鐵礦燒結煙氣超低排放技術
在實現(xiàn)燒結煙氣超低排放的同時，要警惕不惜代價以達到超低排放的誤區(qū)。燒結煙氣超低排放應滿足全生命周期低資源能源消耗、低污染物排放和低生態(tài)破壞的要求。因此，開發(fā)源頭及過程減排和末端治理相結合的技術體系，對于實現(xiàn)燒結煙氣超低排放具有重要意義。近年來，中冶長天圍繞燒結煙氣減排，開發(fā)了包括低漏風、煙氣循環(huán)、清潔燃氣料面頂吹等燒結煙氣及污染物減量技術及活性炭法、組合式脫硫脫硝等燒結煙氣多污染物協(xié)同深度凈化技術，并在生產(chǎn)實踐中得到應用，取得了良好的技術效果和環(huán)境效益。本文將從燒結煙氣多污染物過程控制和高效末端凈化相協(xié)同等方面進行詳細論述。
1燒結煙氣及污染物減量技術
1.1降低燒結系統(tǒng)漏風技術
燒結機漏風量的大小與風箱系統(tǒng)的內(nèi)外壓差△P及移動臺車與風箱間結合面的間隙δ有關。△P決定于風箱內(nèi)負壓的大小，風箱內(nèi)負壓的大小又決定于燒結混合料的阻力大小。δ與間隙位置、密封結構、加工制造、運行工況等息息相關？梢姡ㄟ^加強原料準備、強化混勻制粒等措施改善燒結料層透氣性，開發(fā)先進的密封技術以減小設備動靜結合面漏風間隙是降低燒結系統(tǒng)漏風量的關鍵。
1.1.1降低燒結料層阻力技術
1）生石灰雙級雙螺旋攪拌消化技術。
常規(guī)的生石灰消化系統(tǒng)存在消化能力差、時間短、除塵難度大等問題，限制了該技術的應用。雙級雙螺旋攪拌生石灰消化技術及裝備，將整個消化過程分為兩級（一級預消化、二級充分消化，如圖1所示），延長了消化時間，完善了消化過程，提高了消化率。它在單螺旋的基礎上，增加一個螺旋轉(zhuǎn)子，形成雙軸攪拌形式，具有攪拌、粉碎結塊和自清理等多重作用與功效，大幅提高了攪拌頻率和消化反應速度。
針對生石灰消化過程產(chǎn)生的粉塵強黏結性、親水性、高分散性及水硬性等幾大特點，開發(fā)出復合濕式除塵技術。
雙級雙螺旋攪拌生石灰消化器及配套復合濕式除塵器已于2016年底在新余鋼鐵6號燒結機投入運行，與燒結機同步作業(yè)，消化率達87.5%，混合料制粒效果改善，年增產(chǎn)燒結礦8萬噸，粉塵排放濃度低至9.87mg/m3，配料室環(huán)境明顯改善，消化系統(tǒng)除塵廢水實現(xiàn)“零”排放。
2）強化混勻制粒技術。
強力混勻裝備根據(jù)結構不同，可分為臥式和立式強力混合機。臥式強力混合機在工作過程中，筒體固定，主軸旋轉(zhuǎn)帶動犁頭運動，使物料產(chǎn)生對流運動、混合充分。立式強力混合機在工作過程中，轉(zhuǎn)動的混合桶體和高速旋轉(zhuǎn)的攪拌槳
配合，使混合料進行劇烈的對流、剪切、擴散運動，混勻更為充分。中冶長天成功開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權的臥式和立式強力混合機，其中，立式強力混合機（如圖2所示）與進口愛立許的相比，一次性投資成本可降低40%，運行成本可降低20%，且耐磨件使用壽命更長。
1.1.2燒結機高效綜合密封技術
燒結機漏風部位中，頭、尾端部漏風最為嚴重，也最難治理。負壓吸附式端部密封技術（如圖3所示）以負壓作為密封動力，迫使風箱密封板與燒結機臺車底板側部貼合，達到接合部的密封，巧妙地解決壓差與密封的矛盾。頂部密封板由分體式改為整板式，徹底消除了傳統(tǒng)分體式浮動密封體之間的間隙所導致的漏風，而且省去了灰箱。
