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钢铁行业烧结烟气脱硫现状及协同治理对策建议 赵春丽吴铁伯鑫苏艺 环境保护部环境工程评估中心，北京 100012 摘要 根据目前我国烧结烟气脱硫现状， 分析烧结脱硫存在不足。结合 2012 年钢铁行业新标准的颁布和我国大气污 染防治行动计划， 分析我国烧结机头烟气协同治理的必要性和迫切性。提出我国烧结烟气协同治理应以 LJS 新型干 法脱硫脱硝一体化技术和活性炭/焦吸附法为代表的干法工艺为主， 同时推广应用烧结机烟气循环新技术; 提出钢铁 企业环保设施应采用 BOT、 BOO 等新的运营和管理模式; 建议国家应制订相应政策提高钢铁企业积极性并确保市场 公平竞争。 关键词 钢铁行业; 烧结脱硫; 协同治理; 对策建议 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201410018 THE STATUS QUO OF SINTEＲING FLUE GAS DESULFUＲIZATION OF IＲON ＆ STEEL INDUSTＲY AND POLLUTANTS CO- TＲEATMENT SUGGESTION Zhao ChunliWu TieBo XinSu Yi Appraisal Center for Environment ＆ Engineering，Ministry of Environmental Protection，Beijing 100012，China AbstractOn the basis of knowing the status quo of sintering flue gas desulfurization， it is analysed its problems． According to the new standard of steel industry and Chinese air pollution prevention and control action，it is also analysed the necessity and urgency of sintering flue gas co- processing． According to the present situation of sintering flue gas desulphurization processing and on the basis of comparison of main characteristics of desulphurization processes，put forward the technology and management proposal of pollutants co- processing． Mean while the new circulating technology of the flue gas from sintering machine should be popularized;BOT and BOO operation and management modes should be used for environmental facilities． Keywordsiron ＆ steel industry;sintering flue gas desulfurization;pollutants co- treatment 收稿日期 2014 －03 －10 0引言 钢铁企业排放废气中典型污染物主要包括烟粉 尘、 SO2、 NOx、 二恶英和氟化物等。钢铁工业协会统 计数据显示， 2012 年重点统计钢铁企业排放烟粉尘 44 万 t， 占全国工业烟粉尘排放量的 23; SO268 万 t， 占全国工业 SO2排放量的 10. 