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摘要:鋼鐵冶煉是高耗能重污染行業，而燒結煙氣又是鋼鐵企業主要排放的大氣污染物，它約占整個鋼鐵企業排放總量的50%上。隨著國家環保排放標準的不斷收緊和“十三五”期間實行污染物總量控制政策的影響，對燒結煙氣的治理將成為鋼鐵企業的重點工作，而燒結煙氣治理也必將朝著污染物協同治理、實現超低排放的方向轉變。通過對國內燒結煙氣治理現狀的分析，論述了堅持走燒結煙氣污染物協同治理路線才是真正實現燒結煙氣超低排放的有效措施。
關鍵詞：燒結煙氣；除塵；脫硫；脫硝；超低排放
1 概述
2018-01，環保部發布《關于京津冀大氣污染傳輸通道城市執行大氣污染物特別排放限值的公告》，要求"2 + 26"城市自2018-10-01起全面執行大氣污染物排放標準特別排放限值。2018-05，生態環境部發布了《鋼鐵企業超低排放改造工作方案》(征求意見稿)，再次刷新了對燒結煙氣污染物的排放限制規定，將燒結機頭煙氣、球團焙燒煙氣顆粒物、二氧化硫、氮氧化物的排放限值由特別排放限制20 mg/m3 ,50 mg/m3 ,100 mg/m3修改為10 mg/m3 , 35 mg/m3 , 50 mg/m3 ,并規定所有具備條件的鋼鐵企業按區域分別于2020年、2022年、2025年完成超低排放改造。2018年，我國將全面啟動鋼鐵行業超低排放改造。隨著電力行業超低排放的成功應用和全面普及，對包括鋼鐵燒結在內的非電領域實施“超低排放”治理將是大勢所趨。
2 國內燒結煙氣治理現狀
燒結是鋼鐵生產的重要工序，一方面，高質量的燒結礦能夠提高高爐的生產效率，降低生產成本;另一方面，燒結是鋼鐵聯合企業的固體廢物處理中心，鐵、磷、除塵污泥、除塵灰等生產過程中產生的絕大多數含鐵廢物都能作為燒結生產原料重新回到生產流程中。
由于燒結過程中使用多種原燃料，因此，燒結煙氣成分比燃煤鍋爐煙氣復雜，燒結機頭煙氣污染物排放量占比大，顆粒物、SO2 , NOX排放量分別占鋼鐵廠排放總量的40%, 70%, 50%以上;同時，燒結煙氣中含有SO2, NOX, HF、重金屬、二噁英等多種有害氣態污染物及含鐵粉塵、重金屬等固態污染物，對環境危害極大。因此，全面控制燒結煙氣中的顆粒物、SO2 , NOX等多污染物排放已經成為鋼鐵企業控制污染的重點工作。
在治理初期，我國燒結廠采取的廢氣治理措施很少，只是為了保護風機，才在燒結機機頭煙氣系統中設置了旋風或多管除塵器。隨著安全防塵和環境保護要求的提高，從治理主要塵源逐步發展到治理生產流程中的各個塵源，鋼鐵企現有環保水平與新標準排放限值相比，還存在較大差距。
在燒結粉塵治理方面，目前，國內大多數燒結廠家仍然采用3-5電場電除塵器，而采用濕法脫硫的燒結煙氣處理工藝，幾乎都沒有加裝濕式電除塵器;再加上燒結煙氣粉塵具有高比電阻和粉塵粒徑細的特點，對粉塵的捕集十分不利，且易造成二次飛揚，致使除塵效率下降。
現階段，多數燒結廠顆粒物排放濃度一般在50-80mg/m3之間，有些甚至大于100 mg/m3，遠遠超過超低排放值規定的10mg/m3的要求。在二氧化硫治理方面，燒結煙氣二氧化硫超低排放限值為35mg/m3，而目前未配套脫硫設施的企業排放濃度通常在600mg/m3以上，即使已經配套了脫硫設施，根據環保部的減排核查結果，燒結脫硫設施平均綜合脫硫效率不足50%,與新標準要求相距甚遠。
