钢铁企业创A背景下炼铁热风炉、轧钢加热炉和自备电厂燃气锅炉烟气治理技术探究（语音版）

  ：本文分析了钢铁行业炼铁热风炉、轧钢加热炉和自备电厂燃气锅炉的烟气特点及、NOx等污染物的来源，分析归纳了典型烟气脱硫脱硝工艺技术及其优缺点，总结了脱除烟气中、NOx等污染物的选择依据及思路并提出了优先解决方案，对创A背景下钢铁行业炼铁热风炉、轧钢加热炉和自备电厂燃气锅炉烟气脱硫脱硝工艺技术的选择具有一定的指导意义。

  关键词：钢铁行业；创A；炼铁热风炉；轧钢加热炉；燃气锅炉；脱硫脱硝；干法脱硫；SCR脱硝

  2019年4月，生态环境部等五部委联合印发了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》（环大气〔2019〕35号），提出到2020年底前，重点区域钢铁企业超低排放改造取得明显进展，力争60%左右产能完成改造，有序推进别的地方钢铁企业超低排放改造工作；到2025年底前，重点区域钢铁企业超低排放改造基本完成，全国力争80%以上产能完成改造[1]。该意见同时提出了钢铁企业超低排放指标限值。部分省市地方政府更是出台了更为严格的排放标准。2020年6月，生态环境部印发了《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南（2020年修订版）》（环办大气函〔2020〕340号）。根据该技术指南的规定，评为A级和引领性的企业可自主采取减排措施，这对公司的可持续健康发展具有重大意义。作为长流程钢铁企业环保绩效A级指标之一，经评估监测的有组织排放源需满足超低排放要求。部分重点区域的省市及其它地区更是发布了钢铁企业环保绩效创A的有关政策，这对长流程工艺的钢铁企业如何明智的选择各生产工序烟气的脱硫脱硝工艺方案提出了更高的要求。焦化、烧结和球团工序的SO2和NOx排放量约占钢铁企业排放总量的90%和70%[3]，因此脱硫脱硝技术的研究方向大多分布在在焦化烟气、烧结烟气和球团烟气等重点排放源的治理。钢铁企业其余SO2和NOx排放源大多数来源于炼铁热风炉、轧钢加热炉和和自备电厂燃气锅炉，为实现钢铁企业全流程的超低排放，满足环保绩效A级的要求，钢铁企业对这些工序排放源的治理将越来越重视。

  本文将探讨钢铁行业炼铁热风炉、轧钢加热炉和自备电厂燃气锅炉的烟气治理工艺技术，以寻求最佳的烟气脱硫脱硝技术方案。

  钢铁行业炼铁热风炉、轧钢加热炉和自备电厂燃气锅炉的烟气排放指标详见表1~3。

  注：单台出力65t/h及以下燃气蒸汽锅炉执行《锅炉大气污染物排放标准》，单台出力65t/h以上燃气发电锅炉执行《火电厂大气污染物排放标准》。

  钢铁行业炼铁热风炉、轧钢加热炉和自备电厂燃气锅炉所用的燃气一般均来自钢铁公司制作工艺中产生的三大煤气：即高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气。

  因此，烟气中SO2源头大多数来源于所用燃气中的总硫，主要为硫化氢和羰基硫。2.1.2 烟气中NOx的来源

  研究表明，在燃烧过程中形成的NOx中，NO占95%，NO2为5%左右。NO会在大气中缓慢转化为NO2。燃烧过程中生成氮氧化物的形成机理有三种类型：①温度热力型NO；②碳氢燃料快速型NO；③含N组分燃料型NO。

  燃烧高温下形成的NOx主要是温度热力型NO，燃烧温度越高，则NO生成浓度越高。因此，钢铁行业炼铁热风炉、轧钢加热炉和自备电厂燃气锅炉烟气中的NOx主要是温度热力型NO。

