唐世明
宝钢湛江钢铁有限公司炼铁厂 广东湛江524072
摘 要：本研究分析了钢铁企业焦化和烧结两个重点工序中烟气污染物排放现状和钢铁行业当前的环保政策。本文主要分析了目前我国钢铁行业烧结烟气的特征，总结了现有烟气的控制技术手段，并对未来的控制技术进行了展望。
关键词：钢铁行业；烧结烟气；多污染物；协同净化
一、烧结球团烟气特征及主要污染物
钢铁行业主要生产工序包括烧结、球团、焦化、炼钢、炼铁等过程．通过系统的调研分析，针对钢铁行业全流程污染物排放做了详细分析统计，见表1。根据表1可知，烧结和焦化工序排放的污染物种类最多。通过对华北地区典型钢铁企业和相关文献调研得知烧结工序排放的颗粒物、SO 2、NO x等污染物分别占到钢铁企业排放总量的35%、70%和50%以上，污染物排放量最大。本文主要针对钢铁行业烧结烟气多污染物协同净化研究展开。
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表 1 钢铁行业生产全流程污染物排放统计表
1.1烟气特征
钢铁行业的炼钢主要以铁矿石为原材料，矿石的化学组分较为复杂，故矿石原料在整个生产流程中，其污染物排放的种类也大有不同。相比于电力行业，有些钢厂采用低温烧结技术，或实际的生产条件对烧结技术有所制约，因而对烧结烟气温度的影响较大 (120~180℃ )。同时烧结球团特殊的焙烧工艺，使得烟气的含氧量（15%~18%）相对于燃煤烟气（5%~8%）有明显提高。此外在各种反应条件的制约下，烧结球团烟气的含湿量一般在 7%~13% 范围内。
1.2粉尘
烧结工序的原料破碎、配料、燃烧等过程都伴随有不同浓度的粉尘排放．粉尘的表面积较大，容易负载重金属等有害物质，成分复杂，主要包括铁的氧化物、碱金属、二氧化硅、二氧化钛和二噁英等，其中以碱金属污染最为严重．相关研究表明，碱金属的产生和附着主要在烧结过程的最后阶段，碱金属以氯化物的形式进入烧结烟气，烧结烟气中碱金属的量与Cl的含量呈正比。除尘灰中碱金属含量随着电场数的增加不断增加，国内部分烧结机头除尘灰中K 2 O质量分数高达15%以上，远高于其他钢铁生产工序。烧结过程中产生的重金属主要有Cd、Cr、Cu、Ni、Hg、Pb、Ti、Zn、Mn及类金属As等。
1.3二氧化硫
二氧化硫是烧结烟气中的主要污染物，大多来自于矿石原料的燃烧。基于铁矿石的化学组成，铁矿石中的硫绝大部分是以硫酸盐以及硫化物的形式存在。与矿石原料不同，燃料中的硫多以有机硫的形态存在。不论是硫化物或者是有机硫，都会在燃烧过程中与氧气反应而生成二氧化硫，硫酸盐则在分解过程中产生二氧化硫。若没有后续处理工序，二氧化硫的排放量无疑是巨大的。另外不同产地的矿石原料其品质不同，也会在燃烧过程中引起二氧化硫排放量的波动。
1.4氮氧化物
NO x形成可分为三种类型，即燃料型、热力型和快速型．现阶段研究认为烧结过程NO x主要来自点火阶段和固体燃料燃烧的高温反应过程．烧结反应过程中，固体燃料和铁矿石中的氮和空气中的氧在高温反应时产生大量的NO x，其中一氧化氮占90%以上，二氧化氮以及微量一氧化二氮只占NO x总量的5%～10%，排放质量浓度一般为200～350mg·m－3。目前烟气脱硝主要采用的技术有选择性催化还原技术(SCＲ)、非选择性催化还原技术(SNCＲ)、非选择性催化还原和选择性催化还原(SNCＲ--SCＲ)联合脱硝技术等。烧结烟气的温度一般为100～180℃，无法满足选择性催化还原技术(300～400℃)、非选择性催化还原技术(900～1100℃)的温度要求，需要对烟气进行二次升温才能满足现有工艺的要求，能源消耗量大，运行成本较高，为此，低温选择性催化还原脱硝技术是现阶段烟气脱硝领域的研究热点．
1.5二噁英
二噁英的产生途径包括3种：
（1）前驱体化合物经有机化合反应生成。
（2）C、H、O、Cl等元素通过一些基元反应生成PCDDs/PCDFs（又称“从头合成”）。
（3）热分解反应生成。由于钢铁行业所使用的原材料中含有高分子有机化合物，一些芳香族化合物和多氯联苯在烧结过程中所达到的温度可分解产生二噁英。温度不同，二噁英的生成方式也大不相同。温度控制在250~450℃时，二噁英主要是通过燃烧过程中的多相催化反应生成；温度达到500~800℃时，二噁英主要通过高温气相合成。烧结球团工序的温度属于低温范围，并且原料中存在金属离子和无机氯离子，同时所处环境具有氧化性，因此，从头合成是烧结工艺二噁英的主要来源。
