鋼鐵業降低污染物排放新動向
二氧化碳減排雖然采用現有煉鋼技術可以在煉鋼過程中減少一定的二氧化碳排放，但目前許多技術在減排二氧化碳方面已經接近理論值。要想大幅度減排二氧化碳，則需要采用與以前根本不同的技術。因此，2002年歐洲鋼鐵工業決定啟動長期研究開發項目，尋求能顯著降低鋼鐵生產過程中二氧化碳排放量的突破性技術。
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鋼鐵冶煉 |
由48家歐洲公司和機構正聯合開發“超低二氧化碳排放鋼鐵生產工藝”（ULCOS），并已經選擇了4種最有前途的可以進一步開發的技術：高爐煤氣循環利用技術、Isarna新熔融還原工藝技術、先進的直接還原工藝技術和電解鐵礦石技術。
目前，康力斯集團（現已更名為塔塔歐洲公司）正在其位于荷蘭艾默伊登的鋼廠建設年產能為6萬t的HIsarna中試設備。該設備是將Isarna的熔融旋渦熔煉爐和HIsmelt熔融爐相結合，噴吹純氧，并聯合應用反應爐中煤預熱和部分高溫分解技術，利用粉礦和煤生產生鐵，工藝過程取消了焦化和燒結。據稱，HIsarna工藝與高爐流程相比至少可以降低20%的二氧化碳排放，而且如果與碳捕獲技術結合使用，甚至可以降低80%的二氧化碳排放。此外，由于取消了燒結和焦化，因而能源消耗也下降了20%。
在HIsarna工藝中采用了預熱煤，即煤在一個密閉的雙螺旋反應器中預熱（不向大氣中排放有害氣體），轉化成熱炭后，熱裝入煉鐵熔煉爐。鐵礦粉加入到煉鐵熔煉爐中，同時用氧槍吹氧使爐內形成旋渦氣流。鐵礦粉在煉鐵熔煉爐中發生還原反應生成鐵水。在該工藝的最后一個階段，是力拓集團開發的HIsmelt工藝，該工藝已經在澳大利亞的奎納納運轉多年。據稱，與標準的還原工藝相比，HIsarna工藝需要的煤非常少，因而產生的二氧化碳也很少。而且，該工藝具有很大的靈活性，可以使用生物能源、天然氣或是氫替代部分煤。
總投資2000萬歐元的HIsarna中試項目將在2011年投產。如果中試獲得成功，該設備將擴大到半工業化規模，即年產能為70萬t，但這將需要更多的資金投入。
在新技術取得成功之前，鋼鐵企業將繼續努力使其現有鋼鐵生產實現最佳化，以降低二氧化碳排放。例如，康力斯集團已經確定了一個目標，即到2012年該集團噸鋼二氧化碳排放量要低于1.7t，其長期目標是到2020年噸鋼二氧化碳排放量降至1.5t以下。作為減排二氧化碳項目的一部分，該集團最近在其位于威爾士的塔爾博特鋼鐵聯合企業投資6000萬英鎊（約合8600萬美元）建設并投產了能源回收系統。
通過使用回收的轉爐煤氣，將帶來超過15 MW的電能，約占其總需求的10%。換句話說，這將可以使得高質量的焦爐煤氣可以更有效地用于帶鋼熱軋機的軋制生產，使得天然氣消耗量可以降低60%。總之，對塔爾博特鋼鐵聯合企業的投資將使該廠二氧化碳排放量每年可以減少近30萬t，使該集團整個歐洲鋼廠的二氧化碳排放量下降1%。
電爐除塵控制電爐煉鋼車間氣體排放的技術包括脈沖袋式除塵器技術等。其他一些專用系統，如冷卻塔、強制通風冷卻設備和熱交換器等也被用于冷卻熱煙塵。
