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钢铁工业烧结烟气多污染物协同控制技术分析 邢芳芳1姜琪1张亚志2冀伟江2 1． 北京京诚嘉宇环境科技有限公司， 北京 100053; 2． 中冶京诚工程技术有限公司， 北京 100176 摘要 目前我国已实施的钢铁工业大气污染控制措施基本上都以控制一种污染物为目的， 而对于同时实现烧结脱硫、 脱硝、 脱二恶英和脱重金属等相关技术还处于起步阶段。基于我国钢铁工业烧结烟气各污染物的排放标准要求和污 染控制技术现状， 分析了国内外典型钢铁烧结烟气多污染物协同控制技术 活性炭吸附工艺、 MEＲOS 工艺、 EFA 曳 流吸收塔工艺、 LJS- FGD 多污染物协同净化工艺和催化氧化法综合清洁技术等五种技术的主要特点、 存在问题等， 并 对其技术经济及减排效果进行了分析比较。 关键词 烧结烟气; 多污染物; 协同控制 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201404018 THE ANALYSIS OF MULTI- POLLUTANT COLLABOＲATIVE CONTＲOL TECHNOLOGIES OF SINTEＲ FLUE GAS IN IＲON AND STEEL INDUSTＲY Xing Fangfang1Jiang Qi1Zhang Yazhi2Ji Weijiang2 1． CEＲI Eco Technology Co． ，Ltd，Beijing 100053，China; 2． MCC Capital Engineering ＆ Ｒesearch Incorporation Limited，Beijing 100176，China AbstractAt present，the air pollution control measures implemented in China’ s iron and steel industry are basically to control one pollutant for the purpose，while，the relevant measures for simultaneous desulfurization，denitrification，dioxins and heavy metals removal are still in their infancy． Based on the Chinese steel industry sintering flue gas pollutants emission standards and pollution control technologies，this paper analyzes the major characteristics，and existing problems of the domestic and foreign sintering flue gas typical multi- pollutant collaborative control technologies- activated carbon adsorption process，MEＲOS technology，EFA drag flow absorber craft，LJS- FGD collaborative multi- pollutant purification process and catalytic oxidation technology，also their technical economic data and the effect of emission reduction are analyzed and compared． Keywordssinter flue gas;multi- pollutant;collaborative control 收稿日期 2013 －07 －23 0引言 钢铁工业是高耗能、 高污染、 资源型产业， 排放的 典型大气污染物有 SO2、 烟粉尘、 NOx和二恶英等。 按长流程钢铁企业各工序大气污染物排放分析， 2011 年中国钢铁工业烧结工序 SO2、 烟粉尘和 NOx排放量 分别占总排放量的 81. 35、 39. 82 和 53. 56［1 ］ 数据取自 2011 年中国钢铁工业环境保护统计 ， 共 统计 84 家钢铁企业， 其粗钢产量占全国的 65， 数 据基本反映中国钢铁工业环保概况 。 自国家 “十一五” 规划纲要 将 SO2污染物总量 降低 10作为约束性指标以来， 钢铁企业做了大量 的减排工作， 特别是烧结工序 SO2排放量占到钢铁企 业总体 SO2排放量 70 以上， 烧结烟气实施脱硫成 为钢铁企业实现减排的重要手段， 在“十一五” 期间 实现了突破性进展。 