鋼鐵企業(yè)燒結(jié)煙氣綜合治理技術(shù)
張寧寧
摘 要：近年來,我國(guó)倡導(dǎo)綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展,強(qiáng)調(diào)生態(tài)環(huán)境保護(hù),鋼鐵工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè),同時(shí),排污量也較為凸出。由于燒結(jié)煙氣溫度低,煙氣成分較為復(fù)雜,污染物濃度高,對(duì)人體的健康和長(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)發(fā)展構(gòu)成威脅。基于此,分析了目前國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)燒結(jié)煙氣的治理現(xiàn)狀,探討了綜合利用的最佳工藝,以供參考。
關(guān)鍵詞：鋼鐵企業(yè);燒結(jié)煙氣;綜合整治
隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求越來越高。如何加強(qiáng)對(duì)有害物質(zhì)的綜合防治，是當(dāng)前行業(yè)亟需解決的問題。
一、鋼鐵廠燒結(jié)煙氣的特性
在燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)中，漏風(fēng)率和固體料循環(huán)率都比較高，使部分空氣無法通過燒結(jié)料層，就會(huì)加大燒結(jié)煙氣量，且燒結(jié)煙氣系統(tǒng)的阻力變化較大，這也加大了煙氣量的變化，二氧化硫的濃度變化大是因?yàn)槠滟|(zhì)量、成分的差異波動(dòng)較大。此過程中的原料是鐵礦石，燒結(jié)煙氣成分復(fù)雜，導(dǎo)致存在氮氧化物、氯化氫、氟化氫、多環(huán)芳烴等氣態(tài)污染物，而且其煙氣溫度變化范圍大，通常在120～180℃，含氧量和含濕量較高。目前 ，燒結(jié)煙氣中的 SO2 濃度普遍在 1000～3000mg/m3 左右，其中SOX、NOX、HCL、HF等有毒氣體在水中會(huì)產(chǎn)生酸雨，并含有二噁英、呋喃等物質(zhì)。
二、燒結(jié)球團(tuán)煙氣處理的特點(diǎn)和現(xiàn)狀
(一)燒結(jié)球團(tuán)煙氣的特點(diǎn)
通過對(duì)煉鋼廠排煙狀況的調(diào)查和分析發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)球團(tuán)的煙塵性質(zhì)復(fù)雜，許多因素會(huì)對(duì)其進(jìn)行控制。在燒成過程中，由于爐膛四周沒有完全密封，難免會(huì)出現(xiàn)氣體泄漏。同時(shí)，在燒成過程中，爐襯的不均勻會(huì)使?fàn)t膛內(nèi)的煙氣發(fā)生很大變化。在現(xiàn)代化工業(yè)，由于企業(yè)追求利潤(rùn)，為了節(jié)約燃料，往往會(huì)使用大量的含SO2的礦石。因此，煙氣中的 SO2濃度會(huì)產(chǎn)生很大波動(dòng)。同時(shí)，由于燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，溫度極不穩(wěn)定。因此，燒結(jié)時(shí)，必須向混合料中加水，以改善其透氣性，從而使空氣中的濕度、氧氣含量升高，產(chǎn)生過濕效果。根據(jù)煙氣的不同特性，應(yīng)選擇適宜的工藝，使其滿足環(huán)境要求。
(二)燒結(jié)球團(tuán)煙氣的處理現(xiàn)狀
綜觀我國(guó)燒結(jié)球團(tuán)煙氣治理的歷史，可以看出，我國(guó)大部分生產(chǎn)企業(yè)采用的工藝技術(shù)還不夠成熟，或多或少都存在問題。綜合來看，這些問題主要有：煙塵治理沒有達(dá)到預(yù)期的效果、一次性投資、經(jīng)濟(jì)效益低、副產(chǎn)品利用率低、二次污染等，對(duì)企業(yè)的整體效益造成了很大影響。了解發(fā)現(xiàn)，造成這些問題的主要原因有：一是許多企業(yè)的煙氣治理技術(shù)都是照搬現(xiàn)行的技術(shù)，并不顧及實(shí)際生產(chǎn)狀況，造成成本高、效率低；二是煙氣治理設(shè)施的建設(shè)并不規(guī)范。由于環(huán)境問題近年來才逐步得到重視，許多企業(yè)在建設(shè)之初，并未重視廢氣的治理。因此，在施工中出現(xiàn)了偷工減料、不規(guī)范使用等問題。三是副產(chǎn)品沒有得到充分利用，生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品，而這些副產(chǎn)品都是經(jīng)過處理的，可以大大增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
