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作者|路平、雷国鹏
概括：
钢铁冶炼是高耗能、重污染行业，烧结烟气是钢铁企业排放的主要大气污染物。 约占整个钢铁企业排放总量的50%左右。 随着国家环保排放标准的不断加严以及“十三五”期间实施的污染物总量控制政策的影响，烧结烟气的控制将成为钢铁企业的重点任务，而烧结烟气的治理将成为钢铁企业的重点任务。烧结烟气也将走向污染物协同管理、实现超低排放方向的转变。 通过对国内烧结烟气治理现状的分析，探讨坚持烧结烟气污染物协同治理路线是真正实现烧结烟气超低排放的有效措施。
关键词：烧结烟气； 除尘； 脱硫； 反硝化； 超低排放
1 概述
2018年1月，环境保护部发布《关于京津冀大气污染传输走廊城市实施大气污染物特别排放限值的公告》，要求“2+26”城市全面实施大气污染物特别排放限值。 2018年10月1日起实施特别排放限值。 2018年5月，生态环境部印发《钢铁企业超低排放改造工作方案》（征求意见稿），再次刷新了烧结烟气污染物排放限制，包括烧结头烟气和颗粒焙烧烟气。 大气颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放限值由特别排放限值20毫克/立方米、50毫克/立方米、100毫克/立方米修改为10毫克/立方米、35毫克/立方米、50毫克/立方米mg/m3，所有符合条件的钢铁企业分地区于2020年、2022年、2025年完成超低排放改造。 2018年，我国将全面启动钢铁行业超低排放改造。 随着超低排放在电力行业的成功应用和全面推广，钢铁烧结等非电力领域实施“超低排放”治理将是大势所趋。
2 国内烧结烟气治理现状
烧结是钢铁生产中的重要工序。 一方面，优质烧结矿可以提高高炉生产效率，降低生产成本； 另一方面，烧结是钢铁联合企业的固废处理中心。 铁、磷、除尘污泥、除尘等生产过程中产生的含铁废物大部分可作为烧结生产的原料，返回生产过程。
由于烧结过程中使用多种原材料和燃料，因此烧结烟气的成分比燃煤锅炉烟气更为复杂。 烧结机机头烟气污染物排放量占很大比例。 颗粒物、SO2、NOX 排放量分别占钢厂排放总量。 同时，烧结烟气中含有SO2、NOX、HF、重金属、二恶英等有害气态污染物以及含铁粉尘、重金属等固体污染物，对环境造成危害。 极其有害。 因此，综合控制烧结烟气中颗粒物、SO2、NOX等污染物的排放已成为钢铁企业治理污染的重点任务。
在治理初期，我国烧结厂采取的废气治理措施较少。 仅为了保护风机，在烧结机机头烟气系统中安装了旋风除尘器或多管除尘器。 随着安全、防尘、环保要求的提高，主要粉尘源的控制已逐步发展到生产过程中各种粉尘源的控制。 目前钢铁企业的环保水平与新标准排放限值相比，还存在较大差距。
在烧结粉尘控制方面，目前国内大部分烧结厂家仍使用3-5级电场静电除尘器，采用湿法脱硫的烧结烟气处理工艺几乎不安装湿式静电除尘器； 另外，烧结烟气粉尘具有比电阻高、粉尘粒径细的特点，对收尘十分不利，极易造成二次飞扬，导致除尘效率下降。
