【技術(shù)文摘】新金鋼鐵燒結(jié)煙氣綜合治理工藝實(shí)踐

來(lái)源：市場(chǎng)資訊

（來(lái)源：中國(guó)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(jié)廠）

摘 要：燒結(jié)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(fù)雜、污染物種類多、排放量大的特點(diǎn)。本文系統(tǒng)論述了新金鋼鐵燒結(jié)煙氣綜合治理工藝體系，重點(diǎn)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(shù)的工藝原理、應(yīng)用現(xiàn)狀及技術(shù)特點(diǎn)，探討了各工藝環(huán)節(jié)的協(xié)同優(yōu)化路徑，并對(duì)未來(lái)技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行了展望，為燒結(jié)煙氣超低排放技術(shù)升級(jí)提供理論參考。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)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(jié)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(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施，燒結(jié)煙氣治理逐步形成多污染物協(xié)同治理的技術(shù)路線。本文重點(diǎn)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(gòu)成的綜合治理工藝體系。

2 主要治理工藝原理及技術(shù)特征

2.1 靜電除塵技術(shù)

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

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

（1）除塵效率可達(dá)99.5%以上。

（2）適用于高溫（<400℃）煙氣處理。

（3）運(yùn)行阻力小（<300Pa）。

（4）處理煙氣量大（可達(dá)200萬(wàn)m3/h）。

局限性：

（1）對(duì)PM2.5以下細(xì)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(shè)備投資較高。

新金鋼鐵燒結(jié)廠靜電除塵有效抽風(fēng)面積為300㎡，共有四個(gè)電場(chǎng)，十六個(gè)倉(cāng)，燒結(jié)煙氣一般控制在140℃±10℃。從生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)，燒結(jié)煙道溫度盡量不要低于120℃，溫度過低會(huì)導(dǎo)致煙氣中含水，極易造成箱體結(jié)塊，降低除塵效率。同時(shí)溫度也不宜過高，防止除塵灰在箱體內(nèi)燃，造成箱體結(jié)塊。目前燒結(jié)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(shù)

工作原理：采用石灰石-石膏法，通過氣液傳質(zhì)反應(yīng)吸收SO2。主要反應(yīng)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(shù)優(yōu)勢(shì)：

（1）脫硫效率高（可達(dá)98%以上）。

（2）副產(chǎn)物石膏可資源化利用。

（3）適應(yīng)高硫燃料（硫含量>3%）。

作者簡(jiǎn)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(jié)垢、腐蝕問題突出。

（3）能耗較高（電耗占燒結(jié)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(jié)廠采用的是濕法脫硫，從生產(chǎn)實(shí)踐和與其他企業(yè)對(duì)標(biāo)中了解到，濕法脫硫是相對(duì)來(lái)說運(yùn)行比較穩(wěn)定，脫硫效率比較高的工藝。燒結(jié)煙氣中含硫量越高，對(duì)脫硫的負(fù)荷越大，一般來(lái)說，企業(yè)為降低原料成本會(huì)采用配加部分高硫礦進(jìn)行降本，這就無(wú)形中給脫硫帶來(lái)很大負(fù)擔(dān)，在選擇高硫礦降本的同時(shí)需要考慮到脫硫能力以及增加脫硫劑所帶來(lái)的成本是否合適，目前新金鋼鐵燒結(jié)廠脫硫進(jìn)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(hù)脫硫設(shè)備正常運(yùn)行，進(jìn)而滿足超低排放要求。目前邯鄲地區(qū)煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)中，SO2含量一般要求低于15mg/m3，新金鋼鐵燒結(jié)廠完全能滿足次排放要求。

2.3 濕式電除塵技術(shù)

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

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

（1）可捕集PM2.5細(xì)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(fēng)險(xiǎn)增加。

（3）運(yùn)行維護(hù)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(rèn)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(jié)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(lái)越嚴(yán)，濕式電除塵廠家還需考慮進(jìn)一步優(yōu)化工藝，主要針對(duì)方便運(yùn)行維護(hù)方面進(jìn)行攻關(guān)，確保除塵效率穩(wěn)定，滿足國(guó)家環(huán)保要求。

2.4 SCR脫硝技術(shù)

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

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O （2）

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

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

（1）脫硝效率高且穩(wěn)定。

（2）副產(chǎn)物僅為N2和H2O。

（3）適應(yīng)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(yán)格。

（3）氨逃逸控制難度大。

目前國(guó)家對(duì)氨逃逸管控也在加嚴(yán)，這就要求進(jìn)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(yán)管控中明確指出用全焦粉生產(chǎn)。目前燒結(jié)所用燃料一般為無(wú)煙煤和焦粉，因?yàn)闊o(wú)煙煤價(jià)格相對(duì)便宜，很多鋼廠都會(huì)用無(wú)煙煤代替部分焦粉進(jìn)行生產(chǎn)，但因?yàn)闊o(wú)煙煤中含氮量相對(duì)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(jī)理中燃料型NOx是產(chǎn)生NOx的主要來(lái)源，約占NOx生成總量的80%～90%。所以在加嚴(yán)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(jìn)CO氧化反應(yīng)，反應(yīng)式如式（3）所示：

2CO + O2 → 2CO2（起燃溫度150-250℃） （3）

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

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

（1）低溫活性好。

（2）適應(yīng)復(fù)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(jié)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(shù)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(duì)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(yùn)行時(shí)間還相對(duì)較短，大部分企業(yè)CO催化劑投入運(yùn)行時(shí)間在2024年11～12月份之間，還都處于實(shí)驗(yàn)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(dá)到時(shí)間要求。

新金鋼鐵燒結(jié)廠前期煙氣中CO含量大概能達(dá)到4000mg/m3，在同行業(yè)處于領(lǐng)先水平。積極響應(yīng)政府降低CO號(hào)召，率先投入CO催化劑，于2024年9月進(jìn)行安裝調(diào)試CO催化劑，10月4日正式投用，投用后燒結(jié)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(lái)的6000m3/h降低到2000m3/h，降幅達(dá)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(jié)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(fēng)險(xiǎn)。

3.2 關(guān)鍵參數(shù)匹配

（1）除塵效率鏈?zhǔn)娇刂疲红o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(lái)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(shù)。

（3）多污染物協(xié)同控制技術(shù)。

（4）智能控制系統(tǒng)開發(fā)（基于大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)調(diào)控）。

4.2 新材料應(yīng)用

（1）非貴金屬CO催化劑（Mn-Ce基復(fù)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(shù)（節(jié)電30%以上）。

（3）引風(fēng)機(jī)變頻改造（節(jié)電15-20%）。

5. 結(jié)論

新金鋼鐵燒結(jié)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(jìn)行煙氣治理，質(zhì)量效果相對(duì)穩(wěn)定，能滿足超低排放要求。燒結(jié)煙氣綜合治理工藝通過多技術(shù)耦合實(shí)現(xiàn)了污染物超低排放，當(dāng)前應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注工藝協(xié)同優(yōu)化、新材料應(yīng)用和智能控制技術(shù)開發(fā)。未來(lái)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(zhǎng)至4-6年；③系統(tǒng)能耗降低20-30%；建議加強(qiáng)基礎(chǔ)研究投入，推動(dòng)治理技術(shù)向高效化、低碳化方向發(fā)展。

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