二、烟气多污染物控制技术
3.1减少源头污染物产生量
（1）烧结机漏风治理技术
由于烧结机台车栏板、烧结机风箱及支管等位置密封不严，在烧结主抽风机负压作用下，导致有部分空气自不经过烧结料层进入烧结机主烟道中，导致烧结烟气量增大、烧结主抽风机功耗增加、有效进风量减少及烧结矿烧结不完全，影响烧结矿的品质和产量。为了减少烧结机漏风，可采取改进台车装备、加强设备维护、精心操作的方式。
（2）厚料层烧结技术
厚料层烧结技术指保持较高的铺料厚度进行烧结的工艺。随烧结料层提高，点火时间和高温保持时间延长，表层供热充足，冷却强度降低，烧结表面强度差的烧结矿比例相应下降，成品烧结矿产量提高。此外，厚料层烧结能有效改善烧结矿的质量、提高烧结矿机械强度、减少粉末量、降低氧化亚铁(FeO)含量、改善还原性能，对节约燃料消耗也有显著效果。
3.2过程控制技术
（1）烧结料面喷吹蒸汽技术
在烧结机料面喷吹蒸汽对空气有引射作用，可提高料面风速；催化碳燃烧、强化碳燃烧反应，提高燃烧效率，降低CO的生成；同时利用水蒸气提高料面空气渗入速度及改变氯的形态等作用，减少烧结矿残碳并将氯源从Cl 2转化为Cl离子形态，显著降低烧结废气二噁英含量的同时，改善了烧结矿的产质量，实现了烧结烟气污染物的过程控制。
（2）选择性烧结烟气循环技术
由于烧结机各风箱烟气温度、压力、流量及污染物排放不同，因此，可优选并汇总若干风箱烟气返回到烧结机料面，用于热风烧结等。循环烟气由烧结机风箱引出，经除尘系统、循环主抽风机、烟气混合器后通过密封罩，返回到烧结机料面，在负压作用下，进入烧结料层。经过一系列的物理、化学过程，包括高温循环烟气与烧结料层的热交换、CO的二次燃烧放热、二噁英的高温分解以及NOx的催化还原，实现减少污染物排放、释放烟气热量，减少燃料使用量，改善烧结过程，提高烧结矿料层温度均匀性和破碎强度等理化指标，实现节能、减排、提产多功能耦合。
2.3减少末端排放量
目前，主要通过脱硫、除尘和脱硝技术来减少末端排放量。钢铁行业实施超低排放后，传统除尘技术难以满足排放要求。目前主要采用湿法脱硫配置湿式电除尘工艺，或者半干/干法脱硫配布袋式除尘器以满足粉尘超低排放。
脱硫技术有湿法、干法和半干法等。湿法脱硫技术成熟，投资和运维成本低，但废水和白烟问题严重；干法/半干法技术可脱除多种非常规污染物，但副产物处理困难；活性炭法可同时脱除多种污染物，但对企业资金压力较大。因此，烧结机烟气处理建议选择干法/半干法技术。
钢铁烧结烟气脱硝工艺路线主要有低温氧化-吸收法、低温SCR还原法和活性焦脱硫脱硝一体化法。
臭氧低温氧化吸收法装置占地面积小、建设成本低、但是运行成本相对较高。并且由于臭氧氧化反应最适宜在90℃~130℃发生，低于烧结烟气普遍温度120℃~180℃，因此会导致部分臭氧自动分解为氧气，从而降低臭氧浓度，减弱臭氧氧化效果。
由于烧结烟气温度低、粉尘浓度大、黏性大，含有重金属等其他特点，在SCR脱硝技术应用过程中，如处理不当，极易引起催化剂中毒，因此工程应用中一般把SCR脱硝放在脱硫后，且在SCR反应器之前，增设补热装置，将烟气加热至220℃以上。该技术煤气消耗量大，成本高。
活性焦脱硫脱硝一体化法，利用活性焦的变温吸附能力，在低温时通过物理和化学吸附作用，吸附烟气中的NOx，然后催化NH 3 与NOx发生氧化还原反应，生成无害物质，并且实现脱除污染物的目的，但是该方法投资高，运行费用较大。
三、结束语
随着国家对钢铁行业在内的一些非电力领域污染物排放标准的施行，原有的钢铁行业污染物控制技术已有明显缺陷，钢铁行业低排放的改造空间远比电力行业广阔。烧结球团烟气更是钢铁行业环保治理的重中之重。针对多污染物协同控制技术的研究将是今后的一个主要方向。传统的单一串联污染物控制模式，已不能满足高效低耗的发展理念。我国未来钢铁行业寻求新的污染物控制技术的基本理念，是降低投资运行成本，保持设备稳定持续运行，以及多污染物协同脱除，最终达到绿色可持续发展的目的。
参考文献
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