該技術在國內(nèi)外得到了廣泛應用，其中寶鋼湛江2號550m2燒結機初期測試漏風率僅為17.8%，日本和歌山185m2燒結機測試漏風率僅為16.7%。燒結機漏風率降低，有助于降低燒結機主抽風機功率及燒結煙氣末端治理負荷。
1.2燒結煙氣循環(huán)技術
燒結煙氣循環(huán)工藝是將一部分燒結過程產(chǎn)生的煙氣返回燒結機臺車料面進行循環(huán)燒結的方法。這種方法一方面，可以明顯減少廢氣的排放量，從而降低脫硫脫硝裝置的投資和運行成本；另一方面，循環(huán)燒結過程中燒結煙氣的部分顯熱和潛熱將被回收利用，一定程度上可以降低焦粉的配比。此外，循環(huán)煙氣中的部分粉塵會被吸附并滯留于燒結料層中；PCDD/Fs和NOx在通過燒結料層時，部分經(jīng)過熱分解得到減排；SO2得以富集，有利于提高脫硫系統(tǒng)的脫硫效率。
根據(jù)燒結煙氣的來源，循環(huán)工藝又分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)。內(nèi)循環(huán)是從主抽風機前的風箱支管取風進行循環(huán)；外循環(huán)是從主抽風機后的煙道取風進行循環(huán)。鑒于燒結煙氣中O2含量不滿足燒結生產(chǎn)要求（通常不宜低于18%），而環(huán)冷機中低溫段冷卻廢氣（O2含量與空氣類似）的開發(fā)利用困難，可通過兌入部分冷卻廢氣，來實現(xiàn)燒結煙氣富氧。
目前，我國已將燒結煙氣循環(huán)技術列為鋼鐵行業(yè)清潔生產(chǎn)的重點推廣技術。寶武2號600m2新建燒結工程即采用了該技術，設計過程中除了充分考慮燒結系統(tǒng)的風量平衡、壓力平衡、氧量平衡之外，還借助ANSYS軟件對循環(huán)系統(tǒng)的煙氣混合器、分配器及循環(huán)罩三大核心部件進行建模、流場仿真及結構優(yōu)化，工程投產(chǎn)后預計燒結煙氣外排量減少25%，NOx和二噁英排放量降低20%，噸礦工序能耗降低1-2kgce。
1.3清潔燃氣料面頂吹低C低NOx燒結技術
燃氣料面頂吹技術是在燒結點火爐后適當位置的燒結料面頂部噴入一定量的燃氣，使其在燒結負壓的作用下被抽入料層內(nèi)，并在燃燒層上部燃燒放熱。首先從熱值等量置換角度來講，該工藝是以燃氣代替部分固體燃料；其次，通過噴氣位置的控制，實現(xiàn)燒結料層頂部靠點火煤氣+固體燃耗、中上部靠頂吹燃氣+固體燃耗、下部料層靠自蓄熱+固體燃耗的梯級供熱方式，使整個燒結料層內(nèi)的熱量分布更合理、熱量利用率更高，從而在整體上降低固體燃料消耗，相應的燒結COx、SOx、NOx等污染物的生成量也相應減少。燒結料層內(nèi)熱量分布更合理，將產(chǎn)生更多優(yōu)質(zhì)復合鐵酸鈣，也有助于抑制NOx的產(chǎn)生。
中冶長天開發(fā)的清潔燃氣料面頂吹低C低NOx燒結技術和成套裝備已在韶鋼360m2燒結機上成功投運（如圖4所示）。燒結料面噴入1Nm3燃氣，可減少焦粉量1.5-1.8kg，降低CO2排放2%，降低SO2排放5%，降低NOx排放10%，提高燒結礦轉(zhuǎn)鼓強度0.15%，提高燒結礦成品率0.3%。值得注意的是，采用該技術后，5-10mm粒徑的燒結礦比例降低1.46%，這對高爐冶煉是非常有利的。
2燒結煙氣多污染物協(xié)同深度凈化技術