然而，意大利達涅利公司指出，應用一些可靠的設備尚不足以成功控制空氣污染，原因是有許多設備的設計是專門針對每套生產設備特別設計的。該公司稱，應特別關注利用電爐排風罩捕獲在廢鋼入爐和電爐出鋼時產生的煙氣的二次除塵系統的設計。
二次除塵系統的設計不僅與電爐的尺寸和布置有關，而且與電爐的裝料制度有關，裝料時產生的煙塵數量和溫度均與裝料制度有關。電爐裝入的生產原料包括不同等級的廢鋼、直接還原鐵、生鐵和鐵水或是上述原料的混合物。裝料方法也對煙塵處理設備的設計有影響。上述有關二次除塵系統的細節必須要考慮到，才能確保空氣污染控制系統的效果，滿足法律和用戶要求。
由于上述所有影響控制空氣污染系統效果因素的存在，因而達涅利公司環保設計部門利用計算機流體動力軟件（CFD）設計二次除塵系統，該軟件可以精確模擬不同系統的煙塵捕獲效果。
在二次除塵系統開始建造之前，均用CFD模型對二次除塵系統的新設計進行驗證。此外，該軟件也用于完善現有二次除塵系統。例如，達涅利公司通過對電爐排風罩進行改造提高了煙塵捕獲效率，而不必增大煙塵捕獲裝置的能力。
改進濕式除塵器通過安裝圓形濕式靜電除塵器（ESP），SMS Elex公司采用新開發并擁有專利的新技術對現有的配置了濕式除塵器的煤氣清潔系統進行改造。該公司將融合兩種除塵技術的裝置命名為“hydro hybrid filter”系統，并稱該系統以最低的投資使現有轉爐除塵裝置符合最嚴格的環保規定。
為了實現對現有除塵系統的改造，將ESP安裝在了濕式除塵器與抽風式風扇之間。現有濕式除塵器排出的尾氣溫度為70℃，并且是非常濕的。
濕式ESP的構造與SMS Elex公司新開發的第二代干式ESP有兩個明顯差異。首先，濕式ESP的收塵極板不能分開，且收塵極板只是在上部獲得支撐。其次，濕式ESP的內部是通過位于氣道前后的噴嘴噴水進行清潔。除了清潔系統，為了使收塵極板永遠保持較濕狀態，還配有噴霧系統。
SMS Elex公司稱其新開發的濕式ESP系統具有以下很多優點：清潔后的煤氣灰塵含量低于10mg/m3；整個煤氣清潔系統的動力消耗下降了50%以上；幾乎與目前所有的濕式除塵器具有很好的兼容性；現有除塵器所用水的配制足以用于濕式ESP系統而無須加大水的配置；新系統投資較低；可以在現有除塵系統中迅速安裝；安裝濕式ESP后不需要下游的儲氣柜。
煉鐵工藝中的煤氣干法除塵系統在大多數的煉鐵廠都配有濕式煤氣清潔系統，但中國許多高爐也配有干法除塵過濾系統。中國的高爐操作者可以通過使用干法煤氣除塵系統取得很大效益。然而，在干法煤氣除塵系統用于世界其它鋼廠的高爐之前，該技術還須有所改進以符合其它國家更為嚴格的環保要求。
在開發改進的高爐煤氣干法除塵系統中，西門子-奧鋼聯公司提出了一個相對濕法除塵有許多優點的新概念，這些優勢是：完全可以不用對廢水和爐泥進行處理；壓降和溫度損失更小，因而通過爐頂TRT回收的電力可以增長20%～30%；可行性研究顯示新建干法除塵系統的成本比帶有廢水處理的除塵系統低30%；干法除塵系統的運行成本下降；整套設備所需空間僅有濕法除塵系統的40%。
干法除塵技術也受到一些因素的限制。由于過濾袋僅適合于在80℃～250℃之間工作，因而爐頂煤氣溫度的變化是一個非常重要的挑戰。鑒于此，西門子-奧鋼聯選擇了對爐頂煤氣溫度進行控制的方法，使煤氣溫度波動范圍符合要求。