截止到 2013 年 5 月， 全国钢铁工业配置脱硫系 统 372 套 454 台烧结机 ， 面积为 74 930 m2， 其中循 环流化床 32 套， 石灰石石膏法湿法 180 套， 氨法 31 套， 氧化镁法 20 套， 旋转喷雾 26 套。重点大中型钢 铁企业配置脱硫系统 236 套 291 台烧结机 ， 面积 58 042 m2， 其中循环流化床 26 套， 石灰石石膏法湿 法 90 套， 氨法 27 套， 氧化镁法 16 套， 旋转喷雾 25 57 大 气 污 染 防 治 Air Pollution Control 套。此外， 钢铁企业 2013 年在建的还有 46 台烧结 机。由于烧结烟气脱硝的复杂性， 各类脱硝技术尚未 在烧结烟气中广泛应用， 国内钢铁企业烧结机尚未有 实施烟气脱硝的实例［2 ］。 GB 286622012钢铁烧结、 球团工业大气污染 物排放标准 对 NOx和二恶英规定了排放限值要求， 严格 SO2、 颗粒物和氟化物的排放要求， 并针对环境 敏感地区规定了更严格的大气污染物特别排放限值， 具体新旧标准值对比见表 1。 面对新的排放标准， 为实现烧结烟气多污染物减 排目标， 从污染物减排技术措施的协同效应出发， 建 立全过程、 一体化的污染物协同减排和协同控制技术 体系。 表 1烧结烟气污染物排放新旧标准对比［3 ］ Table 1The new and old standards comparisons of sinter flue gas pollutants emission 生产工序或设施污染物项目浓度单位旧标准 新标准 2012. 10. 012014. 12. 31 现有企业 2015. 01. 01 起现有企业; 2012. 10. 01 起新建企业 特别 限值 监控位置 烧结机焙烧设备颗粒物mg/m3100805040 二氧化硫mg/m32 000600200180 氮氧化物mg/m3500300300 氟化物mg/m36644 二恶英ng- TEQ/m310. 50. 5 车间或生产设 施排气筒 1活性炭吸附工艺 活性炭吸附工艺在20 世纪50 年代从德国开始研 发， 20 世纪60 年代日本也开始研发， 不同企业之间进 行合作与技术转移以及自主开发， 形成了日本住友、 日 本 J- POWEＲ MET- Mitsui- BF 和德国 WKV 等几种主 流工艺。开发成功的活性焦 炭 脱硫与集成净化工艺 在世界各地多个领域得到了日益广泛的应用。其中， 在新日铁、 JFE、 浦项钢铁和太钢等大型钢铁企业烧结 烟气净化方面的应用， 取得了良好效果 ［ 4- 5 ］。 活性炭吸附工艺的原理是烧结机排出的烟气经 除尘器除尘后， 由主风机排出。烟气经升压鼓风机后 送往移动床吸收塔， 并在吸收塔入口处添加脱硝所需 的氨气。烟气中的 SOx、 NOx在吸收塔内进行反应， 所生成的硫酸和铵盐被活性炭吸附除去， 吸附了硫酸 和铵盐的活性炭送入脱离塔， 经加热至 400 ℃左右可 解吸出高浓度 SO2。解吸出的高浓度 SO2可以用来 生产高纯度硫磺 99. 9 以上 或浓硫酸 98 以 上 ; 再生后的活性炭经冷却筛去除杂质后送回吸收 塔进行循环使用。 存在问题 运行成本高， 设备庞大且造价高， 腐蚀 问题突出， 外围系统复杂， 活性炭反复使用后吸附率 降低消耗大， 活性炭再生能耗较高等。 2MEＲOS 工艺 MEＲOS MaximizedEmissionＲeducationof Sintering 工艺是欧洲西门子奥钢联针对烧结烟气中 SO2、 二恶英类污染物等控制开发的， 目前成功运用在 多台烧结机烟气脱硫及其他有害物质气体的处理 ［ 6 ］。 MEＲOS 工艺原理是利用熟石灰作为脱硫剂， 与 烧结废气中的所有酸性组分发生反应， 生成反应产 物。产生的主要反应是 2SO22Ca OH 22CaSO3 1/2H2O H2O 2CaSO3 1/2H2O O33H2O 2CaSO4 2H2O SO3 Ca OH 2 CaSO4 H2O 2Ca OH 22HCl CaCl2 Ca OH2 2H2O 2HF 2Ca OH 2 CaF2 2H2O 工艺特点 1 工艺简单， 运行稳定性好; 2 入口 温度要求低， 温度变化适应范围广; 3 可控性高， 脱 硫后的 SO2排放值稳定; 4 脱除二恶英和重金属。 存在问题 年运行费较高; 不能控制烧结烟气中 NOx; 在控制二恶英同时会产生混有二恶英的固体废 弃物。 3EFA 曳流吸收塔工艺 自 2006 年以来， EFA 半干法烧结烟气脱硫技术 先后在德国迪林根钢铁公司2 号180m2烧结机、 萨尔 茨吉特钢铁公司 192 m2烧结机和迪林根钢铁公司 3 号 258 m2烧结机脱硫项目得到成功应用。