钢铁企业烧结烟气综合治理技术
张宁宁
摘 要：近年来,我国倡导绿色发展和可持续发展,强调生态环境保护,钢铁工业是我国国民经济的支柱产业,同时,排污量也较为凸出。由于烧结烟气温度低,烟气成分较为复杂,污染物浓度高,对人体的健康和长期的经济发展构成威胁。基于此,分析了目前国内钢铁企业烧结烟气的治理现状,探讨了综合利用的最佳工艺,以供参考。
关键词：钢铁企业;烧结烟气;综合整治
随着社会和经济的发展，国家对环保的要求越来越高。如何加强对有害物质的综合防治，是当前行业亟需解决的问题。
一、钢铁厂烧结烟气的特性
在烧结烟气脱硫技术中，漏风率和固体料循环率都比较高，使部分空气无法通过烧结料层，就会加大烧结烟气量，且烧结烟气系统的阻力变化较大，这也加大了烟气量的变化，二氧化硫的浓度变化大是因为其质量、成分的差异波动较大。此过程中的原料是铁矿石，烧结烟气成分复杂，导致存在氮氧化物、氯化氢、氟化氢、多环芳烃等气态污染物，而且其烟气温度变化范围大，通常在120～180℃，含氧量和含湿量较高。目前 ，烧结烟气中的 SO2 浓度普遍在 1000～3000mg/m3 左右，其中SOX、NOX、HCL、HF等有毒气体在水中会产生酸雨，并含有二噁英、呋喃等物质。
二、烧结球团烟气处理的特点和现状
(一)烧结球团烟气的特点
通过对炼钢厂排烟状况的调查和分析发现，烧结球团的烟尘性质复杂，许多因素会对其进行控制。在烧成过程中，由于炉膛四周没有完全密封，难免会出现气体泄漏。同时，在烧成过程中，炉衬的不均匀会使炉膛内的烟气发生很大变化。在现代化工业，由于企业追求利润，为了节约燃料，往往会使用大量的含SO2的矿石。因此，烟气中的 SO2浓度会产生很大波动。同时，由于燃烧过程中会产生大量粉尘，温度极不稳定。因此，烧结时，必须向混合料中加水，以改善其透气性，从而使空气中的湿度、氧气含量升高，产生过湿效果。根据烟气的不同特性，应选择适宜的工艺，使其满足环境要求。
(二)烧结球团烟气的处理现状
综观我国烧结球团烟气治理的历史，可以看出，我国大部分生产企业采用的工艺技术还不够成熟，或多或少都存在问题。综合来看，这些问题主要有：烟尘治理没有达到预期的效果、一次性投资、经济效益低、副产品利用率低、二次污染等，对企业的整体效益造成了很大影响。了解发现，造成这些问题的主要原因有：一是许多企业的烟气治理技术都是照搬现行的技术，并不顾及实际生产状况，造成成本高、效率低；二是烟气治理设施的建设并不规范。由于环境问题近年来才逐步得到重视，许多企业在建设之初，并未重视废气的治理。因此，在施工中出现了偷工减料、不规范使用等问题。三是副产品没有得到充分利用，生产过程中会产生大量的副产品，而这些副产品都是经过处理的，可以大大增加企业的经济效益。
三、钢铁企业烧结烟气治理的问题
(一)缺乏合理的烧结烟气脱硫工艺
目前，国内外对活性碳吸附法、石灰石-石膏法等技术的应用已较为成熟，但由于投资大、运行费用高，我国钢铁企业未将其推广、应用到钢铁生产中。近年来，国内的脱硫企业根据自身的实际情况，借鉴了国外的先进技术，自主研发了各种工艺的烧结式烟气脱硫装置，但普遍存在技术成熟度不高、运行不稳定、综合运营成本高等问题，在一定程度上打击了许多钢铁企业建设烧结烟气脱硫设施的信心。此外，有的企业在技术选择上犹豫不决，持观望态度；还有的企业在多个烧结机上采用了不同的工艺流程，给生产经营和管理带来了极大不便。
(二)烧结烟气脱硫技术水平参差不齐
随着社会经济及科学技术的发展，烧结烟气脱硫的市场前景十分广阔，面对如此庞大的市场机遇，原本从事燃煤电厂烟气脱硫的公司纷纷转向了烧结烟气脱硫。但由于对烧结烟气性能的认识不够充分，按照现有的技术改造生产出的烧结式烟气脱硫设备，其运行效果并不理想。甚至有一些资质差或没有资质的公司，其脱硫装置的设计、制造、安装的脱硫装置效率低、稳定性差、故障率高，在投产后不久就出现了故障，不但达不到SO2的排放目标，反而对烧结生产造成了严重的损失。
