國家重點研發計劃課題《基于高爐爐料結構優化的硫硝減排技術及示范》，開發了熔劑性球團生產和高爐爐料結構優化等關鍵技術，并在唐鋼不銹鋼550m³高爐建立示范工程，實現60%以上球團比例高爐冶煉的穩定運行。

通過高爐爐料優化增加球團礦用量，不僅可以從源頭和過程降低鋼鐵行業NOx和SO₂的排放，減輕末端治理壓力;還可降低高爐入爐焦比，提高煤氣利用率，達到節能減排的效果。

2.4 轉爐二次煙氣預荷電袋濾器除塵技術

轉爐(lu)煙(yan)氣(qi)分(fen)為一次(ci)煙(yan)氣(qi)和二次(ci)煙(yan)氣(qi)，其中(zhong)一次(ci)煙(yan)氣(qi)含有大量的CO，可(ke)通過濕法(fa)除塵(chen)、半干法(fa)除塵(chen)、干法(fa)除塵(chen)等除塵(chen)方(fang)式凈化后回收成(cheng)轉爐(lu)煤(mei)氣(qi)，整個系統外排(pai)污染物較少。二次轉(zhuan)爐二次煙氣(qi)主要污染物是煙粉(fen)塵(chen)，包括轉(zhuan)爐吹氧過(guo)程中(zhong)一次除塵(chen)外逸煙塵(chen)，同時在兌(dui)鐵水(shui)和出鋼水(shui)過(guo)程中(zhong)劇烈高溫反(fan)應產生的(de)顆(ke)粒物粉(fen)塵(chen)，具有煙氣(qi)溫度高、瞬間煙氣(qi)量大(da)、顆(ke)粒物粒徑(jing)小等特征。二次煙氣初始顆粒物質量濃度為3～5g/m³，主要成分為鐵氧化物，占40%～60%。

針(zhen)對(dui)轉(zhuan)爐(lu)二次煙氣的排放特征(zheng)，中鋼集團(tuan)天澄環保科技股份有限(xian)公(gong)司開發了預荷電袋濾器(qi)除(chu)塵技術，將預荷電和(he)直通式袋式除(chu)塵器(qi)復合形成一體化裝置，如(ru)圖(tu)10所示。粉(fen)塵預荷電后在濾袋表面將形成海綿狀粉(fen)餅結構，能(neng)提高凈化效率，同時(shi)降低運行(xing)阻力(li)。中鋼天澄在鞍鋼煉鋼總廠2×180t轉爐二次煙氣凈化項目中建成示范工程，處理風量2×60萬m³/h。2014年12月正式投運，截止目前持續穩定，運行可靠，顆粒物排放質量濃度低于10mg/m³，技術性能指標達到超低排放，運行阻力為700～1 000Pa，低于傳統袋式除塵器。目前，在日照鋼(gang)鐵(tie)、新余鋼(gang)鐵(tie)、正大特鋼(gang)、唐鋼(gang)青龍、柳鋼(gang)等得到推廣應(ying)用。

預荷電袋過濾技術可有效去除煙氣中PM2.5細顆粒物，排放質量濃度小于10mg/m³，可實現超低排放，是技術發展方向，適用于新建環保項目和環保提標改造;粉塵預荷電后袋式除塵器運行阻力為700～950Pa，比傳統袋式除塵器阻力下降40%以上，節能顯著;且預荷電裝置體積小、造價低、安裝方便、便于實施，應用前景廣闊。

3 結語

從目前全國(guo)鋼(gang)鐵(tie)企(qi)業超低排放(fang)開(kai)展情況來看，取得了較好的治理(li)效果(guo)，但在鋼(gang)鐵(tie)行業統籌(chou)規劃、污染物(wu)計量(liang)合理(li)性、非常規污染物(wu)管控(kong)、碳(tan)排放(fang)重視程度等方面仍存在一定(ding)問題(ti)。因(yin)此(ci)，對于下一步推動全國(guo)范圍內的(de)鋼(gang)鐵(tie)(tie)行(xing)(xing)業(ye)超低排(pai)放(fang)改造乃至鋼(gang)鐵(tie)(tie)行(xing)(xing)業(ye)的(de)環保發(fa)展，提(ti)出如下建議：

(1)生產技(ji)術綠色化。積極研發全(quan)(quan)氫冶(ye)煉技術(shu)、高(gao)爐高(gao)比例球(qiu)團(全(quan)(quan)球(qiu)團)冶(ye)煉等新技術(shu)，實(shi)現(xian)鋼鐵行業多污(wu)染物的大幅(fu)減排。

(2)污染(ran)計量合理(li)化。適當允許不同生(sheng)產工序(xu)之間(jian)污(wu)染物(wu)等量或(huo)減量置換，污(wu)染物(wu)計量由(you)“單工序(xu)獨立計量”向(xiang)“全流程總(zong)量折算”過渡(du)，形成噸鋼或(huo)噸鐵污(wu)染物(wu)排放的計算方(fang)式。

 

 

來源：《鋼鐵》  作者：于勇 朱廷鈺 劉霄龍

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