在氮氧化物治理方面，燒結過程中產生的氮氧化物80%一90%來源于燃料中的氮，且90%以上為一氧化氮，5%-10%為二氧化氮和微量一氧化二氮，產生量為0.4-0.7kg/t，排放量占鋼鐵廠NO總量的50%左右，排放濃度一般為200-350mg/m3，與氮氧化物50mg/m3的超低排放限相距甚遠。
燒結所使用的燃料中氮的含量不同、燒結過程溫度的波動、燒結礦產量的變化等都會直接影響到氮氧化物的產生，由此造成燒結機排放煙氣中氮氧化物濃度的不同與變化。
與燃煤電廠相比，包括鋼鐵在內的非電行業對我國污染排放貢獻越來越大，鋼鐵企業的環保治理相對比較落后，排放標準相比燃煤電廠也較為寬松。鋼鐵企業要在短時間內實現全面提效改造，實現超低排放，改造任務十分艱巨。
3燒結煙氣超低排放技術路線
隨著國家標準對燒結煙氣污染物排放限值的不斷修訂和環保要求的不斷提高，以往對燒結煙氣“頭疼醫頭，腳疼醫腳”的單一治理方式已經無法適應當今環保形勢的要求。與火電廠燃煤鍋爐不同的是，鋼鐵行業生產工序復雜，污染源數量多。
針對燒結煙氣的特殊性，要想實現燒結煙氣超低排放，必須結合鋼鐵企業的實際情況，采用*優的治理方案對塵一硫一硝進行綜合治理，實現多污染物的協同處理，才能從根本上解決燒結煙氣的超低排放問題。從目前各種大氣污染治理技術來看，實現鋼鐵燒結機頭煙氣超低排放，主要
有以下4種技術路線:
①有效靜電除塵器+活性炭脫硫脫硝一體化裝置+布袋除塵器工藝;
②有效靜電除塵器+煙氣加熱裝置+中高溫SCR脫硝裝置+煙氣換熱裝置+石灰石石膏法脫硫裝置+濕式靜電除塵器+選裝脫自裝置;
③有效靜電除塵器+煙氣加熱裝置+中高溫SCR脫硝裝置+煙氣換熱裝置+有效脫硫除塵除霧裝置(塵硫一體化裝置);
④有效靜電除塵器+煙氣加熱裝置+中高溫SCR脫硝裝置+煙氣換熱裝置+MEROS干法脫硫裝置+布袋除塵器工藝。
對于燒結煙氣來說，無論是除塵技術，還是脫硫工藝，都已十分成熟，也形成了一整套的技術路線，只要技術選用合理、設計規范、工程質量過關，完全可以實現鋼鐵燒結煙氣的超低排放，顯著削減鋼鐵企業大氣污染物排放量。
3.1有效除塵技術
靜電除塵器技術以其安全、可靠、除塵效率高的特點仍作為各行業煙氣治理技術的推薦。
目前，國內大多數燒結煙氣除塵仍采用電除塵器，隨著時間的推移，有效除塵器數量逐漸增加，而低效除塵器逐漸減少。除塵器的形式也發生了變化，由電除塵器替代了效率較為低下的旋風除塵器和多管除塵器，電除塵器的選型也由原來3電場改為4一5電場。
針對燒結煙氣高比電阻的特點，在實際工作中，著重考慮電場風速、比集塵面積、電源形式和結構形式等，確保電除塵器的有效、可靠運行。隨著環保排放標準的不斷提升和各地非電行業超低排放政策的相繼出臺，電除塵技術，特別是提效改造技術仍有較大的發展空間，電除塵器技術將在包括鋼鐵燒結在內的非電行業，實現技術全面提升和市場全面拓展。
眾所周知，布袋除塵器以其除塵效率高、不受工況波動影響等諸多優點在各行業煙塵治理領域被推廣應用。在燒結煙氣超低排放處理路線中，布袋除塵器布置在活性炭脫硫脫硝裝置和半干法脫硫裝置后，其功能有2個:
①進一步將煙氣中的粉塵和固體顆粒物分離出來，在出口處產生清潔無塵煙氣，起到精除塵的作用;