3; NOx排放量约占全 国工业排放量的 6. 8左右; 二恶英排放量占全国工 业排放量的 33。传统的长流程钢铁企业污染物 中， 50的烟粉尘和 NOx， 60 以上的 SO2， 90 的二 恶英排放来自烧结工序。因此， 烧结烟气是钢铁企业 废气污染防治的重中之重。 1我国烧结烟气脱硫现状 烧结烟气脱硫已成为发展趋势。自 2004 年广州 钢铁厂烧结机采用双碱法脱硫以来， 钢铁行业烧结脱 硫经过近10 年的发展取得了突破性进展， 尤其是 “十 一五” 以来， 根据国家环境保护政策要求， 钢铁企业 不断加大环境治理工作力度， 烧结机烟气脱硫设施快 速增加。截止到 2012 年底共有 389 台烧结机安装脱 硫设施， 烧结机脱硫面积 63 200 m2， 占烧结机总面积 的 48. 6。钢铁工业协会统计数据显示， 废气中二 氧化硫排放总量和吨钢排放量均呈逐年下降趋势。 烧结烟气脱硫主流工艺已基本形成。目前采用 的脱硫技术主要有湿法、 半 干法。湿法技术主要 有石灰石 － 石膏法、 氨法、 氧化镁法、 双碱法、 离子液 法; 半 干法技术主要有 LJS 循环流化床法、 ENS 法、 密相干塔法、 GSCA 双循环流化床法、 MEＲOS 烟 道喷射法、 活性炭吸附法、 NID 烟道循环法、 SDA 旋转 67 环境工程 Environmental Engineering 喷雾法等。其中湿法脱硫比例较大占 78， 其余为 半干法脱硫。湿法脱硫中以石灰石 － 石膏法为主， 约 占湿法脱硫的 54. 4; 半 干法脱硫中以循环流化 床为主， 约占 半 干法脱硫的 41. 7。 烧结烟气脱硫取得显著效果。一方面， 烧结机烟 气脱硫设施设计制造能力和运行经验明显提高; 另一 方面， 截止到 2012 年烧结工序吨产品 SO2排放量由 2010 年的 1. 89 kg 下降到 1. 77 kg， 排放强度较 2010 年降低 6. 3， 减排二氧化硫 11. 89 万 t。 2烧结烟气脱硫存在的不足 2. 1烧结烟气脱硫覆盖率低， 烟气超标排放 截至 2012 年底， 我国已建成投运烧结脱硫设施 389 台， 而目前全国共有烧结机超过 1 200 台， 已建成 烧结脱硫覆盖率不足 1/3。GB 286622012钢铁烧 结、 球团工业大气污染物排放标准 已于 2012 年开始 实施， 显然 2/3 未脱硫烧结机机头烟气 SO2排放浓度 不能满足现有企业600 mg/m3标准限值要求。因此， 约有 2/3 以上烧结机机头烟气超标排放。 2. 2脱硫工程粗制滥造， 脱硫率投运率低 经调查， 我国烧结烟气脱硫市场混乱， 简单模仿、 低质低价、 恶性竞争现象普遍; 防腐、 外保温、 副产物 处理等环节缺失; 普遍缺乏有效的运营维护， 设备故 障率高， 投运率低。2012 年相关环保部门核查结果 显示， 全国平均综合脱硫效率仅为 38. 6。 2. 3脱硫副产物难以利用， 易造成二次污染 湿法脱硫副产物硫酸钙含量能达 80 以上， 目 前主要用于水泥缓释剂、 脱硫石膏板等建筑材料。 半 干法脱硫副产物以亚硫酸钙为主， 其含量可达 40， 硫酸钙含量约占 20， 氧化钙占 20， 氧化铁 及其他杂质占 20。过高的亚硫酸钙含量使其在用 作水泥混凝土掺和料时受到限制; 脱硫灰中游离氧化 钙含量较高， 造成其在长期水化过程中不断生成氢氧 化钙， 致使含脱硫灰渣材料的制品体积不断膨胀， 以 至于开裂。目前国内对于 半 干法产生的脱硫灰多 以回填废矿坑、 选择专门的堆场堆放等方式处理， 不 仅占用土地， 还可能污染土壤和地下水。 2. 4脱硫设施功能单一， 协同控制考虑不周 GB 286622012 排放标准对烧结机头 SO2、 NOx、 烟粉尘、 二恶英 4 种污染因子提出了控制要求， 根据国内某先进钢铁企业实际监测值， 烧结机头氮氧 化物和二恶英排放不能达标或不能稳定达标。