  （1）轧钢加热炉烟气排放温度根据设计的炉型差异较大，一般双蓄热式加热炉控制在100~150℃，单蓄热式加热炉在150~300℃。

  （2）采用双蓄热式加热炉时，烟气分为煤烟和空烟，两股烟气分别排放，煤烟中含有CO气体。

  （3）轧钢加热炉一般都会采用高炉煤气作为燃料，烟气中的二氧化硫和氮氧化物较低。

  （1）燃气锅炉为被动式锅炉，其锅炉负荷由钢铁生产过程产生的煤气流量决定，因此钢铁企业燃气锅炉的特点为锅炉负荷始终处于动态波动状态，且波动幅度和频率极大。

  目前大部分钢铁企业炼铁热风炉采用低氮燃烧技术，烟气中的氮氧化物较低，能够很好的满足达标排放的要求。因此，炼铁热风炉烟气净化工艺一般只考虑烟气脱硫技术。

  从投资、运行成本和占地的角度考虑，目前大范围的应用于炼铁热风炉烟气脱硫的工艺主要有以下几种：

  目前大部分钢铁企业轧钢加热炉采用低氮燃烧技术，烟气中的氮氧化物能够很好的满足达标排放的要求。因此，轧钢加热炉烟气净化工艺一般只考虑烟气脱硫技术。若氮氧化物不足以满足当地环保的超低排放要求时，烟气净化工艺则需考虑脱硫脱硝技术。采用单蓄热式加热炉，其排放的烟气温度比较高，可直接进行SCR脱硝；而双蓄热式加热炉烟气排放温度较低，一般低于150℃，不足以满足低温SCR脱硝催化剂的使用温度要求，需考虑设置烟气加热系统，同时设置GGH用于换热，减少燃气的消耗。

  考虑到中低温脱硝催化剂耐硫性能较差，烟气净化技术建议优先选择先脱硫后脱硝的工艺路线。目前应用于轧钢加热炉烟气脱硫或脱硫脱硝的工艺且有较好业绩应用的主要有以下几种：

  自备电厂燃气锅炉烟气排放指标较严格，钢铁企业需优先控制原料燃气的含硫量，并采用低氮燃烧技术，最后通过末端的脱硫脱硝技术实现烟气的达标排放。

  脱硫原理：脱硫剂中的有效组分和烟气中的SO2发生气固反应，达到脱硫目的。主要化学反应如下：

  除尘原理：脱硫塔剂层为移动床层，塔内装填高比表面积的钙基粒状脱硫剂，其具有一定的除尘作用，其原理为颗粒层除尘原理。颗粒层过滤器过滤部分由许多直径在几毫米之间的颗粒组成，这些颗粒由挡板放置于气流流经的位置，含尘气体通过过滤层时被捕集颗粒所捕捉从而使气体得到净化。颗粒层过滤过程属于深层过滤，即过滤过程深入床层内部，粉尘颗粒在床层内部不一样的部位被捕集。颗粒层捕集含尘气体中的粉尘，使气体得以净化，主要是依靠接触凝聚作用、筛分作用和惯性碰撞作用，也有一定的重力沉降作用。

  脱硝原理：在SCR脱硝催化剂作用下，氨与烟气中的NO发生反应，生成N2和H2O，实现NOx脱除。主要化学反应如下：

  钙基粒状干法脱硫工艺系统简单、温降小、脱硫效率高、运行可靠，在国内烟气净化领域已大范围的应用。该工艺路线主要优点如下：

  脱硫原理：脱硫剂中的氢氧化钙和烟气中的SO2在烟道和布袋除尘器内发生气固反应，达到脱硫目的。主要化学反应如下：

  钙基粉状干法烟气脱硫技术系统简单、温降小、脱硫效率高、运行可靠，在国内烟气净化领域已大范围的应用。该工艺路线主要优点如下：

  （3）与SDS工艺相比，脱硫剂适用温度更宽泛，现场无需设置研磨系统，投资及运行成本低；

  脱硫原理：在布袋除尘器前脱硫塔（或烟道）内喷入小苏打，小苏打在高温烟气的作用下发生热分解，并与烟气充分接触发生化学反应，烟气中的SO2及其它酸性介质被吸收净化。主要化学反应如下：