②在布袋外側不斷累積粉塵層，包括消石灰干粉和活性炭，這樣煙氣中的污染物在半干法脫酸塔后可以與煙氣中的有害酸性氣體繼續反應，提高去除效率，同時，吸附重金屬和有機物等。
濕式靜電除塵器(WESP)作為煙氣治理工藝的終端設備布置在濕法脫硫裝置后，它可以有效收集微細顆粒物(PM2.5 ,SO3酸霧、氣溶膠)、重金屬(Hg, As, Se, Pb, Cr)、有機污染物(多環芳烴、二噁英等)，除塵效率可達70%一85% ,有效控制脫硫塔后細顆粒物、硫酸霧滴和石膏漿液等污染物的排放，同時，解決WFGD帶來的“石膏雨”、藍煙的問題，緩解下游煙道煙囪腐蝕的情況，節約防腐成本。
目前，國內采用的濕法脫硫幾乎都沒有加裝WESP，顆粒物排放濃度一般只能達到50一80 mg/m3，在這種情況下實現超低排放是不可能的。在濕法脫硫后建設濕式電除塵器，完全可以作為煙囪前的*后一道技術把關措施，在實現超低排放，全面解決煙塵、PM2.5、石膏雨、SO3、汞、多種重金屬、二噁英和多環芳烴(PAHS)等多種污染物問題方面發揮重要作用，為治理霧霆作出貢獻。因此，鋼鐵企業濕法脫硫系統后加裝WESP是達到環保超低排放的必要措施，應用前景廣闊。
3.2有效脫硫技術
3.2.1石灰石一石膏濕法脫硫技術
石灰石一石膏濕法是目前國內外應用范圍*廣、技術*成熟的脫硫技術。濕法脫硫工藝的有效性、可靠性在火電燃煤鍋爐煙氣治理中已經得到充分證明。目前，在我國已有燒結煙氣脫硫裝置中，約有80%是濕法，有60%是石灰石膏法。石灰石一石膏法工藝系統穩定可靠，效率高，一般可達90%以上，工業化應用廣泛，煙氣處理量大，系統適應負荷變化能力強，吸收劑價格便宜，易得且利用率高，副產品為二水石膏，可回收再利用。
3.2.2有效脫硫除塵除霧(塵硫一體化)技術
采用雙氣旋脫硫增效器+多級氣旋除塵除霧器相結合技術，在空塔噴淋吸收塔內加裝雙氣旋脫硫增效氣液藕合器，使漿液液滴與煙氣充分混合碰撞，煙氣迅速降溫，為上層噴淋層漿液吸收二氧化硫提供*佳反應溫度，從而擴大了有效的吸收空間，有效降低液氣比，減少噴淋層加裝量，降低改造投人費用和運行成本，有效解決了煙氣偏流和煙氣降溫的問題，使得整個吸收系統運行更加穩定、可靠，避免液滴二次破碎霧化產生氣液夾帶造成漿液二次污染的問題。
經噴淋處理后的脫硫凈煙氣含有大量的霧滴，霧滴由漿液液滴、凝結液滴和塵顆粒組成，當這部分煙氣進人多級氣旋有效除塵除霧器時，氣旋板使脫硫凈煙氣在氣旋筒內高速旋轉，在氣旋器上方形成氣液兩相的劇烈旋轉和擾動，從而使得凈煙氣中的細小液滴、細微粉塵顆粒、氣溶膠等微小顆粒物互相碰撞團聚成大液滴。
在氣旋板的作用下，脫硫凈煙氣向外做離心運動，聚合形成的大液滴與氣旋筒壁碰撞，被氣旋筒壁表面液膜捕獲，從而達到去除微小顆粒物和有效除塵除霧的目的。該技術對煙氣污染物含量和負荷波動適應性強，負荷30%-100%均可穩定運行。
系統整體工程量小、簡單易行、可靠性高。到目前為止，采用該技術運行的脫硫裝置可實現穩定脫硫效率99%以上，除塵效率超過70%，完全實現了煙塵和SO:超凈排放，徹底消除了石膏雨’酸雨”現象，系統運行穩定、可靠性高
3.2.3 MERO S改進型干法燒結廢氣處理工藝
MEROS是一種有效的干法煙氣脫硫工藝，是由西門子奧鋼聯針對燒結廠和球團廠廢氣處理而開發的。該工藝技術主要分3步進行:
