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摘要:鋼鐵冶煉是高耗能重汙染行業，而燒結煙氣又是鋼鐵企業主要排放的大氣汙染物，它約佔整個鋼鐵企業排放總量的50%上。隨著國家環保排放標準的不斷收緊和“十三五”期間實行汙染物總量控制政策的影響，對燒結煙氣的治理將成為鋼鐵企業的重點工作，而燒結煙氣治理也必將朝著汙染物協同治理、實現超低排放的方向轉變。通過對國內燒結煙氣治理現狀的分析，論述了堅持走燒結煙氣汙染物協同治理路線才是真正實現燒結煙氣超低排放的有效措施。
關鍵詞：燒結煙氣；除塵；脫硫；脫硝；超低排放
1 概述
2018-01，環保部發布《關於京津冀大氣汙染傳輸通道城市執行大氣汙染物特別排放限值的公告》，要求"2 + 26"城市自2018-10-01起全面執行大氣汙染物排放標準特別排放限值。2018-05，生態環境部發布了《鋼鐵企業超低排放改造工作方案》(徵求意見稿)，再次刷新了對燒結煙氣汙染物的排放限制規定，將燒結機頭煙氣、球團焙燒煙氣顆粒物、二氧化硫、氮氧化物的排放限值由特別排放限制20 mg/m
3 ,50 mg/m3 ,100 mg/m3修改為10 mg/m3 , 35 mg/m3 , 50 mg/m3 ,並規定所有具備條件的鋼鐵企業按區域分別於2020年、2022年、2025年完成超低排放改造。2018年，我國將全面啟動鋼鐵行業超低排放改造。隨著電力行業超低排放的成功應用和全面普及，對包括鋼鐵燒結在內的非電領域實施“超低排放”治理將是大勢所趨。2 國內燒結煙氣治理現狀
燒結是鋼鐵生產的重要工序，一方面，高質量的燒結礦能夠提高高爐的生產效率，降低生產成本;另一方面，燒結是鋼鐵聯合企業的固體廢物處理中心，鐵、磷、除塵汙泥、除塵灰等生產過程中產生的絕大多數含鐵廢物都能作為燒結生產原料重新回到生產流程中。
由於燒結過程中使用多種原燃料，因此，燒結煙氣成分比燃煤鍋爐煙氣複雜，燒結機頭煙氣汙染物排放量佔比大，顆粒物、SO2 , NO
X排放量分別佔鋼鐵廠排放總量的40%, 70%, 50%以上;同時，燒結煙氣中含有SO2 , NOX, HF、重金屬、二噁英等多種有害氣態汙染物及含鐵粉塵、重金屬等固態汙染物，對環境危害極大。因此，全面控制燒結煙氣中的顆粒物、SO2 , NOX等多汙染物排放已經成為鋼鐵企業控制汙染的重點工作。在治理初期，我國燒結廠採取的廢氣治理措施很少，只是為了保護風機，才在燒結機機頭煙氣系統中設置了旋風或多管除塵器。隨著安全防塵和環境保護要求的提高，從治理主要塵源逐步發展到治理生產流程中的各個塵源，鋼鐵企業現有環保水平與新標準排放限值相比，還存在較大差距。
在燒結粉塵治理方面，目前，國內大多數燒結廠家仍然採用3-5電場電除塵器，而採用溼法脫硫的燒結煙氣處理工藝，幾乎都沒有加裝溼式電除塵器;再加上燒結煙氣粉塵具有高比電阻和粉塵粒徑細的特點，對粉塵的捕集十分不利，且易造成二次飛揚，致使除塵效率下降。
現階段，多數燒結廠顆粒物排放濃度一般在50-80mg/m3之間，有些甚至大於100 mg/m3，遠遠超過超低排放值規定的10mg/m3的要求。在二氧化硫治理方面，燒結煙氣二氧化硫超低排放限值為35mg/m3，而目前未配套脫硫設施的企業排放濃度通常在600mg/m3以上，即使已經配套了脫硫設施，根據環保部的減排核查結果，燒結脫硫設施平均綜合脫硫效率不足50%,與新標準要求相距甚遠。
在氮氧化物治理方面，燒結過程中產生的氮氧化物80%一90%來源於燃料中的氮，且90%以上為一氧化氮，5%-10%為二氧化氮和微量一氧化二氮，產生量為0.4-0.7kg/t，排放量佔鋼鐵廠NO總量的50%左右，排放濃度一般為200-350mg/m3，與氮氧化物50mg/m3的超低排放限相距甚遠。