國內(nèi)外工業(yè)煙氣治理都經(jīng)歷了從單一除塵，到除塵及脫硫復合控制，最后到除塵及多污染物協(xié)同治理的過程。通過考察各種技術路線的多污染高效協(xié)同脫除效率、副產(chǎn)物的資源化程度、運行可靠性及性價比后，普遍認為活性炭法煙氣凈化技術和中低溫SCR技術比較適應鋼鐵燒結煙氣超低排放技術要求。當然，還有一些其他方法如氧化法等也在不斷探索之中。
2.1活性炭法煙氣凈化技術
2.1.1活性炭對不同污染物脫除機理
活性炭脫硫原理是：利用活性炭的吸附特性和催化特性，使煙氣中SO2與煙氣中的水蒸氣和氧反應生成H2SO4吸附在活性炭的表面，吸附SO2的活性炭加熱再生，釋放出高濃度SO2氣體，再生后的活性炭循環(huán)使用，高濃度SO2氣體可被加工成硫酸、單質(zhì)硫等多種化工產(chǎn)品。脫硝原理是：通過活性炭催化氮氧化物和氨反應的特性，實現(xiàn)氮氧化物的脫除。脫汞原理是：利用活性炭的吸附性能脫除煙氣中的汞等重金屬。除塵原理是：與常規(guī)過濾集塵一樣，活性炭層通過碰撞、遮擋及擴散捕集來實現(xiàn)除塵功能。脫二噁英原理是：固體狀與霧狀的二噁英會附著或者吸附在廢氣中灰塵粒子表面，而在通過活性炭層時被過濾除去，氣狀的二噁英則可通過活性炭層時的化學吸附作用而被從煙氣中除去；然后，當活性炭進行高溫解吸時，吸附的二噁英會發(fā)生解吸并裂解為無毒性物質(zhì)。
2.1.2活性炭法煙氣凈化典型工藝
活性炭法具備同時脫除煙氣中二氧化硫、氮氧化物、粉塵、二噁英類物質(zhì)的優(yōu)點。按吸附方式不同，分為交叉流工藝和逆流工藝，其中交叉流是指煙氣與活性炭運動方向相互垂直；逆流是指煙氣從下往上，活性炭從上往下移動。兩種塔體物質(zhì)流向，如圖5所示。
交叉流的優(yōu)點是兩相流（即固相流和氣相流）互不干擾、接觸均勻；活性炭層呈整體流均勻連續(xù)下料，且下料口少，易于控制；煙氣中氟、氯等元素對料流影響小，系統(tǒng)無滯料現(xiàn)象，作業(yè)率高；活性炭輸送過程倒運次數(shù)少，損耗。贿原劑可實現(xiàn)分層分級噴入吸附塔，污染物凈化效率高等。這是一種更高效、更經(jīng)濟、更安全的活性炭煙氣凈化方法，在國內(nèi)外獲得了廣泛應用。
2.1.3活性炭法煙氣多污染物協(xié)同高效凈化關鍵技術
1）分層吸附技術。
基于活性炭對污染物吸附規(guī)律研究，SO2和粉塵的吸附速率大于NOx的吸附速率，即約80%的SO2和粉塵吸附在沿氣流方向活性炭床層前部，由于SO2吸附為放熱反應，會導致床層前部大量熱量累積；同時吸附粉塵后，會降低床層透氣性，增加系統(tǒng)阻損，因此床層前部活性炭需盡快排出。通過研究床層后部活性炭下料速度對出口粉塵濃度、脫硝率的影響，發(fā)現(xiàn)下料速度慢有利于降低出口粉塵濃度，但會導致系統(tǒng)壓力損失急劇增大和脫硝率降低。為解決上述矛盾，開發(fā)了分層錯流吸附技術，即吸附層分為前、中、后三層：前層脫硫+除塵，活性炭快速排出；中層進一步脫硫+除塵+脫硝，活性炭排料速度次之；后層深度脫硫+脫硝+抑塵，活性炭慢速排出，從而實現(xiàn)以不同運行參數(shù)適應不同污染物的高效協(xié)同脫除。
為實現(xiàn)各層活性炭的分別控制，基于活性炭物料的特性，開發(fā)了長軸輥式排料結構（如圖6所示），精確保證前、中、后料層下料速度滿足分層吸附速度控制的要求。此外，該結構可以保證迎風面上的活性炭下料速度相同，避免了漏斗流現(xiàn)象，實現(xiàn)活性炭與煙氣充分均勻接觸，提升了系統(tǒng)運行的安全性、高效性及經(jīng)濟性。
