【技術文摘】新金鋼鐵燒結煙氣綜合治理工藝實踐

來源：市場資訊

（來源：中國煉鐵網(wǎng)）

李兆甲 翟玉兵 劉占平

（河北新金鋼鐵有限公司 燒結廠）

摘 要：燒結工序作為鋼鐵生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，其產(chǎn)生的煙氣具有成分復雜、污染物種類多、排放量大的特點。本文系統(tǒng)論述了新金鋼鐵燒結煙氣綜合治理工藝體系，重點分析了靜電除塵、濕法脫硫、濕電除塵、SCR脫硝和CO氧化催化劑等核心技術的工藝原理、應用現(xiàn)狀及技術特點，探討了各工藝環(huán)節(jié)的協(xié)同優(yōu)化路徑，并對未來技術發(fā)展方向進行了展望，為燒結煙氣超低排放技術升級提供理論參考。

關鍵詞：燒結煙氣；綜合治理；超低排放；工藝優(yōu)化

1 前言

鋼鐵行業(yè)燒結工序產(chǎn)生的煙氣中含有顆粒物、SOx、NOx、二噁英、重金屬等多種污染物，其排放量約占鋼鐵企業(yè)總排放量的60%以上。隨著GB28662-2012《鋼鐵燒結、球團工業(yè)大氣污染物排放標準》的實施，燒結煙氣治理逐步形成多污染物協(xié)同治理的技術路線。本文重點論述新金鋼鐵由靜電除塵、濕法脫硫、濕電除塵、SCR脫硝和CO氧化催化劑構成的綜合治理工藝體系。

2 主要治理工藝原理及技術特征

2.1 靜電除塵技術

工作原理：通過高壓直流電形成強電場，使煙氣中的粉塵顆粒荷電后在電場力作用下向集塵極遷移。典型工藝參數(shù)：電場強度3-4kV/cm，停留時間2-4秒，板間距300-400mm。

技術優(yōu)勢：

（1）除塵效率可達99.5%以上。

（2）適用于高溫（<400℃）煙氣處理。

（3）運行阻力小（<300Pa）。

（4）處理煙氣量大（可達200萬m3/h）。

局限性：

（1）對PM2.5以下細顆粒捕集效率低。

（2）受粉塵比電阻影響大（最佳范圍104-1010Ω·cm）。

（3）設備投資較高。

新金鋼鐵燒結廠靜電除塵有效抽風面積為300㎡，共有四個電場，十六個倉，燒結煙氣一般控制在140℃±10℃。從生產(chǎn)實踐總結，燒結煙道溫度盡量不要低于120℃，溫度過低會導致煙氣中含水，極易造成箱體結塊，降低除塵效率。同時溫度也不宜過高，防止除塵灰在箱體內(nèi)燃，造成箱體結塊。目前燒結煙氣通過靜電除塵粉塵含量大概在30-40mg/m3。