①將脫硫劑(消石灰)和碳基吸附劑(活性碳或活性褐煤)逆向噴吹到燒結廢氣管道中，以吸附酸性氣體，去除重金屬和有機物成分;
②廢氣通過調節反應器并用雙流(水/壓縮空氣)噴嘴進行冷卻和加濕，以促進廢氣中SO2和其他酸性氣體成分的反應，加快脫除速度;
③經過調節反應器的廢氣有效布袋除塵器分離粉塵。MEROS技術投人工業應用后，燒結廢氣的凈化效果完全達到了預期指標，在有效脫除SO2的同時(脫硫效率可達90%以上)，粉塵排放量減少了99%以上，降到5 mg/Nm3以下;汞和鉛的排放分別減少了97%和99%;有機物，比如二噁英和吠哺(PCDD/F)以及有機揮發分去除了99%以上。
該技術與其他煙氣脫硫技術相比的優勢在于，可以選擇多種脫硫劑，末尾采用有效的布袋除塵器來把關出日煙氣，可完全達到業主和環保標準要求的污染物排放濃度。
同時，該技術采用廢氣循環系統，將部分燒結煙氣循環使用，以減少廢氣量，提高凈化效率，大幅度降低添加劑的成本。
該技術不僅可以有效脫除煙氣中的SO2，還可以有效去除HCl, HF,Hg以及各種有機廢氣，實現多種污染物協同處理，符合未來煙氣治理的大方向，可深度有效地凈化燒結廢氣，有著廣闊的發展空間。
3.3SCR脫硝和活性炭吸附技術
燒結機頭煙氣除塵、脫硫工藝都已經十分成熟，形成了一整套的技術路線，但脫硝應用的實例還比較少。目前，燒結機頭煙氣脫硝工藝有以下幾種:氧化法脫硝、中低溫SCR脫硝、中高溫SCR脫硝和活性炭脫硝。根據燒結煙氣的特點，建議把中高溫SCR脫硝和活性炭脫硝作為燒結煙氣脫石肖的可行技術。
3.3.1中高溫SCR脫硝技術
氧化法脫硝和中低溫SCR脫硝技術都存在著一些弊端，使其應用受到一定的影響。長期連續大量采用氧化脫硝工藝進行煙氣脫硝，會導致脫硫脫硝副產物中產生大量的硝酸鈣，對副產物的綜合利用會產生一定的影響，其影響程度以及相應的對策途徑還需作進一步的研究。
中低溫SCR脫硝，其反應溫度區間在200℃以下，與中高溫SCR脫硝相比更接近鋼鐵燒結煙氣溫度。但是，目前中低溫SCR脫硝應用于燒結煙氣，仍有4個關鍵問題需要解決:
①中低溫SCR脫硝催化劑抗毒性比較差，易受到煙氣中硫氧化物、水、重金屬等物質的影響，因此，中低溫SCR脫硝裝置只能布置在除塵、脫硫塔后部;
②燒結煙氣溫度，特別是脫硫后的煙氣溫度，無法達到中低溫SCR脫硝反應溫度區間，仍然需要進行煙氣再加熱;
③與中高溫SCR脫硝催化劑相比，中低溫SCR脫硝催化劑的造價和運行費用比較高;
④中低溫SCR催化劑對燒結煙氣中的二噁英沒有去除作用。
中高溫SCR脫硝，即在催化劑的作用下，向溫度320-450℃的煙氣中噴人NH3，利用NH3將NO和NO2還原成N2和H2O的工藝過程，是迄今為止比較成熟、應用*廣的脫硝技術，具有較高的脫硝效率，其脫硝效率可達80%-90%。中高溫SCR脫硝是在火電燃煤鍋爐煙氣脫硝中應用十分成熟的脫硝工藝，完全可以將其移植至燒結煙氣上，關鍵是SCR脫硝裝置前的煙氣加熱系統和SCR脫硝裝置后的煙氣換熱系統的設計。
在實際應用過程中，將煙氣換熱回收的熱量再用于前端加熱煙氣，可以降低能耗，即啟動中高溫SCR脫硝裝置時需要將150℃左右的煙氣加熱至280℃以上，消耗的熱源比較大;在設備正常運行過程中，通過換熱器回收熱量再利用，只需要額外再補充30-50℃升溫即可。另外，中高溫SCR脫硝還需將反應溫度區間控制在300℃以下，避免二噁英在分解后再次合成。