2）高效再生技術。
活性炭在吸附污染物后，需通過高溫解吸以恢復活性炭活性，同時實現(xiàn)資源回收和分解有害物質(zhì)。開發(fā)了順流與逆流、溫度與時間相耦合的解吸技術，強化了SO2析出及NOx、二噁英無害化處理，提高了解吸氣體純度及SO2資源化利用效率，實現(xiàn)了對二次污染物的有效控制。
3）活性炭低耗損技術。
活性炭的耗損分為化學耗損和機械耗損，化學耗損主要與污染物濃度度及凈化要求有關，機械損耗主要是顆粒之間、物料與設備之間及物料翻轉(zhuǎn)過程中的機械磨損。為了減少甚至消除運輸過程中的機械磨損，開發(fā)了低耗損輸送機技術（如圖7所示）和低耗損卸料閥技術。
4）系統(tǒng)安全運行技術。
活性炭為可燃物質(zhì)，因此采用安全措施及技術至關重要。如整體流下料技術，保障了在吸附塔內(nèi)煙氣與活性炭均勻接觸，無滯料、局部升溫現(xiàn)象。此外，煙溫調(diào)控技術，吸附塔、解吸塔溫度監(jiān)測及控制系統(tǒng)，輸送機高溫灶實時覓出技術（如圖8所示）等的采用與設置，可確保系統(tǒng)安全運行，作業(yè)率與燒結機100%同步。
5）余氨循環(huán)利用及廢水“零排放”技術。
針對SO2資源化過程中產(chǎn)生的制酸洗滌廢水難以處置的瓶頸，分析了廢水中汞、氨氮、氟、氯等的濃度，開發(fā)了廢水預處理后蒸發(fā)的工藝流程，實現(xiàn)了廢水中重金屬污泥的微量化、余氨循環(huán)利用、廢水“零排放”，并同時實現(xiàn)了對煙氣溫度調(diào)控的多重目的。
6）系統(tǒng)組成及應用。
活性炭法燒結煙氣多污染物協(xié)同凈化技術系統(tǒng)包括煙氣系統(tǒng)、吸附系統(tǒng)、解吸系統(tǒng)、活性炭輸送系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)等。目前，已應用于寶武湛江鋼鐵、寶武本部、安陽鋼鐵等國內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)配套燒結煙氣凈化工程。
其中，雙級多污染物協(xié)同治理技術于2016年11月在寶鋼三燒成功應用，脫硝效率提高到90%。系統(tǒng)投產(chǎn)以來，運行穩(wěn)定，與燒結系統(tǒng)同步作業(yè)率達100%，實現(xiàn)了煙氣出口污染物濃度SO2<10mg/Nm3、NOx<50mg/Nm3、二噁英<0.05ng-TEQ/Nm3、粉塵<10mg/Nm3、氟化物<0.06mg/Nm3，Hg基本全脫除，達到了超低排放。圖9為寶武本部組合式雙級凈化系統(tǒng)建成實景。
2.2組合脫硫脫硝技術
雖然活性炭煙氣凈化技術在多污染物協(xié)同治理及副產(chǎn)物資源化方面具有獨特的優(yōu)勢，但對于不同的工況條件、歷史狀況、地理及資源條件，活性炭法煙氣凈化技術很難說是最佳選擇。因此，基于企業(yè)已有的各種脫硫脫硝技術，列舉了3種組合式的技術方案，以使企業(yè)從中選擇資源消耗最低的、性價比最高的煙氣深度凈化技術方案。
2.2.1單級活性炭法耦合中低溫SCR技術