2.2 濕法脫硫技術

工作原理：采用石灰石-石膏法，通過氣液傳質(zhì)反應吸收SO2。主要反應如式（1）所示：

CaCO3 + SO2 + ?O2 → CaSO4 + CO2↑ （1）

典型工藝參數(shù)：液氣比15-25L/m3，漿液pH值5.0-5.8，脫硫效率>95%。

技術優(yōu)勢：

（1）脫硫效率高（可達98%以上）。

（2）副產(chǎn)物石膏可資源化利用。

（3）適應高硫燃料（硫含量>3%）。

作者簡訊：李兆甲，17303201229，河北省武安市河北新金鋼鐵有限公司，lzj17303201229@163.com

局限性：

（1）產(chǎn)生脫硫廢水需專門處理。

（2）系統(tǒng)結垢、腐蝕問題突出。

（3）能耗較高（電耗占燒結工序8-12%）。

目前脫硫工藝常見的有干法脫硫、半干法脫硫和濕法脫硫，新金鋼鐵燒結廠采用的是濕法脫硫，從生產(chǎn)實踐和與其他企業(yè)對標中了解到，濕法脫硫是相對來說運行比較穩(wěn)定，脫硫效率比較高的工藝。燒結煙氣中含硫量越高，對脫硫的負荷越大，一般來說，企業(yè)為降低原料成本會采用配加部分高硫礦進行降本，這就無形中給脫硫帶來很大負擔，在選擇高硫礦降本的同時需要考慮到脫硫能力以及增加脫硫劑所帶來的成本是否合適，目前新金鋼鐵燒結廠脫硫進口硫含量一般控制在1500mg/m3以內(nèi)，以便降低脫硫劑的消耗，維護脫硫設備正常運行，進而滿足超低排放要求。目前邯鄲地區(qū)煙氣排放標準中，SO2含量一般要求低于15mg/m3，新金鋼鐵燒結廠完全能滿足次排放要求。

2.3 濕式電除塵技術

工作原理：在傳統(tǒng)電除塵基礎上引入水膜清灰，通過噴淋系統(tǒng)形成連續(xù)水膜。關鍵技術參數(shù)：水流強度0.05-0.2m3/(m·h)，沖洗頻率2-4次/小時。

技術優(yōu)勢：

（1）可捕集PM2.5細顆粒（效率>70%）。

（2）有效去除酸霧、氣溶膠。

（3）解決干式除塵反電暈問題。

局限性：

（1）產(chǎn)生含塵廢水需循環(huán)處理。

（2）極板腐蝕風險增加。

（3）運行維護成本提高約30%。

濕法脫硫后配套除塵工藝為濕式電除塵工藝，干法脫硫和半干法脫硫后配套除塵工藝一般采用布袋除塵。從除塵效率而言，筆者認為布袋除塵效率最高，但煙氣經(jīng)過脫硫漿液水洗后含塵量明顯降低，濕式電除塵完全能滿足除塵要求，目前新金鋼鐵燒結廠出口煙氣中粉塵含量一般控制在2mg/m3左右。但隨環(huán)保管控越來越嚴，濕式電除塵廠家還需考慮進一步優(yōu)化工藝，主要針對方便運行維護方面進行攻關，確保除塵效率穩(wěn)定，滿足國家環(huán)保要求。

2.4 SCR脫硝技術

工作原理：在催化劑作用下（280-400℃），NH3選擇性還原NOx，反應式如式（2）所示：

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O （2）

關鍵參數(shù)：空速3000-5000h?1，氨氮比0.8-1.05，脫硝效率85-95%。

技術優(yōu)勢：

（1）脫硝效率高且穩(wěn)定。

（2）副產(chǎn)物僅為N2和H2O。

（3）適應寬濃度范圍（100-1000mg/m3）。

局限性：

（1）催化劑易受SO2中毒（>3mg/m3影響活性）。

（2）溫度窗口要求嚴格。

（3）氨逃逸控制難度大。

目前國家對氨逃逸管控也在加嚴，這就要求進入脫銷的煙氣中NOx含量就不能過高，目前邯鄲地區(qū)在加嚴管控中明確指出用全焦粉生產(chǎn)。目前燒結所用燃料一般為無煙煤和焦粉，因為無煙煤價格相對便宜，很多鋼廠都會用無煙煤代替部分焦粉進行生產(chǎn)，但因為無煙煤中含氮量相對較高，在生產(chǎn)過程中更易產(chǎn)生NOx。我們都知道在NOx生成機理中燃料型NOx是產(chǎn)生NOx的主要來源，約占NOx生成總量的80%～90%。所以在加嚴管控中一般都用全焦粉生產(chǎn)。