3.3.2活性炭吸附技術
活性炭吸附技術是目前公認的、*適用于鋼鐵燒結煙氣多污染物的協同治理技術。活性炭煙氣凈化技術以物理一化學吸附和催化反應原理為基礎，以活性炭為吸附劑，吸附煙氣中的SO2，完成吸附后的活性炭再通過加熱的方式再生，解吸出高濃度SO2混合氣體可用來制取98%商品硫酸，脫硫率可達95%.由于活性炭的催化作用，加人適量的氨可將煙氣中的NOX還原成N2和H2O，脫硝效率可達到50%.除了脫硫和脫硝，該技術可同步脫除碳氫化合物，比如二噁英，重金屬，比如水銀及其他有毒物質，整個反應過程無廢水、廢渣排放，無需煙氣再熱，無二次污染，技術先進成熟，在實現煙氣綜合治理的同時使廢物得到資源化利用。
活性炭脫硝工藝在系統設計時應采用兩段式設計，在前端脫硫反應結束后再噴氨進行脫硝，以提升脫硝效率，同時有必要在活性炭裝置后增設有效袋式除塵器，以確保實現氮氧化物的超低排放。
一直以來，活性炭工藝被認為是*適用于鋼鐵燒結煙氣的多污染物協同治理技術，但由于活性炭工藝對系統設計、設備配置和運行管理的要求比其他治理工藝更加嚴格，活性炭生產過程產生的廢氣、廢水污染嚴重，治理難度大，隨著活性炭使用量的增加，不僅會大幅增加上游產業鏈的污染物排放量，還會讓活性炭的價格飛漲，進一步增加活性炭裝置的運行成本。
同時，由于活性炭裝置的副產物硫酸的利用途徑有限，且屬于危險化學品，活性炭工藝大面積推廣后，活性炭使用量和硫酸副產物產生量將大幅增加，在硫酸的貯存、運輸和利用方面還存在一系列問題，因此，活性炭工藝的大面積推廣會受到一定程度的制約。
由于燒結所使用的原料中硫、氮的含量不同，燒結過程溫度的波動、燒結礦產量的變化和不同的生產工藝等因素都會影響到燒結煙氣污染物的產生量，對燒結煙氣的治理路線也各不相同。
在上述鋼鐵燒結煙氣超低排放技術路線的基礎上，鋼鐵企業還可以實施煙氣循環改造，將部分燒結機頭煙氣再次引至燒結料層表面，循環再利用，使廢氣外排總量減少20%-40%，從而進一步減少顆粒物、SO2 , Nox的排放量，同時，還可以減少后續除塵、脫硫、脫硝裝置投資和運行費用。除此之外，煙氣循環還可將廢氣中的CO及其他可燃有機物通過燒結燃燒帶時重新燃燒，有效減少燒結廢氣中CO的排放量，實現燒結煙氣的超低排放。
4結束語
隨著包括鋼鐵燒結在內的非電領域煙氣超凈治理時代的全面到來，2025年底前，我國將完成鋼鐵產能改造近20億噸，鋼鐵行業整體超低排放改造市場空間超過800億元，市場空間將穩步釋放，市場前景廣闊。
燒結煙氣作為鋼鐵企業大氣污染的主要來源，現在乃至今后都將是鋼鐵企業環保治理的重點，多污染物協同治理技術的開發與產業化應用也是未來燒結煙氣綜合治理的發展方向。排污治理將會向塵一硫一硝多污染物綜合治理的方向發展，因此，應當根據各鋼鐵企業的具體情況，選擇*適合的煙氣凈化工藝，在粉塵治理的基礎上兼顧SO2 , NOX、二噁英等多污染物的治理，逐步消除燒結煙氣污染給經濟發展和環境帶來的消極影響，促進鋼鐵企業的可持續發展。
本文發表于《科技與創新 》 2018年 第16期
作者：呂平，雷國鵬
河北威美環保設備科技有限公司
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