现阶段，大多数烧结厂的颗粒物排放浓度一般在50-80mg/m3之间，有的甚至大于100mg/m3，远远超过10mg/m3的超低排放值要求。 二氧化硫控制方面，烧结烟气二氧化硫超低排放限值为35mg/m3。 但没有脱硫设施的企业排放浓度通常在600mg/m3以上。 即使配备了脱硫设施，根据环保部的减排核查结果，烧结脱硫设施的平均综合脱硫效率不到50%，与新标准的要求相去甚远。
在氮氧化物控制方面，烧结过程中产生的氮氧化物80%～90%来自燃料中的氮气，其中90%以上为一氧化氮，5%-10%为二氧化氮和微量的氮氧化物。笑气。 氮，产量0.4-0.7kg/t，排放量约占钢厂NO总排放量的50%左右。 排放浓度一般为200-350mg/m3，距离氮氧化物50mg/m3的超低排放限值还很远。 。
烧结所用燃料中氮含量的不同、烧结过程中温度的波动、烧结矿产量的变化等都会直接影响氮氧化物的产生，导致排放烟气中氮氧化物浓度的差异和变化通过烧结机。 。
与燃煤电厂相比，包括钢铁在内的非电力行业对我国污染排放的贡献越来越大。 钢铁企业环境管理相对落后，排放标准较燃煤电厂相对宽松。 钢铁企业要在短时间内实现全面增效和超低排放，转型任务十分艰巨。
3 烧结烟气超低排放技术路线
随着国家烧结烟气污染物排放限值标准的不断修订和环保要求的不断提高，以往烧结烟气“头疼脚疼”的单一治理方式可以得到有效解决。已经不适应当今环保形势的要求。 。 与火电厂燃煤锅炉不同，钢铁行业生产工艺复杂，污染源多。
针对烧结烟气的特殊性，要实现烧结烟气超低排放，需要结合钢铁企业的实际情况，采用优化的处理方案，对粉尘、硫、硝盐进行综合治理，以实现烧结烟气超低排放。多种污染物协同治理。 只有这样，才能从根本上解决烧结烟气超低排放问题。从目前各种大气污染治理技术来看，实现钢铁烧结机头烟气超低排放主要涉及
有以下4条技术路线：
①高效静电除尘器+活性炭脱硫脱硝一体化装置+布袋除尘器技术；
②高效静电除尘器+烟气加热装置+中高温SCR脱硝装置+烟气换热装置+石灰石石膏法脱硫装置+湿式静电除尘器+可选脱硝装置；
③高效静电除尘器+烟气加热装置+中高温SCR脱硝装置+烟气换热装置+高效脱硫除尘除雾装置（尘硫一体化装置）；
④高效静电除尘器+烟气加热装置+中高温SCR脱硝装置+烟气换热装置+MEROS干法脱硫装置+布袋除尘器工艺。
对于烧结烟气，无论是除尘技术还是脱硫工艺都非常成熟，已经形成了一整套完整的技术路线。 只要合理选择技术，满足设计规范，工程质量合格，就可以实现钢铁烧结烟气的治理。 超低排放大幅减少钢铁企业大气污染物排放。
3.1高效除尘技术
静电除尘器技术因其安全可靠、除尘效率高，目前仍是各行业烟气处理技术的首选。
目前，我国大部分烧结烟气除尘仍采用静电除尘器。 随着时间的推移，高效除尘器的数量逐渐增多，而低效除尘器的数量逐渐减少。 除尘器的形式也发生了变化。 效率相对较低的旋风除尘器和多管除尘器已被静电除尘器取代。 静电除尘器的选型也由原来的3个电场改为4～5个电场。
针对烧结烟气比电阻高的特点，在实际工作中，主要考虑电场风速、比收尘面积、供电形式和结构形式，以保证电除尘器高效可靠运行。 随着环保排放标准的不断提高以及各地非电行业超低排放政策的出台，电除尘器技术尤其是增效改造技术仍有很大的发展空间。 静电除尘器技术将应用于包括钢铁烧结在内的各个领域。 非电产业实现技术全面提升和市场全面拓展。