但目 前大多数烧结脱硫设施对 NOx、 二恶英的去除缺乏综 合考虑， 造成废气处理多套设备、 多重投资， 一次投入 和运行费用均较高。 3烧结机烟气协同治理的必要性和紧迫性 近期国务院印发的大气污染防治行动计划中明 确提出“加快重点行业脱硫、 脱硝、 除尘改造工程建 设。所有钢铁企业的烧结机和球团生产设备等都要 安装脱硫设施” ; 且 2012 年开始实施的 GB 28662 2012 要求， 自2015 年1 月1 日起， 现有企业 SO2排放 需达到 200 mg/m3标准要求 新旧标准对比详见 表 1 ， 这意味着现有约 800 台烧结机将面临选择烧 结脱硫工艺、 安装脱硫设施的急迫形势。另外， 因新 标准对二恶英和氮氧化物提出排放限值要求， 且目前 有限的监测结果显示烧结机头在不采取任何治理措 施的情况下 NOx和二恶英无法稳定达标。因此， 实施 烧结机头烟气脱硫脱硝脱二恶英协同治理， 是钢铁企 业的必然选择; 选择技术可靠、 经济合理的协同控制 技术是大多数钢铁企业面临的棘手问题。 表 1钢铁烧结机烟气污染排放控制新标准与原标准对比 Table 1Contrast between new standard and old standard of sintering fume emission of iron and steel industry 污染源污染物原标准 新源新标准 新源 烧结机焙烧设备颗粒物100 mg/m350 mg/m3 SO2 2 000 mg/m3200 mg/m3 NOx 300 mg/m3 二恶英类0. 5ng- TEQ/m3 4烧结机烟气协同治理技术发展方向及管理建议 烧结烟气多污染物协同治理是指通过一项技术 或多项技术组合， 以单元环节或单元环保设备链接、 匹配耦合， 达到对多种污染物综合去除的目的。 4. 1烧结机烟气协同治理技术发展方向 日本烧结烟气多污染物治理技术水平居于世界 领先地位， 针对烧结烟气 SO2、 NOx、 二恶英等污染物 协同治理， 主要采用活性炭/焦吸附工艺， 该工艺可脱 除 SO2、 NOx、 二恶英和重金属， 且可实现烟气中 SO 2 的回收， 配套建设 SO2制酸装置生产硫酸。但其投资 大、 流程长、 占地面积大的特点， 限制了该工艺在我国 的推广使用。太原钢铁集团 450m2烧结机头烟气污 染控制项目引进了该技术， 实际运行效果显示， 其脱 硫效率达 95以上， 除尘效率达 99. 5， 脱硝效率达 33， 脱二恶英效率达 80， 炭质粉末可用于焦炉、 烧结、 高炉生产， 实现脱硫产物零排放， 年可减少 SO2 排放量 1. 6 万 t，NOx排放量2 200 t， 制酸系统年可制 备 98的浓硫酸 2. 2 万 t 回用轧钢生产。 77 大 气 污 染 防 治 Air Pollution Control 欧洲西门子奥钢联针对烧结烟气中 SO2、 二恶英 类污染物等的控制开发了 MEＲOS 工艺， 该工艺相对 于活性炭工艺来说， 投资较低、 流程短、 占地小。马鞍 山钢铁集团 300 m2烧结机采用了此工艺。但马钢对 该工艺的二恶英脱除效果尚未作监测。 德国迪林根 ＲOGESA 钢铁公司针对 SO2、 二恶 英、 HF 和重金属等污染物开发了 PAUL WUＲTH 曳 流吸收塔工艺， 同 MEＲOS 工艺类似， 该工艺不能控 制烧结烟气中 NOx。 我国福建龙净环保股份有限公司目前在循环流 化床为核心的干法烟气净化技术基础上， 开发出 LJS 新型干法脱硫脱硝一体化技术， 即在 LJS 基础上增加 脱硝剂， 该技术可使用一种吸收剂 消石灰 在同一 个吸收塔内同时完成脱硫脱硝过程， 投资低， 占地小， 可实现除尘脱硫脱硝除重金属等烟气协同治理。该 技术目前已用于玻璃窑烟气脱硫脱硝， 脱硝效率可达 70， 但尚未应用在钢铁企业， 目前正在某钢铁企业 进行中试。 