燒結所使用的燃料中氮的含量不同、燒結過程溫度的波動、燒結礦產量的變化等都會直接影響到氮氧化物的產生，由此造成燒結機排放煙氣中氮氧化物濃度的不同與變化。
與燃煤電廠相比，包括鋼鐵在內的非電行業對我國汙染排放貢獻越來越大，鋼鐵企業的環保治理相對比較落後，排放標準相比燃煤電廠也較為寬鬆。鋼鐵企業要在短時間內實現全面提效改造，實現超低排放，改造任務十分艱鉅。
3 燒結煙氣超低排放技術路線
隨著國家標準對燒結煙氣汙染物排放限值的不斷修訂和環保要求的不斷提高，以往對燒結煙氣“頭疼醫頭，腳疼醫腳”的單一治理方式已經無法適應當今環保形勢的要求。與火電廠燃煤鍋爐不同的是，鋼鐵行業生產工序複雜，汙染源數量多。
針對燒結煙氣的特殊性，要想實現燒結煙氣超低排放，必須結合鋼鐵企業的實際情況，採用最優的治理方案對塵一硫一硝進行綜合治理，實現多汙染物的協同處理，才能從根本上解決燒結煙氣的超低排放問題。從目前各種大氣汙染治理技術來看，實現鋼鐵燒結機頭煙氣超低排放，主要有以下4種技術路線:
①高效靜電除塵器+活性炭脫硫脫硝一體化裝置+布袋除塵器工藝;
②高效靜電除塵器+煙氣加熱裝置+中高溫SCR脫硝裝置+煙氣換熱裝置+石灰石石膏法脫硫裝置+溼式靜電除塵器+選裝脫自裝置;
③高效靜電除塵器+煙氣加熱裝置+中高溫SCR脫硝裝置+煙氣換熱裝置+高效脫硫除塵除霧裝置(塵硫一體化裝置);
④高效靜電除塵器+煙氣加熱裝置+中高溫SCR脫硝裝置+煙氣換熱裝置+MEROS幹法脫硫裝置+布袋除塵器工藝。
對於燒結煙氣來說，無論是除塵技術，還是脫硫工藝，都已十分成熟，也形成了一整套的技術路線，只要技術選用合理、設計規範、工程質量過關，完全可以實現鋼鐵燒結煙氣的超低排放，顯著削減鋼鐵企業大氣汙染物排放量。
3.1 高效除塵技術
靜電除塵器技術以其安全、可靠、除塵效率高的特點仍作為各行業煙氣治理技術的首選。
目前，國內大多數燒結煙氣除塵仍採用電除塵器，隨著時間的推移，高效除塵器數量逐漸增加，而低效除塵器逐漸減少。除塵器的形式也發生了變化，由電除塵器替代了效率較為低下的旋風除塵器和多管除塵器，電除塵器的選型也由原來3電場改為4一5電場。
針對燒結煙氣高比電阻的特點，在實際工作中，著重考慮電場風速、比集塵面積、電源形式和結構形式等，確保電除塵器的高效、可靠運行。隨著環保排放標準的不斷提升和各地非電行業超低排放政策的相繼出臺，電除塵技術，特別是提效改造技術仍有較大的發展空間，電除塵器技術將在包括鋼鐵燒結在內的非電行業，實現技術全面提升和市場全面拓展。
眾所周知，布袋除塵器以其除塵效率高、不受工況波動影響等諸多優點在各行業煙塵治理領域被廣泛應用。在燒結煙氣超低排放處理路線中，布袋除塵器佈置在活性炭脫硫脫硝裝置和半乾法脫硫裝置後，其功能有2個:
①進一步將煙氣中的粉塵和固體顆粒物分離出來，在出口處產生清潔無塵煙氣，起到精除塵的作用;
②在布袋外側不斷累積粉塵層，包括消石灰乾粉和活性炭，這樣煙氣中的汙染物在半乾法脫酸塔後可以與煙氣中的有害酸性氣體繼續反應，提高去除效率，同時，吸附重金屬和有機物等。
溼式電除塵器(WESP)作為煙氣治理工藝的終端設備佈置在溼法脫硫裝置後，它可以有效收集微細顆粒物(PM2.5 ,SO3酸霧、氣溶膠)、重金屬(Hg, As, Se, Pb, Cr)、有機汙染物(多環芳烴、二噁英等)，除塵效率可達70%一85% ,有效控制脫硫塔後細顆粒物、硫酸霧滴和石膏漿液等汙染物的排放，同時，解決WFGD帶來的“石膏雨”、藍煙的問題，緩解下游煙道煙囪腐蝕的情況，節約防腐成本。