2.5 CO氧化催化劑

工作原理：貴金屬催化劑促進CO氧化反應，反應式如式（3）所示：

2CO + O2 → 2CO2（起燃溫度150-250℃） （3）

關鍵技術指標：CO轉(zhuǎn)化率>90%，空速10000-20000h?1，使用壽命3-5年。

技術優(yōu)勢：

（1）低溫活性好。

（2）適應復雜煙氣成分。

（3）模塊化安裝方便。

局限性：

（1）貴金屬成本高（Pt含量0.5-1.5%）。

（2）抗硫性能有待提升。

（3）再生困難。

CO治理前期一直以源頭治理和過程管控為主要手段，燒結煙氣中CO排放量一般都在5000～6000mg/m3，有的甚至更高。末端治理技術還處于摸索階段，目前其主要治理方法有直接燃燒法、深冷分離法、溶液吸收法、吸附法和氧化法。而在工業(yè)中相對成熟的為活性炭吸附法和CO氧化催化法。CO氧化催化法目前都采用貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑。但目前催化劑投入運行時間還相對較短，大部分企業(yè)CO催化劑投入運行時間在2024年11～12月份之間，還都處于實驗階段。理論上催化劑活性能保持3年以上，還需持續(xù)觀察，催化劑活性是否能達到時間要求。

新金鋼鐵燒結廠前期煙氣中CO含量大概能達到4000mg/m3，在同行業(yè)處于領先水平。積極響應政府降低CO號召，率先投入CO催化劑，于2024年9月進行安裝調(diào)試CO催化劑，10月4日正式投用，投用后燒結煙氣中CO含量降低到1000～1500mg/m3，脫硝加熱爐耗用煤氣量由原來的6000m3/h降低到2000m3/h，降幅達到了2/3，整體使用效果比較明顯。后因催化劑孔徑問題，出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，影響到正常使用，目前結合廠家正在做整改方案。

3. 工藝協(xié)同優(yōu)化研究

3.1 系統(tǒng)集成方案

主流工藝路線：靜電除塵→濕法脫硫→濕電除塵→GGH換熱→SCR脫硝→CO氧化→煙囪排放。各單元協(xié)同作用表現(xiàn)在：

（1）濕法脫硫后煙氣濕度增加，提升濕電除塵效率。

（2）GGH換熱回收余熱，保障SCR溫度窗口。

（3）CO氧化減少后續(xù)催化劑堵塞風險。

3.2 關鍵參數(shù)匹配

（1）除塵效率鏈式控制：靜電除塵（出口≤50mg/m3）→濕電除塵（出口≤10mg/m3）。

（2）溫度梯度控制：SCR入口280-320℃，CO氧化入口200-250℃。

（3）壓力損失平衡：系統(tǒng)總阻力≤4500Pa。

4. 未來發(fā)展方向

4.1 工藝優(yōu)化方向

（1）低溫SCR催化劑開發(fā)（180-250℃窗口）。

（2）脫硫廢水零排放技術。

（3）多污染物協(xié)同控制技術。

（4）智能控制系統(tǒng)開發(fā)（基于大數(shù)據(jù)預測調(diào)控）。

4.2 新材料應用

（1）非貴金屬CO催化劑（Mn-Ce基復合氧化物）。

（2）抗硫型SCR催化劑（WO3/TiO2載體）。

（3）新型極板材料（2205雙相不銹鋼）。

4.3 系統(tǒng)能效提升

（1）煙氣余熱深度利用（熱管換熱效率>80%）。

（2）高頻電源節(jié)能技術（節(jié)電30%以上）。

（3）引風機變頻改造（節(jié)電15-20%）。

5. 結論

新金鋼鐵燒結廠目前采用靜電除塵-濕法脫硫-濕式電除塵-SCR脫銷-CO催化劑工藝流程鏈條進行煙氣治理，質(zhì)量效果相對穩(wěn)定，能滿足超低排放要求。燒結煙氣綜合治理工藝通過多技術耦合實現(xiàn)了污染物超低排放，當前應重點關注工藝協(xié)同優(yōu)化、新材料應用和智能控制技術開發(fā)。未來發(fā)展方向?qū)⒊尸F(xiàn)以下特征：①工藝路線向集約化、模塊化演變；②催化劑壽命延長至4-6年；③系統(tǒng)能耗降低20-30%；建議加強基礎研究投入，推動治理技術向高效化、低碳化方向發(fā)展。

參考文獻

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