  （1）对脱硫剂小苏打品质（粒径越细越好、纯度大于99%）要求高，严控脱硫剂原料中氯离子含量，系统需设置超细磨粉装置，且能耗较高；

  （2）超细的小苏打对管道输送和储存具有苛刻的技术方面的要求，需采取一定的措施防止脱硫剂吸潮板结；

  （3）脱硫副产物为NaSO4、Na2CO3干粉混合物，不易处理和资源化利用，处置方式较有限。

  脱硫原理：氢氧化钙（或碳酸钠）溶液在SDA塔内被雾化，并与烟气中的SO2发生反应，实现SO2的脱除。主要化学反应如下：

  （1）SDA半干法脱硫温降虽小，但仍有30℃~80℃的温降，可能会对下游脱硝造成低温难题，脱硝时常常要再升温，浪费能量；

  （3）采用碳酸钠为脱硫剂时，副产物为NaSO4、NaSO3、Na2CO3干粉混合物，不易处理和资源化利用，处置方式有限；

  （4）SDA半干法脱硫的核心设备是旋转雾化器，制造要求比较高，若依赖进口则造价很高；

  脱硫原理：以循环流化床原理为基础，利用干粉状消石灰与除尘器除下的循环灰一起增湿活化后，再脱硫塔内与烟气循环接触，实现SO

  （1）对负荷变化的适应性差，为适应负荷变化需设置净化烟气再循环系统，能耗增加；

  脱硫原理：烟气进入湿式吸收塔，与自上而下喷淋的碱性石灰石浆液雾滴逆流接触，其中的酸性氧化物SO2以及其他污染物HCl、HF等被吸收，烟气得以充分净化。吸收SO

  2O→CaSO4·2H2O↓湿电除尘器原理：在阳板和阴板之间施加数万伏的高压直流电，然后发生了强壮的电场，使阴阳两间的气体在这个强电场的效果下，就会发生大量的电子和离子，而这些电子和离子在电场力的效果下向两移动，并与烟气中的粉尘发生磕碰而荷电，荷电粉尘在电场力的效果下移动和附着到两板和线上，然后通过冲刷系统对板和线进行冲刷，把粉尘冲刷到集液斗内，然后完成了对烟气的净化。脱硝原理同3.1.1节，此处不再赘述。

  （1）湿法烟气脱硫方法为气液反应，反应速度快，脱硫效率高，一般均高于90％；

  从脱硫脱硝技术的发展历史和工业应用经验来看，脱硫脱硝技术的选择思路可总结为如下几点：

  钠基脱硫副产物不易处理和资源化利用，处置方式较有限，处理代价较大，将来有被划为危废的可能。钙基脱硫副产物容易资源化利用，普遍的使用于水泥改凝剂，也可作为道路基层材料、土壤改良剂等。钙基脱硫副产物的碱性和硬结性对防止堆放场地下水污染有极大帮助。相比钠基脱硫副产物，环境更友好。因此，脱硫剂优先选用钙基脱硫剂。

  2的影响较大。一般来说，烟气温度越高则脱硝效率越高，同时生成硫酸氢铵的速率也会越低。因此，从节能的角度看，优先选择温降小、基本不需要加热的工艺路线，节能明显，即干法脱硫路线。同时，相对于湿法和半干法脱硫工艺，干法脱硫工艺具有投资更少、占地更小和设备维护简单的特点。

  3，进而与NH3反应生成黏稠的硫酸氢铵，与烟气中的灰尘等物质裹挟在一起粘结在催化剂的表面，将加速脱硝催化剂的劣化，影响脱硝催化剂的常规使用的寿命。先脱硫后脱硝，烟气中SO2浓度明显降低，此时在脱硝催化反应过程中生成硫酸铵、硫酸氢铵物质会明显降低，可有效延长脱硝催化剂的常规使用的寿命。因此，建议优先选用先脱硫后脱硝工艺。综上分析，钢铁行业炼铁热风炉、轧钢加热炉和自备电厂燃气锅炉的烟气脱硫脱硝技术优先选择方案为钙基粉状干法烟气脱硫+除尘器+SCR脱硝工艺和钙基粒状干法烟气脱硫+SCR脱硝工艺。由于SDS钠基干法脱硫工艺与钙基粉状干法脱硫工艺在烟气脱硫设备方面非常相近，且其脱硫效率也较高，因此可将这两种脱硫工艺统筹考虑，使建成的装置能适应钠基和钙基这两种粉状脱硫剂。由于上述生产工序烟气中的SO

  2和颗粒物含量均较低，若流程中有可利用的300~400℃中温区间，可考虑先脱硝后脱硫，因为此温度区间脱硝催化剂具有较高的脱硝活性和抗SO

  创A背景下，为实现钢铁行业炼铁热风炉、轧钢加热炉和自备电厂燃气锅炉的烟气净化治理，本文结合上述工序烟气特点对很成熟的脱硫脱硝工艺做多元化的分析归纳，得出炼铁热风炉、轧钢加热炉和自备电厂燃气锅炉可优先选择的脱硫脱硝工艺路线为钙基粉状干法烟气脱硫+除尘器+中低温脱硝工艺、钙基粒状干法烟气脱硫+中低温脱硝工艺。这两种工艺有着节能、对环境友好、整套流程无废水产生、脱硫副产物有广泛的综合利用空间的优势。同时若选择钙基粉状干法脱硫工艺的话，可在装置设计时一并考虑SDS钠基干法脱硫的工艺，实现对钠基和钙基脱硫剂的普适性。

  从长远来看，烟气污染物的排放指标要求会慢慢的严格，因此烟气治理装置最好有一定的提标潜能，同时钢铁企业需加强源头控制，保证原料燃气的硫含量及采用低氮燃烧技术。随着一氧化碳催化燃烧催化剂和超低温脱硝催化剂等新材料的研究开发，这将大力促进烟气治理技术的发展，满足了企业进一步节能减排增效的需求。

  [1] 生态环境部, 发展改革委, 工业与信息化部, 财政部, 交通运输部. 关于推进实施钢铁行业超低排放的意见. 环大气〔2019〕35号.

  [2] 生态环境部.重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南（2020年修订版）. 环办大气函〔2020〕340号.

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