鋼鐵行業(yè)排放的SO2、NOX和二噁英等污染物主要集中在燒結(jié)工序，污染物的排放嚴(yán)重影響了人類的生存環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，有效去除燒結(jié)煙氣中的SO2和NOx等污染物既必要又迫切，如何處理好燒結(jié)煙氣是鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。燒結(jié)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高溫廢氣具有含塵量高、含水量大、有害物質(zhì)多、腐蝕性強(qiáng)以及SO2濃度波動(dòng)大等特性，因此，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的高效脫除，需要選擇與燒結(jié)煙氣特征相適應(yīng)的凈化工藝。通過對(duì)各種燒結(jié)煙氣凈化工藝的比較，河鋼邯鋼確定選用活性炭做催化劑的選擇性催化還原反應(yīng)（CSCR）工藝。該工藝于2017年6月應(yīng)用于邯鋼新435m2燒結(jié)機(jī)以來，實(shí)現(xiàn)了長周期穩(wěn)定順行和較高的煙氣凈化水平，尤其是NOx脫除水平在國內(nèi)處于絕對(duì)領(lǐng)先地位。
工藝選擇及問題處理
逆流工藝選擇。CSCR技術(shù)的突出優(yōu)勢是在一個(gè)系統(tǒng)中去除SO2、NOx、顆粒物、二噁英、重金屬等多組分污染物。依據(jù)煙氣與活性炭運(yùn)動(dòng)方向，該工藝包含交叉流和逆流兩種模式。之前國內(nèi)活性炭處理燒結(jié)煙氣均采用交叉流工藝，存在硫酸氫銨板結(jié)以及活性炭下料不暢等問題，煙氣凈化程度雖然能夠達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，但是仍有提升空間?？茖W(xué)分析認(rèn)為，逆流式工藝能夠解決交叉流存在的問題，并且活性炭和燒結(jié)煙氣做相向運(yùn)動(dòng)更有利于兩者充分接觸，具備更好的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)條件，因而邯鋼決定打破常規(guī)，率先在國內(nèi)選用逆流式工藝。
逆流式工藝中煙氣自下而上、活性炭自上而下，兩者逆流接觸，活性炭連續(xù)地從吸附塔底部排出，輸送到解析塔進(jìn)行解析，解析后的活性炭再進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)使用。煙氣中的SO2通過活性炭的吸附、解析，再經(jīng)過觸媒的催化氧化制成濃度高達(dá)98%的濃硫酸，實(shí)現(xiàn)了資源回收利用。該工藝使用氨水作為還原劑，在活性炭的催化作用下，NOx轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退M(jìn)行脫硝。
活性炭床層高度確定?；钚蕴课綄哟矊痈叨仁菬煔鈨艋实年P(guān)鍵參數(shù)之一，只有在合適的床層高度下才能實(shí)現(xiàn)兼顧脫除效率和成本，邯鋼通過先導(dǎo)試驗(yàn)確定床層高度。
在煙氣含水蒸氣12.5%、氨水濃度飽和的條件下，采用滿足指標(biāo)要求的活性炭，當(dāng)床層高度超過3m時(shí)，NOx脫除率超過80%。然而當(dāng)活性炭床層高度超過2m時(shí)，NOx脫除率雖然隨著床層高度增加而提高，但是其提高的幅度越來越小，即隨著床層高度增加，活性炭對(duì)NOx的脫除效率下降。綜合考慮NOx脫除率和活性炭使用的經(jīng)濟(jì)性，邯鋼最終確定正常工作時(shí)活性炭床層高度為3.1m。
系統(tǒng)運(yùn)行過程中的問題及技術(shù)改進(jìn)。逆流式一體化脫硫脫硝工藝屬于國內(nèi)首創(chuàng)，可借鑒經(jīng)驗(yàn)少，因而在系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)行過程中遇到了一系列問題。邯鋼通過對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行改造和系統(tǒng)運(yùn)行程序的優(yōu)化，解決了出現(xiàn)的問題，最終實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工藝的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。
運(yùn)行效果
《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB28662-2012）修改單（征求意見稿）要求將燒結(jié)機(jī)和球團(tuán)焙燒設(shè)備的顆粒物限值調(diào)整為20mg/Nm3，SO2排放限值調(diào)整為50mg/Nm3，NOx排放限值調(diào)整為100mg/Nm3。邯鋼緊鄰城區(qū)，因而在設(shè)計(jì)和運(yùn)行煙氣處理系統(tǒng)時(shí)必須考慮比其他鋼鐵企業(yè)更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，逆流式CSCR一體化脫硫脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。