三、鋼鐵企業(yè)燒結(jié)煙氣治理的問題
(一)缺乏合理的燒結(jié)煙氣脫硫工藝
目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)活性碳吸附法、石灰石-石膏法等技術(shù)的應(yīng)用已較為成熟，但由于投資大、運(yùn)行費(fèi)用高，我國(guó)鋼鐵企業(yè)未將其推廣、應(yīng)用到鋼鐵生產(chǎn)中。近年來，國(guó)內(nèi)的脫硫企業(yè)根據(jù)自身的實(shí)際情況，借鑒了國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，自主研發(fā)了各種工藝的燒結(jié)式煙氣脫硫裝置，但普遍存在技術(shù)成熟度不高、運(yùn)行不穩(wěn)定、綜合運(yùn)營(yíng)成本高等問題，在一定程度上打擊了許多鋼鐵企業(yè)建設(shè)燒結(jié)煙氣脫硫設(shè)施的信心。此外，有的企業(yè)在技術(shù)選擇上猶豫不決，持觀望態(tài)度；還有的企業(yè)在多個(gè)燒結(jié)機(jī)上采用了不同的工藝流程，給生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和管理帶來了極大不便。
(二)燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)水平參差不齊
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，燒結(jié)煙氣脫硫的市場(chǎng)前景十分廣闊，面對(duì)如此龐大的市場(chǎng)機(jī)遇，原本從事燃煤電廠煙氣脫硫的公司紛紛轉(zhuǎn)向了燒結(jié)煙氣脫硫。但由于對(duì)燒結(jié)煙氣性能的認(rèn)識(shí)不夠充分，按照現(xiàn)有的技術(shù)改造生產(chǎn)出的燒結(jié)式煙氣脫硫設(shè)備，其運(yùn)行效果并不理想。甚至有一些資質(zhì)差或沒有資質(zhì)的公司，其脫硫裝置的設(shè)計(jì)、制造、安裝的脫硫裝置效率低、穩(wěn)定性差、故障率高，在投產(chǎn)后不久就出現(xiàn)了故障，不但達(dá)不到SO2的排放目標(biāo)，反而對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的損失。
(三)脫硫設(shè)備運(yùn)行效率低下，偷排現(xiàn)象嚴(yán)重
近年來，國(guó)家相關(guān)部門制定了降低SO2排放指標(biāo)的指標(biāo)，一些鋼廠迫于壓力，倉(cāng)促建造了一些價(jià)格低廉、質(zhì)量較差的脫硫設(shè)備，但因其故障率高，最終多數(shù)停產(chǎn)，淪為企業(yè)應(yīng)付環(huán)保檢查的擺設(shè)。有的鋼廠已建成較高技術(shù)含量的脫硫設(shè)備，但其運(yùn)行費(fèi)用較高，且脫硫副產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性較差，采用旁路煙道偷排的情況比較常見，而現(xiàn)行的煙氣監(jiān)控措施缺乏統(tǒng)一、科學(xué)、規(guī)范的管理，很難預(yù)防某些鋼鐵企業(yè)的“假脫硫”。根據(jù)行業(yè)的樂觀預(yù)測(cè)，目前已經(jīng)投入運(yùn)行的脫硫設(shè)備，實(shí)際運(yùn)行效率還不到60%。
(四)建設(shè)和運(yùn)行中存在的問題
在設(shè)計(jì)過程中，由于設(shè)計(jì)人員對(duì)脫硫工藝的理解存在誤區(qū)，鑒于其原理、工藝、設(shè)計(jì)、維護(hù)等方面的問題，僅關(guān)注投資，忽略了建設(shè)單位的工程能力，導(dǎo)致脫硫設(shè)施不能長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)；也有的企業(yè)認(rèn)為，由于燃燒時(shí)的煙塵特性和火力發(fā)電廠的煙塵特性差異較大，對(duì)燃煤電廠的煙氣脫硫經(jīng)驗(yàn)不足，其運(yùn)行效果均未達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。由于缺少實(shí)際操作和維修經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致一些設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間無法正常使用，有些企業(yè)的DCS記錄不能調(diào)取，或在線監(jiān)控設(shè)備的安裝位置不符合要求。