火电厂脱硝应用较为广泛的是 SCＲ 工艺， 但烧 结烟气 NOx浓度较火电厂低， 一般在140 ～500 mg/m3， 且 SCＲ 需要的烟气温度为 350 ℃， 若采用 SCＲ 工艺 脱硝， 烧结烟气需再加热， 投资大， 运行能耗高， 且脱 硫和脱硝需分别设置独立的脱除系统， 因此， 从经济 合理性和技术可行性角度分析， SCＲ 工艺不适用于烧 结烟气治理。 宁波钢铁有限公司采用的烧结机烟气循环新技 术， 通过对烧结废气低温余热循环利用， 烧结工序总 能耗可降低 3 以上， 此外， 由于排放烟气量的减少 和 SO2、 HCl、 HF 浓度富集， 脱硫效率提高， 脱硫设施 对 HCl、 HF 的脱除效果明显提高， 颗粒物排放量也因 烟气量减少而减少， 二恶英和 NOx绝大部分被烧结 机料床分解， 宁钢采用该技术后减排效果明显。 根据以上分析， 上述几种技术各有特点。活性 炭/焦吸附工艺和 MEＲOS 工艺目前应用于烧结烟气 已较成熟， 但从成本和占地等因素考虑， 这两种工艺 无明显优势。从脱除 NOx的需求来看， 活性炭/焦吸 附工艺值得推荐。目前国际上， 西欧烧结厂采用的均 是 半 干法烟气脱硫， 日本从 2000 年开始对二恶英 控制以来， 烧结机烟气治理均采用活性炭吸附。根据 烧结烟气波动及烟气污染成分特点， 结合我国目前对 环境保护的要求， 应以活性炭/焦吸附法为代表的干 法工艺为主， 同时推广应用烧结机烟气循环新技术。 4. 2钢铁企业转变环保设施运营和管理模式 如前述， 我国目前烧结脱硫覆盖率不到 1/3， 且 存在烧结脱硫工程质量低劣， 脱硫效率低等问题。目 前部分企业实际运行结果表明， 脱硫公司负责运行维 护的脱硫设施运行效果明显优于钢铁企业负责运行 维护的脱硫设施。因此， 建议环保行政主管部门应联 合发改、 工信对烧结机头烟气协同治理等环保设施的 设计、 施工、 采购和运行实施全过程监管， 切实保障环 保工程质量， 发挥环保工程减排实效。此外， 应鼓励 企业对环保设施采用 BOT 建设、 经营、 移交 、 BOO 建设、 拥有、 运营” 等新的运营和管理模式， 解决目 前钢铁企业经济效益低下但又面临减排压力的难题。 4. 3国家应制订相应政策提高企业积极性并确保市 场公平竞争 我国为控制燃煤电厂污染， 陆续出台燃煤发电机 组脱硫脱硝电价优惠政策， 2007 年 5 月燃煤发电机 组脱硫电价及脱硫设施运行管理办法 试行 发改 价格［ 2007］ 1176 号 、 2012 年 12 月国家发展改革 委关于扩大脱硝电价政策试点范围有关问题的通 知 发改价格［ 2012］ 4095 号 以及关于加快燃煤 电厂脱硝设施验收及落实脱硝电价政策有关工作的 通知 环办［ 2013］ 21 号 等一系列政策的实施， 一 方面提高了燃煤电厂安装脱硫设施的积极性， 另一方 面大大提高了脱硫设施建设质量、 投运率和脱硫效 率。根据上述优惠政策， 经估算， 2 台 1 000 MW 燃煤 发电机组， 发电量175 亿 kW h， 每年可获脱硫脱硝补 贴 4. 025 亿元。 根据环境保护部 2012 年环境统计年报， 调查统 计的 41 个工业行业中， 二氧化硫排放量位于前 3 位 的行业依次为电力、 热力生产和供应业， 黑色金属冶 炼及压延加工业， 非金属矿物制品业。目前我国电力 行业脱硫脱硝技术及配套优惠政策已基本成熟、 稳 定， 而二氧化硫排放量仅次于电力的钢铁行业尚无相 关优惠政策。另据了解规范运营环保设施的钢铁企 业每天的脱硫运行费用为 5 万 ～6 万元， 而钢铁企业 近两年均处于微利运营状态， 政府环保违法处罚力度 偏软， 市场调整手段缺乏， 导致守法者吃亏、 违法者获 利的扭曲现象。 因此， 建议环保部联合发改委出台烟气协同治理 补贴政策和惩治环保违法的法律法规， 此外， 钢铁行 业应严格执行差别电价、 水价政策， 用政府和市场 下转第 103 页 87 环境工程 Environmental Engineering ［ 10］席北斗， 刘鸿亮， 孟伟， 等． 高效复合微生物菌群在垃圾堆肥中 的应用［J］． 