西門子-奧鋼聯在韓國浦項鋼鐵公司的Finex?設備上安裝了一套實驗性設備以研究干法除塵。該中試設備的處理能力是6000Nm3/h，處理的煤氣是溫度在200℃左右冷卻的煤氣。煤氣中的爐塵含量為20g/Nm3～40g/Nm3。西門子-奧鋼聯確信最新的MERIM?袋式過濾技術將可以適用于全球的高爐、Corex?設備和Finex?設備的爐頂煤氣清潔系統。
用于燒結生產的新FGD系統由于煤、石油和礦石中存在大量硫，因而對許多金屬生產廠而言除去存在于煙氣中的含硫物質是非常重要的。大連綠諾環境工程有限公司引入了燒結煙氣脫硫專用系統（FGD）。綠諾公司與中國寶鋼聯合開發出了一個新的稱為DXT的工藝（DXT氨法燒結煙氣脫硫工藝），且聲稱相比現有的脫硫系統，這種工藝有很多優點，包括脫硫效率更高、能源消耗降低、運轉成本較低以及可以生產副產品。
DXT利用產生于焦爐排放物的氨中和產生自燒結生產線的二氧化硫，并生產出副產品硫酸銨，作為化肥出售。據稱，該技術可以去除99%的硫排放。雖然這套系統的成本比流化床FGD系統高出30%～50%，但其運行成本卻低60%。
目前，中國政府已經認識到燒結廠安裝FGD的重要性，并將其作為環保優先考慮的事項。在去年發布的政策報告中，中國政府確定了燒結煙氣脫硫目標。政府還計劃安裝在線、實時監測裝置以確保燒結煙氣脫硫目標的實施。總之，所有燒結生產線必須安裝FGD，否則就要關閉。截至2009年5月，中國鋼鐵企業中約有500條燒結生產線，但僅有40條配有FGD。2008年中國二氧化硫排放量總計2320萬t，其中有86%來自工業產業。
降低燒結生產排放西門子-奧鋼聯開發了MEROS?，該系統可以降低燒結生產廢氣中以前采用傳統廢氣處理技術不能處理的灰塵、酸性氣體和有害金屬物質以及有機物質排放。由于該系統可以大幅降低燒結生產廢氣中的排放物，因而世界許多國家的環保部門非常關注該技術對不同顆粒的混合物的處理，包括二氧化硫、二惡英/呋喃、重金屬和氧化氮（NOx）。
對于脫硫，可以采用兩種脫硫劑：一種是碳酸氫鈉，另一種是熟石灰。通常對脫硫物質的選擇取決于當地的要求和條件，但西門子-奧鋼聯詳細分析了這兩種物質的脫硫效果，并指出使用熟石灰效果非常好，但當要求有較高脫硫效率時噴入碳酸氫鈉效果更好。
向燒結廢氣中噴入特殊的脫硫劑可以促進DeSOx（脫硫）反應以及與其他酸性氣體的反應，如氯化氫氣體。每一種脫硫劑都有其優點和缺點。潮濕的熟石灰顆粒與燒結廢氣中的所有酸性氣體成分發生反應生成有關反應物。除了化學成分和顆粒尺寸外，石灰的特定內表面也是脫硫效率的關鍵。
據西門子-奧鋼聯稱，兩種脫硫添加劑的反應行為有著明顯不同。碳酸氫鈉用于脫硫時極快的反應速度使其可以設定操控控制清潔氣體的排放。而熟石灰的缺點是其反應速度相對較慢，但可以恒定脫硫。
重金屬和其化合物，如汞鹽、鎘或鉛可以作為顆粒物通過過濾袋除去。由于剩余氣體塵含量非常低，因而其所含重金屬可以滿足目前的環保規定。此外，污染物的氣態部分和金屬汞可以通過活性炭等物質吸附而去除。
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