二氧化硫、氮氧化物和顆粒物脫除效果。2017年6月，邯鋼逆流式CSCR燒結(jié)煙氣凈化工藝正式投入運(yùn)行，經(jīng)過初期的設(shè)備調(diào)試和工藝改進(jìn)，煙氣凈化指標(biāo)迅速達(dá)到較高水平。2017年6月~8月份屬于工藝調(diào)試階段，9月份進(jìn)入采暖季，受環(huán)保限產(chǎn)影響，燒結(jié)機(jī)頻繁開停機(jī)，其間CSCR系統(tǒng)煙氣入口數(shù)據(jù)難以精確統(tǒng)計(jì)。因?yàn)槟媪魇紺SCR系統(tǒng)的超高效煙氣凈化效率，所以燒結(jié)機(jī)在環(huán)保形勢最嚴(yán)峻的2017年12月份仍然能正常生產(chǎn)。進(jìn)入2017年12月份，燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)穩(wěn)定，全月僅29日停機(jī)7.5小時(shí)，全月作業(yè)率為99.6%，因而12月份數(shù)據(jù)最具有代表性，國家重點(diǎn)污染物在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)詳見表2、表3。該工藝投入運(yùn)行后，SO2、NOx和固體顆粒物的排放濃度都明顯低于排放限值，尤其是NOx排放濃度在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。
二噁英脫除效果。在吸附塔中活性炭的催化作用和硫酸的強(qiáng)氧化環(huán)境下，二噁英分子中的含氧基團(tuán)被破壞，氧化分解轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)二噁英的脫除。國家二噁英排放標(biāo)準(zhǔn)限值為0.5ng-TEQ/Nm3，邯鋼燒結(jié)煙氣經(jīng)過CSCR系統(tǒng)凈化后二噁英含量為0.021ng-TEQ/Nm3，遠(yuǎn)低于排放標(biāo)準(zhǔn)限值。
與常規(guī)脫硫脫硝工藝減排對(duì)比。邯鋼1號(hào)435m2燒結(jié)機(jī)采用常規(guī)脫硫工藝凈化煙氣，雖然凈化指標(biāo)能夠達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，但是其凈化和減排效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于采用逆流式CSCR一體化脫硫脫硝工藝的新435m2燒結(jié)機(jī)。在正常工況條件下，逆流式CSCR工藝的SO2、NOx和固體顆粒物年排放量分別相當(dāng)于常規(guī)工藝的6.7%、16.3%和53%。
綜上所述，河鋼邯鋼逆流式CSCR一體化脫硫脫硝工藝系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，污染物減排效果明顯。該工藝能夠脫除99%的SO2、80%以上的NOx，以及絕大部分固體顆粒物、二噁英、重金屬等，并且能夠生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)異的濃硫酸，實(shí)現(xiàn)資源回收利用。該工藝的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，將推動(dòng)全國燒結(jié)煙氣治理水平進(jìn)入新的高度，促進(jìn)鋼鐵行業(yè)在環(huán)保新常態(tài)下實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。
工藝選擇及問題處理
逆流工藝選擇。CSCR技術(shù)的突出優(yōu)勢是在一個(gè)系統(tǒng)中去除SO2、NOx、顆粒物、二噁英、重金屬等多組分污染物。依據(jù)煙氣與活性炭運(yùn)動(dòng)方向，該工藝包含交叉流和逆流兩種模式。之前國內(nèi)活性炭處理燒結(jié)煙氣均采用交叉流工藝，存在硫酸氫銨板結(jié)以及活性炭下料不暢等問題，煙氣凈化程度雖然能夠達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，但是仍有提升空間?？茖W(xué)分析認(rèn)為，逆流式工藝能夠解決交叉流存在的問題，并且活性炭和燒結(jié)煙氣做相向運(yùn)動(dòng)更有利于兩者充分接觸，具備更好的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)條件，因而邯鋼決定打破常規(guī)，率先在國內(nèi)選用逆流式工藝。
逆流式工藝中煙氣自下而上、活性炭自上而下，兩者逆流接觸，活性炭連續(xù)地從吸附塔底部排出，輸送到解析塔進(jìn)行解析，解析后的活性炭再進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)使用。煙氣中的SO2通過活性炭的吸附、解析，再經(jīng)過觸媒的催化氧化制成濃度高達(dá)98%的濃硫酸，實(shí)現(xiàn)了資源回收利用。該工藝使用氨水作為還原劑，在活性炭的催化作用下，NOx轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退M(jìn)行脫硝。
活性炭床層高度確定?；钚蕴课綄哟矊痈叨仁菬煔鈨艋实年P(guān)鍵參數(shù)之一，只有在合適的床層高度下才能實(shí)現(xiàn)兼顧脫除效率和成本，邯鋼通過先導(dǎo)試驗(yàn)確定床層高度。
