王 飛 張 奇 閆小燕 榮 宜
(中冶北方工程技術有限公司,遼寧 大連 116600)
隨著鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展,目前中國已是世界上鋼鐵產(chǎn)量最多的國家,而燒結(jié)球團作為鋼鐵生產(chǎn)過程中的工序,大量的煙氣排放,造成了嚴重的大氣污染。2019年4月,生態(tài)環(huán)保部、國家發(fā)展和改革委員會、工業(yè)和信息化部、財政部和交通運輸部五部委聯(lián)合印發(fā)《關于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》(環(huán)大氣〔2019〕35號),意見中要求“燒結(jié)機機頭、球團焙燒煙氣顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度小時均值分別不高于10、35、50 mg/m3”,針對該意見中超低排放的要求,并結(jié)合目前國內(nèi)燒結(jié)球團煙氣脫硫脫硝技術現(xiàn)狀,介紹幾種燒結(jié)球團煙氣超低排放技術工藝路線。
根據(jù)當前階段國內(nèi)煙氣凈化技術發(fā)展現(xiàn)狀及應用情況,針對燒結(jié)球團煙氣超低排放可采用的煙氣凈化工藝有:1)活性焦干法;2)半干法脫硫+布袋除塵+中溫SCR;3)濕法脫硫+濕式電除塵+中溫SCR,以上3種工藝路線均有工程實際應用,可以實現(xiàn)超低排放。
活性焦干法工藝在脫硫的同時,能夠?qū)崿F(xiàn)NOX、重金屬、二噁英類、顆粒物一體化脫除,是一種多污染物協(xié)同處理的煙氣凈化技術,已在鋼鐵行業(yè)廣泛應用,經(jīng)處理后的燒結(jié)球團煙氣可以實現(xiàn)超低排放的要求。
脫硫是通過活性焦的吸附性能,低溫時將氣體中SOX(SO2、SO3)吸附,在高溫時,活性焦發(fā)生脫附反應,二氧化硫回收利用生產(chǎn)商品濃硫酸,既可實現(xiàn)硫資源的有效回收利用,又能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益,降低或抵消一部分脫硫裝置的運行費用,同時活性焦恢復吸附性能,循環(huán)使用。
脫硝包括物理吸附和催化還原兩部分,通過物理吸附可脫除約15%的NOx;活性焦還具有催化活性,向煙氣中噴入氨后,在活性焦的催化作用下,氨與NOx(NO、NO2)發(fā)生選擇性催化還原反應生成氮氣和水,正常燒結(jié)球團煙氣溫度即可滿足催化反應溫度要求,不需要對煙氣進行升溫,節(jié)省能耗。
活性焦干法工藝流程見圖1。
圖1 活性焦吸附凈化工藝流程圖
活性焦干法工藝可實現(xiàn)SO2、NOx、顆粒物、二噁英、重金屬等污染物一體化脫除,并將SO2轉(zhuǎn)化為副產(chǎn)物硫酸等化工原料外銷。但該工藝的系統(tǒng)復雜、運行操作要求高、工程投資較高,由于活性焦的消耗量較大,運行成本主要取決于活性焦的品質(zhì)和市場價格。
脫硝工藝
半干法脫硫+布袋除塵+中溫SCR脫硝工藝是一種組合工藝,其中半干法脫硫工藝比較典型的是旋轉(zhuǎn)噴霧法(SDA工藝)和循環(huán)流化床法(CFB工藝),脫硝為中溫SCR(選擇性催化還原法),脫硝反應溫度區(qū)間為280~290 ℃。該組合工藝近年來在鋼鐵行業(yè)得到越來越多的應用,經(jīng)處理后的燒結(jié)球團煙氣可以實現(xiàn)超低排放的要求。
半干法脫硫工藝是將氫氧化鈣漿液噴入脫硫塔內(nèi),脫硫劑蒸發(fā)干燥的同時,與煙氣中的SO2發(fā)生反應生成亞硫酸鈣為主的脫硫灰,脫硫灰隨氣流進入袋式除塵器,回收的顆粒物經(jīng)過循環(huán)利用后外排。SCR脫硝主要是在一定溫度和催化劑存在的情況下,向煙氣中通入還原劑NH3,將煙氣中的NOx還原為無害的氮氣(N2)和水(H2O),同時將煙氣中的二噁英轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、HCl,它是目前國內(nèi)外應用最為成熟的煙氣脫硝工藝,脫硝效率最高,應用廣泛。
半干法脫硫+布袋除塵+中溫SCR脫硝工藝流程見圖2。
圖2 半干法脫硫+布袋除塵+中低溫SCR脫硝工藝流程圖
該組合工藝運行穩(wěn)定、設備無需防腐處理、工程投資適中,尤其適用于已配套半干法脫硫的項目,僅需要新建脫硝部分。但該組合工藝脫硝部分需要二次升溫,消耗大量的燃氣,且整個系統(tǒng)的阻力較活性焦工藝偏大,使得系統(tǒng)運行的能耗較高,此外脫硫副產(chǎn)物為脫硫灰,無法再利用時,只能堆置處理,易造成二次污染。
脫硝工藝
濕法脫硫+濕式電除塵+中溫SCR脫硝工藝也是一種組合工藝,其中濕法脫硫應用最多的是石灰石/石灰-石膏法,是國內(nèi)應用最早、技術最成熟、應用最為廣泛的脫硫工藝,由于濕法脫硫后煙氣中含水率較高,需配濕式電除塵器進行除塵,脫硫除塵后的燒結(jié)球團煙氣再進行脫硝,脫硝為中溫SCR(選擇性催化還原法),脫硝反應溫度區(qū)間為280~290 ℃。濕法脫硫工藝脫硫效率高,適合于處理SO2濃度較高(SO2濃度≥5 000 mg/Nm3)的煙氣,該組合工藝在煙氣SO2濃度較高的燒結(jié)球團項目中有較多的應用,經(jīng)處理后的燒結(jié)球團煙氣可以實現(xiàn)超低排放的要求。
濕法脫硫+濕式電除塵+中溫SCR脫硝工藝流程見圖3。
圖3 濕法脫硫+濕式電除塵+中溫SCR脫硝工藝流程圖
該組合工藝運行穩(wěn)定、脫硫脫硝效率高,但系統(tǒng)較復雜、設備發(fā)生腐蝕風險高,需要考慮消白的問題,且會產(chǎn)生大量的脫硫副產(chǎn)物石膏和廢水,石膏雜質(zhì)較多,品質(zhì)較低,不易利用,易造成二次污染。此外,該工藝系統(tǒng)阻力也偏大,脫硝部分也需要二次升溫,電耗、煤氣消耗和水耗高。
以上3種燒結(jié)球團煙氣超低排放工藝對比分析見表1。
表1 燒結(jié)球團煙氣超低排放工藝對比分析表
目前國內(nèi)已有很多燒結(jié)球團煙氣超低排放工藝得到應用,但都存在一定的缺點,需要繼續(xù)進行相應的改進和研發(fā)。針對上述3種燒結(jié)球團煙氣超低排放工藝對比情況,若考慮副產(chǎn)物的處置,項目周邊無可靠的可消納脫硫灰或石膏的建材等企業(yè),推薦采用活性焦干法工藝;若考慮工程投資省、運行維護方便,推薦采用半干法脫硫+布袋除塵+中溫SCR脫硝工藝;若燒結(jié)球團煙氣SO2濃度較高(SO2濃度≥5 000 mg/Nm3),推薦采用濕法脫硫+濕式電除塵+中溫SCR脫硝工藝。