钢铁企业烧结烟气综合治理技术

殷凤良，都国栋

（潍坊特钢集团有限公司，山东 潍坊 261000）

近年来，钢铁行业的污染防治受到了越来越多的关注，而要稳定地推进相关工作，首先应明确具体的实际情况，例如废气的主要成分。在钢铁行业废气中，烧结废气比较常见，但因其成分比较复杂，因此，相关处理有很大的难度。具体来看，烧结废气中SO2排放量占到了总排量的50%左右；氮氧化物排放量占到了40%左右；粉尘排放量占到了10%左右。就当前的情况来看，相关的综合治理主要是通过脱硫和脱硝等技术进行，因此，只有做好精细规范的防治措施，才能为钢铁企业的发展提供切实保障[1]。

1 烧结、球团烟气特性

对于钢铁行业的SO2、NO等废气来说，主要来自烧结、球团等工序，其中SO2的排放总量占到了整个钢铁行业排放总量的80%。就当前的基本情况来看，对电厂烟气脱硫和脱硝等技术的研究比较充分，且有着较为丰富的实践经验。然而，要想稳定高效地应用，还是要做好实际情况的精细分析。但总体来说，球团生产情况略优于烧结生产[2]。

1.1 烟气量大且变化幅度大

通常，烧结漏风很难有效规避，这样就使得一部分空气没有通过烧结料层，导致难以推进高效处理。根据相关统计数据显示，每吨烧结矿大约会产生4 000～6 000 m2的烟气。而就现实情况来看，烧结料透气性不具有统一性且铺底料并未达到均匀的效果，因此，就给烟气系统等运行造成了很大限制，最终导致烟气量的变化幅度较大。

1.2 SO2浓度变化大

随着原燃料供需矛盾的不断激化，以及钢铁企业持续的压缩成本，导致企业所用的燃料在质量和成分上有着很大的差异，而相应地烧结球团生产所产生的SO2浓度变化幅度也就较大。以首钢京唐球团为例，投标初期所用的是巴西carajas矿，其SO2排放浓度不到200 mg/Nm2，但而今应用秘鲁高硫矿进行生产，导致SO2的浓度处在3 000 mg/Nm2，这也是当前钢铁企业发展中的一个现实情况[3]。

1.3 烟气成分复杂

因所用原料差异性，导致烧结球团烟气成分比较复杂，不仅含有SO2和微细粉尘，还含有NO、HCI、HF、多环芳烃（PAH）等多种气态污染物，同时，还会有一些重金属污染物质。

1.4 烟气温度变化范围大

随着生产工艺的不断优化，烧结球团烟气温度的变化范围通常处在120～180 ℃；而一些钢铁企业为了节约成本，一般采用低温烧结，相应的温度则呈现出大幅下降的情况。

1.5 含氧量和含湿量较高

目前，钢铁企业烧结球团烟气的含氧量和含湿量普遍较高，因此，要想高效地推进烧结球团混合料的透气处理，必须在进行烧结或预热之前做好精细的加工和布置，以确保其含氧量和含湿量等达到标准。

2 烧结烟气治理领域的发展进程

在2004年，宝钢进行了烧结烟气综合深度净化治理等相关的技术开发和工业试验，这为脱硫脱硝等技术应用提供了极为有利的条件。其中，很多方面都得到了显著突破，相关的技术以及应用设备也都得到了持续优化，进而为现实技术的应用以及高效的生产等提供了强有力的支持。以微细粉尘电凝聚技术相关的研究来看，基于其开发出的一体式电凝聚器，在提升电除尘效率方面有着突出表现。正因如此，此类技术在宁钢示范工程中得到了产业化应用[4]。

而对于S循环流化床法，常见的如旋转喷雾法、氧化镁法等。根据实际应用情况来看，这些脱硫设施均能有效地脱除烧结烟气中的SO2，所达到的脱硫效率以及同步运转率均能达到90%。近年来，随着环保工作的持续推进，宝钢在氮氧化物脱除方面也有了更深层次的创新，这对于促进钢铁行业的可持续发展具有重要意义。因此，针对烧结烟气综合净化新技术的开发和应用显得尤为必要，同时，还应做好资源回收和副产物综合利用等。此外，因当前的环保工作对氮氧化物等排放有了更为严格的要求，因此，宝钢也加强了对活性炭法一体化工艺以及烟气脱硝等技术的研究和应用，并在宝钢股份和湛江工程实现了产业化应用。

3 钢铁企业烧结烟气综合治理现状

当前，重点钢铁企业所有的烧结机数量占到了绝大部分，但随着行业竞争日益激烈，相关设备产能过剩的情况越发突出，所存在的生态和经济等相关的问题也比较严重。同时，国家环保部门对“十三五”期间各污染物的排放也有了更严格的要求，特别是对SO2排放有了更为严格的控制，因此，钢铁行业相关的污染防治应重点关注[5]。