四、燒結(jié)煙氣脫硫設(shè)施運(yùn)行中存在的問題及改進(jìn)方向
鋼鐵企業(yè)技術(shù)不成熟、投資大、運(yùn)行成本高、故障率高、副產(chǎn)物難利用、二次污染，造成了以下問題：第一，簡(jiǎn)單照搬火電脫硫工藝，未針對(duì)燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，導(dǎo)致工藝不穩(wěn)定，綜合脫硫效率低，運(yùn)行成本高；第二，脫硫設(shè)施建設(shè)不規(guī)范，質(zhì)量低劣，關(guān)鍵設(shè)備的選用或加工工藝不合理，先天不足；第三，日常操作和維修保養(yǎng)不到位，或任意停機(jī)，致使脫硫設(shè)備非正常受損；第四，在線監(jiān)測(cè)不規(guī)范，使儀器設(shè)備淪為擺設(shè)，偷排、漏排現(xiàn)象嚴(yán)重；第五，實(shí)際脫硫效率較低，沒有充分考慮到各種污染物的協(xié)同作用；第六，對(duì)煙氣中副產(chǎn)物的處置，容易產(chǎn)生二次污染。
對(duì)此，應(yīng)采取以下措施：其一，對(duì)燒結(jié)煙氣脫硫設(shè)施進(jìn)行評(píng)價(jià)，強(qiáng)化對(duì)已建設(shè)施的日常監(jiān)督和后續(xù)追蹤，加大處罰力度，公布違法違規(guī)企業(yè)名單；其二，積極引導(dǎo)、有序推進(jìn)成熟的脫硫技術(shù)；其三，強(qiáng)化對(duì)燒結(jié)脫硫施工過程的監(jiān)督，防止豆腐渣項(xiàng)目；其四，廢除旁通設(shè)備，特別是在聯(lián)機(jī)監(jiān)控設(shè)備方面，應(yīng)建立一個(gè)完善的核查系統(tǒng)；其五，將對(duì)硫污染的總量控制轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)硫資源的捕捉和綜合控制；其六，加強(qiáng)對(duì)違法行為的懲罰，并將其列入違法行為名單；其七，在鋼鐵企業(yè)固體廢棄物的綜合利用過程中，將燒結(jié)煙氣脫硫副產(chǎn)品的利用列入其中，并積極探討煙氣脫硫副產(chǎn)品的回收利用方法。
五、鋼鐵企業(yè)燒結(jié)煙氣綜合治理技術(shù)探析
(一)超低排放技術(shù)
一是高效除塵技術(shù)，因其安全、可靠、高效等優(yōu)點(diǎn)，逐步成為當(dāng)今世界上最先進(jìn)的煙氣凈化技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)多數(shù)采用電除塵器除塵，但隨著使用年限的延長(zhǎng)，其效率逐漸降低。同時(shí)，該技術(shù)在結(jié)構(gòu)上也發(fā)生了一些變化，由三個(gè)電場(chǎng)增加到了四個(gè)、五個(gè)。在實(shí)際使用中，要綜合考慮電廠風(fēng)速、集塵面積、供電方式、結(jié)構(gòu)形式等因素，才能使電除塵器的工作效率更高、更安全。
二是石灰石-石膏的濕法脫硫技術(shù)，石灰石-石膏工藝的生產(chǎn)效率很高，一般在90%以上，工業(yè)化應(yīng)用范圍很廣，煙塵排放量很大，適合環(huán)境變化，吸附劑價(jià)格低廉，利用率高，副產(chǎn)物主要是二水石膏，可以進(jìn)行綜合回收。利用多效、多級(jí)旋風(fēng)式旋風(fēng)除塵器，以及氣液相結(jié)合的雙旋風(fēng)脫硫系統(tǒng)，采用噴霧式吸收器，實(shí)現(xiàn)了泥漿滴和煙氣的分離、核聚變的高效碰撞。在此之后，煙氣會(huì)很快冷卻，而噴淋漿液的上部則為吸附二氧化碳提供了一個(gè)最佳的反應(yīng)溫度，從而使有效吸收空間進(jìn)一步增大，同時(shí)減少了液體的氣體比例。噴涂額外的裝置可以減少轉(zhuǎn)換費(fèi)用和操作費(fèi)用，避免了漂移和煙塵的冷卻，同時(shí)也避免了對(duì)液滴的安全性和可靠性的影響。
(二)活性焦煙氣綜合治理技術(shù)