在煙氣含水蒸氣12.5%、氨水濃度飽和的條件下，采用滿足指標(biāo)要求的活性炭，當(dāng)床層高度超過3m時(shí)，NOx脫除率超過80%。然而當(dāng)活性炭床層高度超過2m時(shí)，NOx脫除率雖然隨著床層高度增加而提高，但是其提高的幅度越來越小，即隨著床層高度增加，活性炭對(duì)NOx的脫除效率下降。綜合考慮NOx脫除率和活性炭使用的經(jīng)濟(jì)性，邯鋼最終確定正常工作時(shí)活性炭床層高度為3.1m。
系統(tǒng)運(yùn)行過程中的問題及技術(shù)改進(jìn)。逆流式一體化脫硫脫硝工藝屬于國內(nèi)首創(chuàng)，可借鑒經(jīng)驗(yàn)少，因而在系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)行過程中遇到了一系列問題。邯鋼通過對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行改造和系統(tǒng)運(yùn)行程序的優(yōu)化，解決了出現(xiàn)的問題，最終實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工藝的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。
運(yùn)行效果
《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB28662-2012）修改單（征求意見稿）要求將燒結(jié)機(jī)和球團(tuán)焙燒設(shè)備的顆粒物限值調(diào)整為20mg/Nm3，SO2排放限值調(diào)整為50mg/Nm3，NOx排放限值調(diào)整為100mg/Nm3。邯鋼緊鄰城區(qū)，因而在設(shè)計(jì)和運(yùn)行煙氣處理系統(tǒng)時(shí)必須考慮比其他鋼鐵企業(yè)更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，逆流式CSCR一體化脫硫脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。
二氧化硫、氮氧化物和顆粒物脫除效果。2017年6月，邯鋼逆流式CSCR燒結(jié)煙氣凈化工藝正式投入運(yùn)行，經(jīng)過初期的設(shè)備調(diào)試和工藝改進(jìn)，煙氣凈化指標(biāo)迅速達(dá)到較高水平。2017年6月~8月份屬于工藝調(diào)試階段，9月份進(jìn)入采暖季，受環(huán)保限產(chǎn)影響，燒結(jié)機(jī)頻繁開停機(jī)，其間CSCR系統(tǒng)煙氣入口數(shù)據(jù)難以精確統(tǒng)計(jì)。因?yàn)槟媪魇紺SCR系統(tǒng)的超高效煙氣凈化效率，所以燒結(jié)機(jī)在環(huán)保形勢最嚴(yán)峻的2017年12月份仍然能正常生產(chǎn)。進(jìn)入2017年12月份，燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)穩(wěn)定，全月僅29日停機(jī)7.5小時(shí)，全月作業(yè)率為99.6%，因而12月份數(shù)據(jù)最具有代表性，國家重點(diǎn)污染物在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)詳見表2、表3。該工藝投入運(yùn)行后，SO2、NOx和固體顆粒物的排放濃度都明顯低于排放限值，尤其是NOx排放濃度在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。
二噁英脫除效果。在吸附塔中活性炭的催化作用和硫酸的強(qiáng)氧化環(huán)境下，二噁英分子中的含氧基團(tuán)被破壞，氧化分解轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)二噁英的脫除。國家二噁英排放標(biāo)準(zhǔn)限值為0.5ng-TEQ/Nm3，邯鋼燒結(jié)煙氣經(jīng)過CSCR系統(tǒng)凈化后二噁英含量為0.021ng-TEQ/Nm3，遠(yuǎn)低于排放標(biāo)準(zhǔn)限值。
與常規(guī)脫硫脫硝工藝減排對(duì)比。邯鋼1號(hào)435m2燒結(jié)機(jī)采用常規(guī)脫硫工藝凈化煙氣，雖然凈化指標(biāo)能夠達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，但是其凈化和減排效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于采用逆流式CSCR一體化脫硫脫硝工藝的新435m2燒結(jié)機(jī)。在正常工況條件下，逆流式CSCR工藝的SO2、NOx和固體顆粒物年排放量分別相當(dāng)于常規(guī)工藝的6.7%、16.3%和53%。
綜上所述，河鋼邯鋼逆流式CSCR一體化脫硫脫硝工藝系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，污染物減排效果明顯。該工藝能夠脫除99%的SO2、80%以上的NOx，以及絕大部分固體顆粒物、二噁英、重金屬等，并且能夠生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)異的濃硫酸，實(shí)現(xiàn)資源回收利用。該工藝的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，將推動(dòng)全國燒結(jié)煙氣治理水平進(jìn)入新的高度，促進(jìn)鋼鐵行業(yè)在環(huán)保新常態(tài)下實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。