随着2015年新《环保法》的颁布和实施，烧结烟气的粉尘以及二氧化碳等污染物有了更为严格的控制标准。但就当前我国钢铁企业的现实情况来看，脱硫相关的处理并未达到实际需求，且在技术和管理方面也有着很多不足之处，因此，难以切实保障脱硫等处理技术的稳定与高效。同时，因脱除工艺技术未能得到有效利用，且活性炭工艺技术也未能达到既定的排放要求，如此一来，也就难以为实际的工业生产提供相应保障[6]。

4 钢铁企业烧结烟气综合治理技术

随着生态环境建设的持续推进，钢铁企业单纯地应用脱硫技术进行烧结烟气的处理已达不到相应标准，因此，加强烧结烟气的综合治理等越来越普遍。特别是脱硫脱硝等技术的应用，这在节约能源以及保护环境等方面也会更科学高效[7]。

4.1 烧结烟气脱硫技术

对于烧结烟气，其涉及的SO2等排放物应重点关注，如腐蚀性较强，极易随着降雨造成环境污染。而通过烧结烟气的脱硫技术则能高效地进行废气污染处理。对于脱硫处理，主要涉及的相关技术为干法、半干法和湿法。其中，干法主要是通过LJS循环流化床法等方法进行，但这样的技术效率不高且有着诸多的负面影响，且不能循环利用；而半干法，通常是通过密相干塔法、循环流化法以及SDA旋转喷雾法等方法进行相应处理；而湿法则是通过双碱法、石灰石膏法等进行处理，其在脱硫方面有着更高的效率，但极易产生烟囱雨和低温腐蚀等不良的情况，因此，很难推进多种污染源的协同治理。

就我国当前的基本情况来看，有3/4的钢铁企业是通过湿法脱硫进行相关处理。其中，石灰—石膏法脱硫技术有着更高的应用率，该技术所达到的脱硫效率也比较高，但极易造成设备腐蚀等不良情况。此外，对于脱硫技术的实际应用，重点应做好对塔内pH值的控制，鉴于塔内硫化物和烟气含量处在不断的变化之中，因此，其酸碱度控制很难有序地展开。同时，因排烟时的温度较低，所以极易对周围环境造成不良影响。而氧化镁法与以上处理方法相比，其优势在于不易结垢，但该技术的缺点是因其产生的废水难以处理，且产生的硫酸镁回收投资较大，因此，相关处理程序比较繁琐。总体来看，应用石灰石膏法进行脱硫更为高效，可在相关处理中广泛应用。

4.2 烧结电炉烟气二噁英治理技术

对于二噁英，其作为多氯代二苯类聚集体，化学性质比较稳定，但因其有着较强的毒性，所以应加强治理。在钢铁企业中，通常采用强化除尘法进行相应处理，主要是该技术在降低烧结烟气中的氮元素方面有着不错的表现，且有助于其毒性的消解。同时，通过在排放废气中添加的尿素颗粒或氢氧化钠等碱性物质，也能高效地进行相关处理，所呈现出的治理效果也比较突出。然而，就当前的基本情况来看，针对二噁英的治理还停留在理论探究方面，实践应用还未广泛开展[8]。

4.3 钢铁烧结烟气脱硝技术

通常，钢铁烧结烟气与一般的烟煤烟气有着很大不同，其烟气量更大，且成分更为复杂，温度多处在120～180 ℃；并且，其含氧量也较高，往往处在15%～18%；另外，含湿量也较大，一般可达到7%～13%。基于钢铁烟气的特征，下面对相关的拓展技术进行分析。

4.3.1 选择性非催化还原法

该技术主要是在一定温度条件下通过NH3、尿素等对烟气相关成分进行还原处理，最终生成水与氮气。在实际应用中，该方法在火电厂相关的脱硝处理中经常用到，主要是其经济实用性以及便捷性都比较突出，但因脱硫效果不佳且还原消耗率较高，所以并未应用于钢铁烧结烟气的脱硝处理。

4.3.2 选择性催化还原脱硝法

该技术主要是通过催化剂进行烟气的还原处理，其优势在于，在处理过程中往往不会出现二次污染，系统的稳定性也较强，因此，在国内诸多的电厂中都得到了普及应用。但因此类技术的应用温度较高，且整个的投资和运行成本也较高，因此，应用于烧结烟气的脱硝并不适宜。此外，由于该技术具备的功能特性较强，能针对出现的烟气进行全面处理，且在技术应用方式也较为简单，因此，能有效提高钢铁企业的治理水平，值得推广应用。

4.3.3 臭氧氧化法

该技术主要是利用臭氧发生器将难溶于水的NO转化为易溶于水的NO2等化合物，然后再进行后续的脱硝处理。该技术的优势在于，处理比较简便且经济实用性较高，因此，可用于实际的技术处理。