EFA 烧结 烟气脱硫技术在德国市场处于领先地位［7- 8 ］。 EFA 变速曳流式反应塔脱硫工艺， 作为半干法 脱硫工艺， 集成了布袋除尘器和反应物循环系统， 可 以同步脱除 SO2、 SO3、 HCl、 HF、 粉尘和二恶英等。 EFA 脱硫原理为 烟气中的酸性化合物在特定温度 范围内遇水时与 Ca OH 2进行反应， 活性炭主要用 67 环境工程 Environmental Engineering 于吸附烟气中的二恶英等有害成分， 最终的反应物为 干性的 CaSO3、 CaSO4、 CaCl2、 CaF2、 CaCO3和烧结粉 尘的混合物， 干性反应物在布袋除尘器内进行分离。 工艺特点 1 总投资低; 2 运行成本低 年运行 费用约为总投资的 1/12 ; 3 加入干燥吸收剂， 管道 和罐仓不发生结块和板结; 4 反应速度可调， 不会出 现结露现象; 5 低温脱硫效果好; 6 运动部件少， 维 护成本低。 存在问题 不能控制烧结烟气中 NOx; 在控制二 恶英同时会产生混有二恶英的固体废弃物。 4LJS- FGD 多组分污染物协同净化工艺 福建龙净环保股份有限公司经过对引进技术的 消化、 吸收和再创新， 开发出具有自主知识产权的 LJS- FGD 多组分污染物协同净化工艺以及相关的配 套装置。目前 LJS- FGD 工艺已经在宝钢集团梅钢公 司、 三钢、 昆钢等大型钢铁厂得到成功应用［9- 10 ］。 基本原理是 烟气从吸收塔底部进入， 经吸收塔 底的文丘里结构加速后与加入的吸收剂 消石灰 、 循环灰及水发生反应， 从而除去烟气中的 SOx、 HCl、 HF、 CO2等酸性气体， 通过喷入活性炭等吸附剂， 可 以同步脱除烟气中的二恶英、 重金属等， 实现多组分 污染物的协同净化。 工艺特点 1 对烧结机烟气 SO2浓度波动具有 良好的适应性; 2 对烧结机烟气量波动具有良好的 适应性; 3 整个吸收塔反应器为空塔结构， 维护简 单; 4 烟气无需再热、 整套装置及烟囱不需要防腐， 可以利用老烟囱进行排烟; 5 系统性能指标高， 排烟 透明， 污染物排放浓度低; 6 没有废水产生， 无二次 污染; 7 副产物为干粉态， 方便存储、 运输和综合利 用。 存在问题 为保证系统可靠性， 采用了较多的进 口工艺设备， 造价相对较高; 副产物的应用范围有待 于进一步拓宽。 5催化氧化法综合清洁技术 催化氧化法烟气综合清洁技术是一项能够同时 进行脱硫、 脱硝、 脱汞的技术。 催化氧化法烟气综合清洁来源于以色列 Lextran 公司， 当烟气中SO2、 NOx NO 需被氧化 遇水形成的亚 硫酸根及亚硝酸时， 利用催化氧化剂对亚硫酸根及亚 硝酸根的强力捕捉能力从而去除烟气中的 SO2、 NOx。 烟气与含有催化剂的循环液在吸收塔内逆向流 动接触时， 亚硫酸根、 亚硝酸根被催化剂捕捉， 在氧气 存在的条件下被氧化成为稀硫酸或稀硝酸。在加入 中和剂 氨水 的情况下， 最终反应生成硫酸铵或硝 酸铵化肥。 在脱硫脱硝的同时， 该催化氧化剂对汞等重金属 也具有极强的物理溶解吸附效果， 从而去除烟气中的 汞等重金属。 技术特点 1 脱硫效果高， 出口烟气 SO2可达到 排放浓度≤50 mg/m3; 2 对于烟气温度、 SO2浓度和 烟气量适应性强; 3 系统运行稳定、 可靠， 无管道堵 塞、 结垢现象; 4 资源利用优势， 利用焦化厂蒸氨后 氨水， 降低焦化厂废水处理负荷; 5 脱硫剂 催化氧 化剂 循环使用， 并可生产高附加值的硫酸铵产品; 6 对烧结机主系统无影响， 与烧结机主系统同步率 为 98以上。 存在问题 目前有机催化剂需进口， 尚未国产化， 价格较高。 6技术经济及减排效果对比 表 2 分析比较了上述五种烧结烟气多污染物协 同控制技术的技术经济及减排效果， 结果如下 1 MEＲOS 工艺和 EFA 吸收塔工艺不能控制烧 结烟气中 NOx， 催化氧化法不能控制二恶英。 2 活性炭吸附工艺的单位烧结面积投资最高， 是 LJS- FGD 工艺的 3 倍多; MEＲOS 工艺的单位烧结 矿运行费最高， 是 LJS- FGD 工艺的近 3 倍。 3 催化氧化法综合清洁技术属于湿法， 脱硝效 率高， 单位烧结矿运行成本低， 最终生成硫酸铵或硝 酸铵化肥。 4 前四种技术均属于干法脱硫技术， 投资高、 运 行成本高， 活性炭再生能耗较高， 脱硫渣的处理再利 用是目前重点发展方向。 7结语 目前我国已实施的钢铁工业大气污染控制措施 基本上都以控制一种污染物为目的， 而对于同时实现 烧结脱硫、 脱硝、 脱二恶英和脱重金属等相关技术尚 处于起步阶段， 世界上的工程应用也不多。一方面， 我国烧结烟气污染物控制应根据自身特点， 对各种有 成功业绩的工艺技术进行合理消化吸收， 在此基础上 加快发展适合我国国情的技术和设备， 降低投资和运 行费用， 并加紧研发脱硫副产品利用技术， 开发适宜 我国烧结烟气多污染物全过程、 一体化协同治理的技 术体系。