环境科学， 2001， 22 5 122- 125. ［ 11］Asano Ｒ， Otawa K， Ozutsumi Y， et al． Development and analysis of microbial characteristics of an acidulocomposting system for the treatment of garbage and cattle manure［J］ ． Journal of Bioscience and Bioengineering， 2010， 110 4 419- 425. ［ 12］赵明梅， 牛明芬， 何随成， 等． 不同微生物菌剂对牛粪堆肥发酵 影响的研究［J］． 农业环境科学学报， 2007， 26 B10 587- 590. ［ 13］李玉红， 王岩， 李清飞． 外源微生物对牛粪高温堆肥的影响 ［J］． 农业环境科学学报， 2006， 25 B09 609- 612. ［ 14］牛明芬， 赵明梅， 何随成， 等． 微生物菌剂对有机废弃物堆肥发 酵的影响［J］． 沈阳建筑大学学报， 2008， 24 3 468- 471. ［ 15］李国学， 黄懿梅， 姜华． 不同堆肥材料及引入外源微生物对高 温堆肥腐熟度影响的研究［J］ ． 应用与环境生物学报， 1999， 5 1 139- 142. ［ 16］庞金华， 程平宏． 两种微生物制剂对猪粪堆肥的效果［J］． 农 业环境保护， 1998， 17 2 71- 73. ［ 17］李瑜， 王琦， 陈五岭． 牛粪堆肥高效降解菌的筛选及复合微生 物菌剂的制备［J］ ． 安徽农业科学， 2008， 36 35 1565- 1565. ［ 18］黄懿梅， 苟春林， 梁军峰． 两种添加剂对牛粪秸秆堆肥化中氮 素损失的控制效果探讨［ J］ ． 农业环境科学学报， 2008， 27 3 1219- 1225. ［ 19］雷大鹏，黄为一，王效华． 发酵基质含水率对牛粪好氧堆肥发 酵产热的影响［J］ ． 生态与农村环境学报， 2011， 27 5 54- 57. ［ 20］中国土壤学会． 土壤农业化学分析方法［M］ ． 北京 中国农业 科技出版社， 2000． ［ 21］张嘉超， 曾光明， 喻曼， 等． 农业废物好氧堆肥过程因子对细菌 群落结构的影响［ J］ ． 环境科学学报， 2010， 30 5 1002- 1010． ［ 22］曾光明， 黄国和， 袁兴中， 等． 堆肥环境生物与控制［M］． 北京 科学出版社， 2006 361. ［ 23］Tang J C， Maie N， Tada Y， et al． Characterization of the maturing process of cattle manure compost［J］． Process Biochemistry， 2006， 41 2 380- 389. ［ 24］Miyatake F， Iwabuchi K． Effect of high compost temperature on enzymatic activity and species diversity of culturable bacteria in cattle manure compost［J］．Bioresource Technology， 2005， 96 16 1821- 1825. ［ 25］Goyal S， Dhull S K， Kapoor K K． Chemical and biological changes during composting of different organic wastes and assessment of compost maturity［J］． Bioresource Technology， 2005， 96 14 1584- 1591. ［ 26］王岩， 娄新乾， 王文亮， 等． 