4.3.4 等离子法

（1）电子束法：该技术于上世纪七十年代产生，主要是通过冷却塔和反应器，以及供氨设备进行相应处理。在实际应用中，该技术主要是通过电子加速器推进高速运动电子，以此对烟气中存在的NOX、O2等成分进行撞击，并在出现活性离子的基础上推进与NOX等的化学反应。通常情况下，此时会向反应中加入氨，即推进与氧化物的化学反应，这样就能高效地推进脱硫脱硝等的处理。就实际应用来看，尽管这样的方法获得了比较理想的效果，但对于那些大型的燃煤机组的脱硫脱硝来说并未有实际的应用意义。

（2）脉冲电晕法：该技术与电子束法的原理比较相似，但因其没有电子加速装置等的应用，因此，呈现出的经济效益更为突出。在实际应用中，因电压脉宽较窄，所以，相应放电所产生的能量主要传送给了电子，而相应的气体分子并未被加热。这样一来，就会使整个的装置运行在一种低温且能耗较低的状态。

4.3.5 微生物脱硝法

该技术主要是通过微生物处理烟气中NOX的吸收或转化。相应的净化主要包括硝化作用和反硝化作用。一般来看，硝化作用主要是在有氧环境进行相应的氧化处理，而反硝化则在厌氧环境下进行相应的氮气还原。在实际应用中，微生物脱硝的研究还处在起步阶段，且还有着很大的进步空间。但相比于其他脱硝技术，该技术的处理更为便捷，且装置和技术等更为简约，因此，能科学高效地进行相关处理，同时，所达到的效果也更为理想[9]。

5 烟气治理趋势

就基本情况来看，因烧结球团烟气流量较大且SO2浓度波动较大，因此，所涉及的净化处理应做好精细的技术措施，这样所达到的处理效果才会更为理想。当前，随着科学技术的发展以及生态建设的需要，烧结球团烟气脱硫以及相关净化处理呈现出以下发展趋势[9]。

（1）干法在节水净化处理方面有着更高的处理效率，因此，其取代石灰石膏法等传统技术只是时间问题。就当前的烟气脱硫来看，干法所达到的效果更为突出，与既定的环境污染的治理要求更为协调。所以，相关的脱硫处理应通过干法等进行，且同时做好其他方法的协调应用；

（2）对于单组分脱硫技术，随着近些年来出现的高度环保以及工艺扩展较高的集成深度净化技术，有着更强的取代趋势；

（3）对于深度节水、硫资源回收等措施，相关的综合技术有着更强的优化发展空间；

（4）当前，烧结机和球团大型化的趋势愈发突出，因此，应用脱硫设备大型化和烟气处理高通量就越来越广泛；

（5）在工艺使用方面，经济实用性受到了更多关注，且也更为关注效率和质量等的分析，这也是相关技术能高效应用的一个重要参考因素；

（6）对于烧结球团厂的烟气脱硫来说，应基于烧结烟气波动和烟气污染成分的特点，以及环境污染治理等相关方面的要求进行，且应同时做好对粉尘和重金属等的精细处理，从而为高质量的脱硫处理提供切实保障。

（7）要想更为高效地推进“十四五”期间对钢铁企业的二氧化碳的减排处理，就应做好脱硫技术的合理选择，以此为相关系统的正常运行提供切实保障。从理论层面上来看，相应的脱硫效率应保持在95%以上，同步运行率则应达到95%以上。

6 结语

综上所述，钢铁企业在生产过程中涉及的烧结工序确实有着极为重要的现实意义，其关系到企业的经济建设以及生态污染治理等，甚至于与企业的长久发展密切相关，因此，务必要高度重视相关处理。而由中冶长天国际工程有限公司、清华大学、宝钢等共同自主研发的活性炭烟气多污染物协同治理技术，在2016年已研发出来，并在宝钢湛江相关的烧结烟气净化中得到了应用。通过应用，各类排放指标全部优于国家标准，显然这对于相关的综合治理有着更好的促进作用。当前，我国在绿色发展以及生态污染治理方面有着更为严格的要求，因此，钢铁企业所涉及的烧结烟气的污染防治应重点关注，且要做好精细处理，尤其应注意烟气综合治理技术的研究和应用，以此为脱硫脱硝等一体化的综合治理提供切实的保障，同时，相关的生态环境建设也能科学地推进。但就当前的基本情况来看，所应用的技术还存在着诸多的不足和缺陷，因此，应基于实际情况做好优化和改进，尤其应基于实际的技术发展以及生产环境和生态建设等的需求推进优化处理，这样既能达到相关的技术处理效果，也会更符合既定要求，还可以促进整个钢铁企业的可持续发展。