活性焦再生技術(shù)。再生塔自上而下分為進(jìn)料段、加熱段、抽氣段、冷卻段和抽氣段。其中，加熱區(qū)和冷區(qū)為等價(jià)的埋管式換熱器，在循環(huán)過程中，通過重力作用，經(jīng)過加熱、抽氣、抽氣、冷卻三個(gè)階段，再進(jìn)行回收。該技術(shù)采用一種新型的卸料機(jī)，對(duì)再生塔中的活性焦流速進(jìn)行了控制，該裝置與脫硫塔的脫硫率進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，即當(dāng)脫硫效率達(dá)不到要求時(shí)，可加速再生塔的排料速率，而當(dāng)脫硫效率高于上限時(shí)，則可降低再生塔的排料速率。采用循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)行活性焦再生，經(jīng)抽氣區(qū)的抽氣管道進(jìn)行再能量排放，然后通過管線輸送到制酸廠。
除塵裝置。按照活性焦煙氣脫硫設(shè)備的物料傳輸流程，必須對(duì)斗提機(jī)、振動(dòng)篩進(jìn)行清灰操作，以保證操作環(huán)境的清潔，再將抽出的含焦炭的廢氣經(jīng)布袋除塵處理后排出，考慮到對(duì)環(huán)境的影響較低，除塵后的廢氣經(jīng)排氣煙道排出。
(三)脫硫脫硝技術(shù)
由于其自身的特性，目前國(guó)內(nèi)尚不能將該技術(shù)用于鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)。而國(guó)內(nèi)在設(shè)計(jì)現(xiàn)有的脫硫設(shè)備時(shí)，由于沒有充分考慮到燒結(jié)煙氣的特性，導(dǎo)致其在使用時(shí)存在各種問題。在使用過程中，如果設(shè)備不能正常運(yùn)行，將會(huì)對(duì)脫硫效果產(chǎn)生很大的影響。在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的鋼鐵企業(yè)中，僅有幾家企業(yè)的脫硫裝置達(dá)到了要求，提高了脫硫的利用率。
催化還原技術(shù)。根據(jù)催化還原的特點(diǎn)，可以將其分為有選擇的和不選擇的兩種。選擇性催化還原技術(shù)已較為成熟，被廣泛用于鋼鐵行業(yè)的煙氣脫硫。該技術(shù)在適當(dāng)?shù)臏囟取⒋呋瘎┑膸椭拢蓪⒌趸镛D(zhuǎn)變成水，并有效降低煙氣中的NOX。選擇性非催化還原脫硝工藝無需加入催化劑，但要求溫度控制在900～1100℃，通過氨、尿素的配合，可以將其還原成二氧化氮和水。無論哪一種還原法，都需要添加一定氨氣，也因此提高了脫硫的投資，但這兩種方法都不是鋼鐵工業(yè)煙氣脫硫的最佳選擇。
活性碳工藝。采用活性炭技術(shù)，可以將二氧化硫、氮氧化物、粉塵等雜質(zhì)去除。與其他脫硝工藝相比，該工藝不僅能去除三氧化硫，而且無需水，也不會(huì)造成二次污染，是一種非常有效的方法，但其成本要比一般的工藝高許多，所以，很多企業(yè)都不愿意采用這種方法。
催化氧化技術(shù)。催化氧化技術(shù)可去除一氧化氮，但需要一種低溫催化劑。總的來說，我國(guó)的煙氣脫硫、脫硝技術(shù)比較成熟，但由于鋼鐵、電廠屬于不同的行業(yè)，因而不能完全照抄。我國(guó)鋼鐵行業(yè)要取得長(zhǎng)足發(fā)展，就需要針對(duì)燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)，研制出適合于我國(guó)節(jié)能減排、鋼鐵行業(yè)發(fā)展需要的脫硫設(shè)備，同時(shí)在脫硫工藝、脫硫副產(chǎn)物的應(yīng)用等方面進(jìn)行創(chuàng)新。
(四)煙塵治理技術(shù)
袋裝除塵工藝。目前，我國(guó)的袋除塵裝置主要有兩類：大的負(fù)壓反吹袋除塵器和大的脈沖袋除塵器。我國(guó)目前已經(jīng)擁有袋式除塵技術(shù)及主流裝置，長(zhǎng)袋低壓脈沖袋除塵器是上鋼五廠、太鋼、鞍鋼等企業(yè)采用的一種新型除塵裝置，具有清灰性能好、設(shè)備阻力小、占用空間少、能耗低、維修方便、換袋方便等優(yōu)點(diǎn)。但是，在過濾袋使用壽命、配套件性能、電控水平、電耗等方面，與國(guó)外的差距較大。
六、結(jié)語
在長(zhǎng)流程鋼鐵工業(yè)中，燒結(jié)煙氣是最主要的污染源之一，也是節(jié)能和環(huán)境綜合整治的重點(diǎn)。因此，應(yīng)通過燒結(jié)煙氣的再利用，降低總的煙塵排放量和產(chǎn)生的污染物，并有效回收燃燒產(chǎn)生的余熱，利用脈沖電源技術(shù)、移動(dòng)電極技術(shù)等先進(jìn)的電除塵技術(shù)，降低進(jìn)風(fēng)口的粉塵濃度，采用部分煙道選擇性脫硫工藝，降低脫硫設(shè)備的固定投資，通過控制燒結(jié)工藝，降低VOC的排放量。
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