另一方面， 针对重点区域大气污染防治 “十二五” 规划 中划定的重点控制区和一般控制区， 77 大 气 污 染 防 治 Air Pollution Control 表 2烧结烟气多污染物协同控制技术的技术经济及减排效果对比 Table 2The technical and economic data and emission reduction comparisons of sinter flue gas multi- pollutant collaborative control technologies 项目 活性炭吸附 工艺 MEＲOS 工艺EFA 吸收塔工艺 LJS- FGD 工艺 催化氧化法综合 清洁技术 我国钢企应用项目太钢［11 ］马钢［6 ］梅钢［12 ］ 烧结机面积/m2450 300400 处理烟气量/ 万 m3 h －1 14452240 烧结矿产量/ 万 t a －1 499. 8172. 5411. 84 脱除 SO2/ 98. 8√√96. 498. 74 脱除 NOx/ 6111. 5～80 脱除 PCDD/Fs/90 ＞98√√ 脱除重金属/ √＞95√√～90 Hg 脱除粉尘/ 82. 6＞99√99. 1＞70 脱除 HCl、 HF/ √～95√√√ 总投资/万元33508. 371260080008350 SO2排放浓度/ mg m －3 7. 5≤200＜200 实际运行值50. 76＜50 NOx排放浓度/ mg m －3 101. 33184 颗粒物排放浓度/ mg m －3 17. 13≤50＜206. 12＜30 单位烧结面积烟气净化投资/ 万元 m－274. 46422031. 5 年运行费/ 万元 a －1 4873. 162613. 42323. 181842 每吨烧结矿运行费/ 元 t －1 9. 7515. 155. 61. 81 废水排放无无无无无 固废/ t a －1 活性焦 2953， 另 排放除尘灰 840 硫酸钙 205， 活性 炭 416， 废气灰 832 亚硫酸钙亚硫酸钙 副产品 硫酸铵或 硝酸铵化肥 实施差异化的控制要求和污染防治策略， 例如 处于 划定的重点控制区和环境敏感地区的城市钢厂， 其烧 结烟气控制技术采用各污染物脱除效率均较高的活 性炭吸附工艺， 其他区域可根据各自情况选择 LJS- FGD 等多效协同控制工艺。 参考文献 ［1］中国钢铁工业协会信息统计部， 中国统计学会冶金统计分会． 中国钢铁工业环境保护统计 2011， 2012 年［ G］ . ［2］刘大钧， 魏有权， 杨丽琴． 我国钢铁生产企业氮氧化物减排形 势研究［J］． 环境工程， 2012， 30 5 118- 123， 126. ［3］GB 286622012 钢铁烧结、 球团工业大气污染物排放标准 ［S］． ［4］高继贤， 刘静， 曾艳， 等． 活性焦 炭 干法烧结烟气净化技术在 钢铁行业的应用与分析 Ⅰ 工艺与技术经济分析［J］． 烧结球团， 2012， 37 1 65- 69. ［5］高继贤， 刘静， 曾艳， 等． 活性焦 炭 干法烧结烟气净化技术在 钢铁行业的应用与分析 Ⅱ 工程应用［J］ ． 烧结球团， 2012， 37 2 61- 66. ［6］吴朝刚， 刘长青， 宋磊， 等． MEＲOS 脱硫工艺技术在马钢300m2 烧结机的应用［C］/ /2011 年全国烧结烟气脱硫技术交流会文 集， 2011. ［7］Walter Harlig，Dany Labar，Franz Ｒeufer． 德国迪林根 ＲOGESA 钢铁公司 2 号烧结机 EFA 烟气处理系统及其运转情况［J］． 烧结球团， 2009， 34 6 20- 24. ［8］王以飞， 孙金荣， 沈玉根， 等． EFA 半干法烧结烟气脱硫技术应 用分析［C］/ /2011 年全国烧结烟气脱硫技术交流会文集， 2011. ［9］詹威全， 陈树发， 王永桥， 等． LJS- FGD 多组分污染物协同净化 工艺应用现状［C］/ /2011 年全国烧结烟气脱硫技术交流会文 集， 2011. ［ 10］李奇勇． 烧结烟气半干法选择性脱硫新技术应用［J］． 环境工 程， 2008， 26 2 7- 9． ［ 11］赵德生． 太钢 450m2烧结机烟气脱硫脱硝工艺实践［C］/ / 2011 年全国烧结烟气脱硫技术交流会文集， 2011. ［ 12］朱正林． 宝钢股份梅钢分公司 4400 m2烧结机烟气干法脱硫 项目总结［C］/ /2011 年全国烧结烟气脱硫技术交流会文集， 2011. 第一作者 邢芳芳 1983 － ， 女， 硕士， 工程师， 主要从事钢铁工业环境 保护技术研究。xingfanger2003163． com 87 环境工程 Environmental Engineering