水分调节材料对牛粪堆肥氨气挥发 的影响［J］． 农村生态环境， 2003， 19 4 56- 58. ［ 27］朴哲， 崔宗均， 苏宝林． 高温堆肥的生物化学变化特征及植物抑 制物质的降解规律［ J］ ． 农业环境保护， 2001， 20 4 206- 209. ［ 28］王飞， 张硕． 填充物和初始 pH 值对猪粪堆肥效果的影响［J］． 浙江农业科学， 2005 4 298- 300. ［ 29］栾冬梅， 关静姝， 徐瑨， 等． 碳氮比对牛粪好氧堆肥过程的影响 ［J］． 东北农业大学学报， 2008， 39 8 77- 81. ［ 30］高伟， 郑国砥， 高定， 等． 堆肥处理过程中猪粪有机物的动态变 化特征［J］． 环境科学， 2006， 27 5 986- 990. ［ 31］贺琪， 李国学， 张亚宁， 等． 高温堆肥过程中的氮素损失及其变 化规律［J］． 农业环境科学学报， 2005， 24 1 169- 173. ［ 32］杨延梅， 刘鸿亮， 杨志峰， 等． 控制堆肥过程中氮素损失的途径 和方法综述［J］． 北京师范大学学报． 自然科学版， 2005， 41 2 213- 216. ［ 33］李艳霞， 王敏健， 王菊思． 有机固体废弃物堆肥的腐熟度参数 及指标［J］． 环境科学， 1999， 20 2 98- 103． 第一作者 马溪曼 1989 － ， 女， 硕士研究生。dismark sina． com 通讯作者 李群良 1974 － ， 博士， 副教授， 主要研究方向为有机废弃 物资源化利用 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 。 上接第 78 页 “两只手” ， 确保钢铁企业市场的公平竞争， 充分调动 钢铁企业安装协同治理设施的积极性， 实现污染物 减排。 参考文献 ［1］顾兵， 何申富， 姜创业． SDA 脱硫工艺在烧结烟气脱硫中的应 用［J］． 环境工程， 2013， 31 2 53- 56. ［2］刘涛．“十一五” 烧结脱硫现状及 “十二五” 形式分析［C］∥第 八届中国钢铁年会论文集， 2011. ［3］朱廷钰． 烧结烟气净化技术［ M］ ． 北京 化学工业出版社， 2009. ［4］李新创， 李春风， 李冰， 等． 烧结烟气干法脱硫副产物理化性质 及应用探索［J］ ． 环境工程， 2011， 29 S1 141- 145. ［5］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. ［6］吴晓青． 我国大气氮氧化物污染控制现状存在的问题与对策建 议［J］． 中国科技产业， 2009 8 13- 16. ［7］魏淑娟， 王爽， 周然． 我国烧结烟气脱硫现状及脱硝技术研究 ［J］． 环境工程， 2014， 32 2 95- 97. ［8］李强． 太钢烧结烟气二恶英减排技术应用及分析［J］． 环境工 程， 2013， 31 4 93- 96. ［9］赵瑞壮． 钢铁烧结机烟气多污染物协同控制技术评述［C］∥中 国环境科学学会学术年会论文集， 2013. ［ 10］吴天月． 宁钢烧结机烟气循环新技术的应用［J］． 矿业工程， 2013， 11 3 51- 52. ［ 11］柴田宪司， 山田森夫， 森本启太． 活性炭移动层式烧结机烟气处 理技术［J］． 山东冶金， 2010， 32 3 1- 7． 第一作者 赵春丽 1982 － ， 女， 硕士， 工程师， 主要从事环境影响评 价、 钢铁行业大气污染防治措施及环保政策研究、 钢铁行业循环经济 和清洁生产。zhaocl acee． org． cn 通讯作者 吴铁 1982 － ， 男， 硕士， 工程师， 主要从事环境影响评价、 钢铁行业大气及废水污染防治措施研究、 国际绿色金融及绿色信贷研 究。wutie acee． org． cn 301 固废处理与处置 Solid Waste Treatment and Disposal