(三)脱硫设备运行效率低下，偷排现象严重
近年来，国家相关部门制定了降低SO2排放指标的指标，一些钢厂迫于压力，仓促建造了一些价格低廉、质量较差的脱硫设备，但因其故障率高，最终多数停产，沦为企业应付环保检查的摆设。有的钢厂已建成较高技术含量的脱硫设备，但其运行费用较高，且脱硫副产品的经济性较差，采用旁路烟道偷排的情况比较常见，而现行的烟气监控措施缺乏统一、科学、规范的管理，很难预防某些钢铁企业的“假脱硫”。根据行业的乐观预测，目前已经投入运行的脱硫设备，实际运行效率还不到60%。
(四)建设和运行中存在的问题
在设计过程中，由于设计人员对脱硫工艺的理解存在误区，鉴于其原理、工艺、设计、维护等方面的问题，仅关注投资，忽略了建设单位的工程能力，导致脱硫设施不能长时间、稳定运转；也有的企业认为，由于燃烧时的烟尘特性和火力发电厂的烟尘特性差异较大，对燃煤电厂的烟气脱硫经验不足，其运行效果均未达到设计指标。由于缺少实际操作和维修经验，导致一些设备长时间无法正常使用，有些企业的DCS记录不能调取，或在线监控设备的安装位置不符合要求。
四、烧结烟气脱硫设施运行中存在的问题及改进方向
钢铁企业技术不成熟、投资大、运行成本高、故障率高、副产物难利用、二次污染，造成了以下问题：第一，简单照搬火电脱硫工艺，未针对烧结烟气的特点进行优化设计，导致工艺不稳定，综合脱硫效率低，运行成本高；第二，脱硫设施建设不规范，质量低劣，关键设备的选用或加工工艺不合理，先天不足；第三，日常操作和维修保养不到位，或任意停机，致使脱硫设备非正常受损；第四，在线监测不规范，使仪器设备沦为摆设，偷排、漏排现象严重；第五，实际脱硫效率较低，没有充分考虑到各种污染物的协同作用；第六，对烟气中副产物的处置，容易产生二次污染。
对此，应采取以下措施：其一，对烧结烟气脱硫设施进行评价，强化对已建设施的日常监督和后续追踪，加大处罚力度，公布违法违规企业名单；其二，积极引导、有序推进成熟的脱硫技术；其三，强化对烧结脱硫施工过程的监督，防止豆腐渣项目；其四，废除旁通设备，特别是在联机监控设备方面，应建立一个完善的核查系统；其五，将对硫污染的总量控制转变为对硫资源的捕捉和综合控制；其六，加强对违法行为的惩罚，并将其列入违法行为名单；其七，在钢铁企业固体废弃物的综合利用过程中，将烧结烟气脱硫副产品的利用列入其中，并积极探讨烟气脱硫副产品的回收利用方法。
五、钢铁企业烧结烟气综合治理技术探析
(一)超低排放技术
一是高效除尘技术，因其安全、可靠、高效等优点，逐步成为当今世界上最先进的烟气净化技术。目前，国内多数采用电除尘器除尘，但随着使用年限的延长，其效率逐渐降低。同时，该技术在结构上也发生了一些变化，由三个电场增加到了四个、五个。在实际使用中，要综合考虑电厂风速、集尘面积、供电方式、结构形式等因素，才能使电除尘器的工作效率更高、更安全。
二是石灰石-石膏的湿法脱硫技术，石灰石-石膏工艺的生产效率很高，一般在90%以上，工业化应用范围很广，烟尘排放量很大，适合环境变化，吸附剂价格低廉，利用率高，副产物主要是二水石膏，可以进行综合回收。利用多效、多级旋风式旋风除尘器，以及气液相结合的双旋风脱硫系统，采用喷雾式吸收器，实现了泥浆滴和烟气的分离、核聚变的高效碰撞。在此之后，烟气会很快冷却，而喷淋浆液的上部则为吸附二氧化碳提供了一个最佳的反应温度，从而使有效吸收空间进一步增大，同时减少了液体的气体比例。喷涂额外的装置可以减少转换费用和操作费用，避免了漂移和烟尘的冷却，同时也避免了对液滴的安全性和可靠性的影响。
(二)活性焦烟气综合治理技术