早期的活性炭煙氣凈化工程中，環(huán)保要求較低，一般采用單級塔，NOx排放難以達到50mg/Nm3以下。同時工程現(xiàn)場中，往往場地受限，總圖位置上不具備增加二級吸附塔的空間。此時，要進行超低排放環(huán)保升級改造，可以利用SCR脫硝效果高、占地較小的優(yōu)點，在活性炭煙氣凈化后串聯(lián)SCR脫硝反應裝置，進一步降低NOx排放濃度。
該工藝能深度協(xié)同脫除SO2、NOx、二噁英、粉塵、重金屬及其他有機污染物，使煙氣排放達到超低排放標準，并實現(xiàn)SO2的資源化。但也存在如下缺點：①當采用高溫SCR技術時，運行成本偏高，能耗較大；②如果未來二噁英的排放限值大幅下調(diào)，采用低溫SCR技術時，要注意二噁英排放的達標問題，同時低溫催化劑的脫硝效果、壽命還需要經(jīng)過實際工程實踐的考驗；③催化劑作為危廢，處理難度較高、成本較大。
2.2.2干（半）法脫硫耦合單級活性炭法技術
該方法主要適應于已經(jīng)建成的干（半）法脫硫裝置，且裝置運行良好，脫硫副產(chǎn)物有出路，不會增加環(huán)境負荷的場合。值得注意的是，要保證原煙氣系統(tǒng)中能夠引出部分高溫低硫煙氣，以便確；钚蕴垦b置入口的煙氣溫度不會太低，同時，要保證進入活性炭裝置中的煙氣粉塵不宜太高，最好小于30mg/Nm3。
該工藝為已建成的干（半）法脫硫裝置改造升級為深度凈化提供了一條路徑，且能實現(xiàn)SO2、NOx、二噁英、粉塵及其他有機污染物的協(xié)同治理，煙氣排放可以達到超低排放標準，且升級改造后不會產(chǎn)生新的有害副產(chǎn)物，同時投資較省，運行成本適中、能耗低。但此方法雖然沒有產(chǎn)生新的有害副產(chǎn)物，但也沒有解決原干（半）法中存在的副產(chǎn)物問題，如果整體環(huán)保標準提高，導致原干（半）法的副產(chǎn)物不允許產(chǎn)生，那么采用此方法將存在風險。
2.2.3干（半）法、濕法脫硫耦合中低溫SCR技術
該方法適用于已建成干（半）法、濕法脫硫裝置，且運行良好，現(xiàn)場場地條件較緊張，原煙氣中NOx濃度偏高的工況條件。需要注意的是，前段脫硫工序必須保證SO2的排放濃度<35mg/Nm3，粉塵排放濃度<10mg/Nm3。
該工藝能夠?qū)崿F(xiàn)SO2、NOx、粉塵等多種污染物協(xié)同脫除，煙氣排放能達到超低排放標準，且投資成本相對較低。但存在如下缺點：①副產(chǎn)物較復雜，不但有原干（半）法存在的脫硫副產(chǎn)物，而且有新增的SCR法定期廢棄的催化劑；②此方法需把煙氣整體升溫，運行成本較高，能耗高；③二噁英脫除較難，如環(huán)保標準進一步提高，可能有風險。
3對鐵礦燒結煙氣超低排放技術發(fā)展的思考
1）目前我國超低排放改造對NOx的要求很高，為全世界最嚴格的，但對二噁英的排放要求低于國際水平，這是由于NOx是形成PM2.5和霧霾的前驅(qū)體。近些年，我國霧霾嚴重，優(yōu)先控制NOx排放有一定的合理性。但二噁英毒性大，也應引起高度重視，在煙氣治理技術路線的選擇時務必考慮周全。
2）對超低排放技術的評價，不能僅僅看排放指標，而要從全生命周期環(huán)境負荷和綜合性價比來評價。
3）對鋼鐵企業(yè)來講，不能僅僅看污染物排放濃度指標，更要關注其排放總量，要從煙氣排放總量減少和排放濃度減少方面雙管齊下；就粉塵減排來說，不僅要關注其質(zhì)量濃度減排，更要關注數(shù)量濃度減排。
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