众所周知，布袋除尘器因其除尘效率高、不受工况波动影响等诸多优点，被广泛应用于各行业的烟尘治理领域。 烧结烟气超低排放处理路线中，布袋除尘器布置在活性炭脱硫脱硝装置和半干法脱硫装置之后。 它有两个功能：
①将烟气中的粉尘和固体颗粒进一步分离，在出口处产生清洁无尘的烟气，起到精细除尘的作用；
②粉尘层不断积聚在布袋外，其中包括消石灰干粉和活性炭，使烟气中的污染物经过半干法脱酸塔后继续与烟气中的有害酸性气体发生反应，提高了烟气中的有害酸性气体的浓度。去除效率高，同时吸附重金属、有机物等。
湿式静电除尘器（WESP）作为烟气处理工艺的终端设备，布置在湿式脱硫装置之后。 可有效捕集细颗粒物（PM2.5、SO3酸雾、气溶胶）、重金属（Hg、As、Se、Pb、Cr）、有机污染物（多环芳烃、二恶英等），除尘效率高可达到70%~85%，有效控制脱硫塔后细颗粒、硫酸滴、石膏浆等污染物的排放，同时解决WFGD引起的“石膏雨”和蓝烟问题，缓解腐蚀下游烟道、烟囱的防腐，节省防腐费用。
目前，国内使用的湿法脱硫系统几乎都没有配备WESP，颗粒物排放浓度一般只能达到50～80 mg/m3。 在这种情况下，想要实现超低排放是不可能的。 湿法脱硫后建设湿式静电除尘器，可作为烟囱前最后一道技术检查，实现超低排放，全面解决烟尘、PM2.5、石膏雨、SO3、汞、各种重金属、二恶英等问题。 它在解决多环芳烃（PAHS）等各种污染物问题上发挥着重要作用，并为雾霾的控制做出了贡献。 因此，钢铁企业湿法脱硫系统后加装WESP是实现环保超低排放的必要措施，具有广阔的应用前景。
3.2高效脱硫技术
3.2.1石灰石-石膏湿法脱硫技术
石灰石-石膏湿法是目前国内外应用最广泛、最成熟的脱硫技术。 湿法脱硫工艺的高效性和可靠性已在火电燃煤锅炉烟气处理中得到充分证明。 目前，我国现有的烧结烟气脱硫装置中，80%左右为湿法，60%为石灰-石膏法。 石灰石-石膏工艺系统稳定可靠，效率高，一般可达90%以上。 它在工业应用中应用广泛，烟气处理能力大，系统适应负荷变化能力强，吸收剂价格便宜，易获得，利用率高。 副产品二水石膏可回收再利用。
3.2.2高效脱硫除尘除雾（尘硫一体化）技术
采用双旋风脱硫增压器+多级旋风除尘器和除雾器的组合技术，在空塔喷淋吸收塔内安装双旋风脱硫增压器气液耦合器，使浆液液滴与烟气充分混合碰撞。 ，烟气迅速降温，为上喷淋层浆液吸收二氧化硫提供了最佳反应温度，从而扩大了有效吸收空间，有效降低了液气比，减少了喷淋层安装量，降低了改造投资和运营成本。 ，有效解决了烟气偏流和烟气冷却问题，使整个吸收系统的运行更加稳定可靠，避免了二次破碎、雾化造成的气液夹带对浆液的二次污染问题的水滴。
喷雾处理后的脱硫洁净烟气中含有大量雾滴。 雾滴由浆液滴、凝结滴和尘粒组成。 当这部分烟气进入多级旋风高效除尘器时，旋风板引起脱硫洁净烟气在旋风器内高速旋转，引起上方气相、液相的剧烈旋转和扰动。旋风分离器，使洁净烟气中的小液滴、细尘粒、气溶胶等微小颗粒相互碰撞、凝聚。 成大水滴。
在旋风板的作用下，脱硫洁净烟气向外进行离心运动，聚合形成的大液滴与旋风分离器壁碰撞，被旋风分离器壁表面的液膜捕获，从而达到脱硫的目的。去除微小颗粒，高效除尘除雾。 。 该技术对烟气污染物含量和负荷波动适应性强，可在30%-100%负荷下稳定运行。