活性焦再生技术。再生塔自上而下分为进料段、加热段、抽气段、冷却段和抽气段。其中，加热区和冷区为等价的埋管式换热器，在循环过程中，通过重力作用，经过加热、抽气、抽气、冷却三个阶段，再进行回收。该技术采用一种新型的卸料机，对再生塔中的活性焦流速进行了控制，该装置与脱硫塔的脱硫率进行联动，即当脱硫效率达不到要求时，可加速再生塔的排料速率，而当脱硫效率高于上限时，则可降低再生塔的排料速率。采用循环风机进行活性焦再生，经抽气区的抽气管道进行再能量排放，然后通过管线输送到制酸厂。
除尘装置。按照活性焦烟气脱硫设备的物料传输流程，必须对斗提机、振动筛进行清灰操作，以保证操作环境的清洁，再将抽出的含焦炭的废气经布袋除尘处理后排出，考虑到对环境的影响较低，除尘后的废气经排气烟道排出。
(三)脱硫脱硝技术
由于其自身的特性，目前国内尚不能将该技术用于钢铁工业生产。而国内在设计现有的脱硫设备时，由于没有充分考虑到烧结烟气的特性，导致其在使用时存在各种问题。在使用过程中，如果设备不能正常运行，将会对脱硫效果产生很大的影响。在国内现有的钢铁企业中，仅有几家企业的脱硫装置达到了要求，提高了脱硫的利用率。
催化还原技术。根据催化还原的特点，可以将其分为有选择的和不选择的两种。选择性催化还原技术已较为成熟，被广泛用于钢铁行业的烟气脱硫。该技术在适当的温度、催化剂的帮助下，可将氮氧化物转变成水，并有效降低烟气中的NOX。选择性非催化还原脱硝工艺无需加入催化剂，但要求温度控制在900～1100℃，通过氨、尿素的配合，可以将其还原成二氧化氮和水。无论哪一种还原法，都需要添加一定氨气，也因此提高了脱硫的投资，但这两种方法都不是钢铁工业烟气脱硫的最佳选择。
活性碳工艺。采用活性炭技术，可以将二氧化硫、氮氧化物、粉尘等杂质去除。与其他脱硝工艺相比，该工艺不仅能去除三氧化硫，而且无需水，也不会造成二次污染，是一种非常有效的方法，但其成本要比一般的工艺高许多，所以，很多企业都不愿意采用这种方法。
催化氧化技术。催化氧化技术可去除一氧化氮，但需要一种低温催化剂。总的来说，我国的烟气脱硫、脱硝技术比较成熟，但由于钢铁、电厂属于不同的行业，因而不能完全照抄。我国钢铁行业要取得长足发展，就需要针对烧结烟气的特点，研制出适合于我国节能减排、钢铁行业发展需要的脱硫设备，同时在脱硫工艺、脱硫副产物的应用等方面进行创新。
(四)烟尘治理技术
袋装除尘工艺。目前，我国的袋除尘装置主要有两类：大的负压反吹袋除尘器和大的脉冲袋除尘器。我国目前已经拥有袋式除尘技术及主流装置，长袋低压脉冲袋除尘器是上钢五厂、太钢、鞍钢等企业采用的一种新型除尘装置，具有清灰性能好、设备阻力小、占用空间少、能耗低、维修方便、换袋方便等优点。但是，在过滤袋使用寿命、配套件性能、电控水平、电耗等方面，与国外的差距较大。
六、结语
在长流程钢铁工业中，烧结烟气是最主要的污染源之一，也是节能和环境综合整治的重点。因此，应通过烧结烟气的再利用，降低总的烟尘排放量和产生的污染物，并有效回收燃烧产生的余热，利用脉冲电源技术、移动电极技术等先进的电除尘技术，降低进风口的粉尘浓度，采用部分烟道选择性脱硫工艺，降低脱硫设备的固定投资，通过控制烧结工艺，降低VOC的排放量。
参考文献
[1] 桑文帅.湿式电除尘技术在钢铁烧结中的应用及评价分析[D].内蒙古:内蒙古大学,2020.
[2] 刘正平,王慧霞,刘世刚.烧结烟气脱硫脱硝除尘一体化技术介绍[C].2017年烧结烟气脱硝及综合治理技术交流研讨会论文集,2017.
[3] 雷仕江.烧结脱硫废水达到直排标准改造与操作实践[C].2017年烧结烟气脱硝及综合治理技术交流研讨会论文集,2017.
[4] 周轶宗,沈凯,梁世伟.钢铁烧结烟气湿烟羽治理气-液接触传热传质模型及其工程示范[J].环境污染与防治,2021,43(4):497-501.
[5] 巴凯铭.基于生命周期理论的钢铁烧结烟气超低排放处理技术环境与经济影响评价研究[D].山东:山东大学,2020.