整个系统工程量小、简单易实现、可靠性高。 到目前为止，采用该技术运行的脱硫装置可稳定实现脱硫效率99%以上，除尘效率70%以上，完全实现烟气和SO:的超洁净排放，彻底杜绝石膏雨和酸现象雨天，系统运行稳定。 ， 高可靠性。
3.2.3 MERO S改进干法烧结废气处理工艺
MEROS是西门子奥钢联开发的一种高效干法烟气脱硫工艺，用于烧结厂和球团厂的废气处理。 该工艺技术主要分3步进行：
① 将脱硫剂（熟石灰）和碳基吸附剂（活性炭或活性褐煤）反向注入烧结废气管道，吸附酸性气体，去除重金属和有机成分；
②通过调节反应器，采用双流（水/压缩空气）喷嘴对废气进行冷却加湿，促进废气中SO2等酸性气体成分的反应，加快去除速度；
③粉尘由调节反应器废气高效布袋除尘器分离。 MEROS技术投入工业应用后，烧结废气净化效果完全达到预期指标。 在高效去除SO2的同时（脱硫效率可达90%以上），粉尘排放量降低99%以上，达到5mg/Nm3以下； 汞和铅排放量分别减少97%和99%； 二恶英、二恶英（PCDD/F）等有机物及有机挥发物去除率达99%以上。
该技术与其他烟气脱硫技术相比的优点是可以选择多种脱硫剂，末端采用高效布袋除尘器控制外排烟气，完全可以满足国家要求的污染物排放浓度。业主及环保标准。
同时，该技术采用废气循环系统，回收部分烧结烟气，减少废气量，提高净化效率，并大幅降低添加剂成本。
该技术不仅能高效脱除烟气中的SO2，还能有效脱除HCl、HF、Hg及各种有机废气，实现多种污染物的协同治理，符合未来烟气治理的大方向，可深度有效净化。 烧结废气具有广阔的发展空间。
3.3SCR脱硝及活性炭吸附技术
烧结机机头烟气除尘脱硫工艺非常成熟，已形成一套完整的技术路线，但脱硝应用实例还比较少。 目前，烧结头烟气脱硝工艺有：氧化脱硝、中低温SCR脱硝、中高温SCR脱硝和活性炭脱硝。 根据烧结烟气特点，推荐采用中高温SCR脱硝和活性炭脱硝作为烧结烟气脱硝的可行技术。
3.3.1中高温SCR脱硝技术
氧化脱硝和中低温SCR脱硝技术都存在一些缺点，在一定程度上影响了其应用。 长期连续采用氧化脱硝技术进行烟气脱硝，会导致脱硫脱硝副产物中产生大量硝酸钙，对副产物的综合利用造成一定影响。 影响程度及相应对策尚需进一步研究。 研究。
中低温SCR脱硝的反应温度范围在200℃以下，比中高温SCR脱硝更接近钢铁烧结烟气的温度。 但中低温SCR脱硝应用于烧结烟气仍存在四个关键问题需要解决：
①中低温SCR脱硝催化剂抗毒性较差，易受烟气中硫氧化物、水、重金属等物质的影响。 因此，中低温SCR脱硝装置只能布置在除尘脱硫塔后部；
②烧结烟气温度，特别是脱硫后烟气温度达不到中低温SCR脱硝反应温度范围，烟气仍需重新加热；
③与中高温SCR脱硝催化剂相比，中低温SCR脱硝催化剂的成本和运行费用相对较高；
④中低温SCR催化剂对去除烧结烟气中二恶英没有效果。
中高温SCR脱硝，即在催化剂作用下，将NH3喷入温度为320-450℃的烟气中，利用NH3将NO、NO2还原成N2和H2O。 是迄今为止较为成熟且应用广泛的工艺。 该脱硝技术脱硝效率高，其脱硝效率可达80%-90%。 中高温SCR脱硝是用于火电燃煤锅炉烟气脱硝的一种非常成熟的脱硝工艺。 可移植到烧结烟气中。 关键是SCR脱硝装置前的烟气加热系统和SCR脱硝装置后的烟气。 气体换热系统设计。
在实际应用中，烟气换热回收的热量可用于前端烟气加热，可降低能耗。 即中高温SCR脱硝装置启动时，需要将150℃左右的烟气加热到280℃以上，消耗的热源比较大； 设备正常运行时，热量通过换热器回收再利用，只需额外加热30-50℃。 此外，中高温SCR脱硝还需要将反应温度范围控制在300℃以下，以避免分解后二恶英的重新合成。
3.3.2 活性炭吸附技术
活性炭吸附技术是目前公认的最适合钢铁烧结烟气中多种污染物的协同处理技术。 活性炭烟气净化技术是基于物理化学吸附和催化反应的原理。 它采用活性炭作为吸附剂来吸附烟气中的SO2。 吸附完成后，活性炭通过加热再生，高浓度SO2混合气体被解吸，可用于生产98%的工业硫酸，脱硫率可达95%。 由于活性炭的催化作用，添加适量的氨可以将烟气中的NOX还原成N2和H2O，脱硝效率可达50%。 该技术除了脱硫、脱硝外，还可以同时去除碳氢化合物，如二恶英、重金属、汞等有毒物质。 整个反应过程无废水、废渣排放，无需烟气再加热，无二次污染。 技术先进、成熟。 在实现烟气综合治理的同时，废物可以资源化。
活性炭脱硝工艺在系统设计时宜采用两级设计。 前端脱硫反应完成后，喷氨进行脱硝，提高脱硝效率。 同时，还需要在活性炭装置后增设高效袋式除尘器，以确保实现氮气化。 超低氧化物排放。
活性炭工艺一直被认为是最适合钢铁烧结烟气的多污染物协同处理技术。 但由于活性炭工艺对系统设计、设备配置和运行管理的要求较其他处理工艺更为严格，导致活性炭生产过程产生的废气和废水污染严重且难以控制。 随着活性炭使用量的增加，不仅会大幅增加上游产业链污染物的排放量，还会导致活性炭价格疯涨，进一步增加活性炭装置的运行成本。
同时，由于活性炭装置的副产品硫酸的利用有限，且属于危险化学品，在大规模推广活性炭工艺后，活性炭的使用和生产硫酸副产品产量将大幅增加。 硫酸的储存、运输和利用仍面临诸多挑战。 存在一系列问题，活性炭技术的大规模推广将受到一定程度的限制。
由于烧结所用原料中硫、氮含量不同，烧结过程中温度波动、烧结矿产量变化、生产工艺不同等因素都会影响烧结烟气污染物的产生，烧结过程的控制烟气路线也各不相同。
在上述钢铁烧结烟气超低排放技术路线的基础上，钢铁企业还可以实施烟气循环改造，将部分烧结机头烟气重新引导至烧结料层表面进行回收再利用，从而减少废气排放总量。 可减少20%-40%，从而进一步减少颗粒物、SO2、NOx的排放。 同时还可以减少后续除尘、脱硫、脱硝设备的投资和运行费用。 此外，烟气循环还可以在经过烧结燃烧区时将废气中的CO等可燃有机物重新燃烧，有效减少烧结废气中CO的排放，实现烧结烟气超低排放。
4。结论
随着钢铁烧结等非电力领域超洁净烟气治理时代的到来，我国将在2025年底完成近20亿吨钢铁产能改造，整体超低排放改造市场钢铁产业空间将超过800亿元。 市场空间将稳步释放，市场前景广阔。
烧结烟气作为钢铁企业大气污染的主要来源，将是现在和未来钢铁企业环保治理的重点。 多污染物协同处理技术的开发和工业应用也是未来烧结烟气综合治理的发展方向。 污染治理将向粉尘、硫磺、硝酸盐多重污染物综合治理方向发展。 因此，应根据各钢铁企业的具体情况，选择最适合的烟气净化工艺，并在粉尘治理的基础上，对SO2、NOX、二恶英等多种污染物进行控制，逐步消除烧结带来的负面影响。烟气污染对经济发展和环境的影响，促进钢铁企业的可持续发展。