目前，國內採用的溼法脫硫幾乎都沒有加裝WESP，顆粒物排放濃度一般只能達到50一80 mg/m3，在這種情況下實現超低排放是不可能的。在溼法脫硫後建設溼式電除塵器，完全可以作為煙囪前的最後一道技術把關措施，在實現超低排放，全面解決煙塵、PM2.5、石膏雨、SO3、汞、多種重金屬、二噁英和多環芳烴(PAHS)等多種汙染物問題方面發揮重要作用，為治理霧霆作出貢獻。因此，鋼鐵企業溼法脫硫系統後加裝WESP是達到環保超低排放的必要措施，應用前景廣闊。
3.2 高效脫硫技術3.2.1石灰石一石膏溼法脫硫技術
石灰石一石膏溼法是目前國內外應用範圍最廣、技術最成熟的脫硫技術。溼法脫硫工藝的高效性、可靠性在火電燃煤鍋爐煙氣治理中已經得到充分證明。目前，在我國已有燒結煙氣脫硫裝置中，約有80%是溼法，有60%是石灰石膏法。石灰石一石膏法工藝系統穩定可靠，效率高，一般可達90%以上，工業化應用廣泛，煙氣處理量大，系統適應負荷變化能力強，吸收劑價格便宜，易得且利用率高，副產品為二水石膏，可回收再利用。
3.2.2 高效脫硫除塵除霧(塵硫一體化)技術
採用雙氣旋脫硫增效器+多級氣旋除塵除霧器相結合技術，在空塔噴淋吸收塔內加裝雙氣旋脫硫增效氣液藕合器，使漿液液滴與煙氣充分混合碰撞，煙氣迅速降溫，為上層噴淋層漿液吸收二氧化硫提供最佳反應溫度，從而擴大了有效的吸收空間，有效降低液氣比，減少噴淋層加裝量，降低改造投人費用和運行成本，有效解決了煙氣偏流和煙氣降溫的問題，使得整個吸收系統運行更加穩定、可靠，避免液滴二次破碎霧化產生氣液夾帶造成漿液二次汙染的問題。
經噴淋處理後的脫硫淨煙氣含有大量的霧滴，霧滴由漿液液滴、凝結液滴和塵顆粒組成，當這部分煙氣進人多級氣旋高效除塵除霧器時，氣旋板使脫硫淨煙氣在氣旋筒內高速旋轉，在氣旋器上方形成氣液兩相的劇烈旋轉和擾動，從而使得淨煙氣中的細小液滴、細微粉塵顆粒、氣溶膠等微小顆粒物互相碰撞團聚成大液滴。
在氣旋板的作用下，脫硫淨煙氣向外做離心運動，聚合形成的大液滴與氣旋筒壁碰撞，被氣旋筒壁表面液膜捕獲，從而達到去除微小顆粒物和高效除塵除霧的目的。該技術對煙氣汙染物含量和負荷波動適應性強，負荷30%-100%均可穩定運行。
系統整體工程量小、簡單易行、可靠性高。到目前為止，採用該技術運行的脫硫裝置可實現穩定脫硫效率99%以上，除塵效率超過70%，完全實現了煙塵和SO:超淨排放，徹底消除了石膏雨’酸雨”現象，系統運行穩定、可靠性高。
3.2.3 MERO S改進型幹法燒結廢氣處理工藝
MEROS是一種高效的幹法煙氣脫硫工藝，是由西門子奧鋼聯針對燒結廠和球團廠廢氣處理而開發的。該工藝技術主要分3步進行:
①將脫硫劑(消石灰)和碳基吸附劑(活性碳或活性褐煤)逆向噴吹到燒結廢氣管道中，以吸附酸性氣體，去除重金屬和有機物成分;
②廢氣通過調節反應器並用雙流(水/壓縮空氣)噴嘴進行冷卻和加溼，以促進廢氣中SO2和其他酸性氣體成分的反應，加快脫除速度;
③經過調節反應器的廢氣高效布袋除塵器分離粉塵。MEROS技術投人工業應用後，燒結廢氣的淨化效果完全達到了預期指標，在高效脫除SO2的同時(脫硫效率可達90%以上)，粉塵排放量減少了99%以上，降到5 mg/Nm3以下;汞和鉛的排放分別減少了97%和99%;有機物，比如二噁英和吠哺(PCDD/F)以及有機揮發分去除了99%以上。
該技術與其他煙氣脫硫技術相比的優勢在於，可以選擇多種脫硫劑，末尾採用高效的布袋除塵器來把關出日煙氣，可完全達到業主和環保標準要求的汙染物排放濃度。
同時，該技術採用廢氣循環系統，將部分燒結煙氣循環使用，以減少廢氣量，提高淨化效率，大幅度降低添加劑的成本。
該技術不僅可以高效脫除煙氣中的SO2，還可以有效去除HCl, HF,Hg以及各種有機廢氣，實現多種汙染物協同處理，符合未來煙氣治理的大方向，可深度有效地淨化燒結廢氣，有著廣闊的發展空間。
3.3 SCR脫硝和活性炭吸附技術
燒結機頭煙氣除塵、脫硫工藝都已經十分成熟，形成了一整套的技術路線，但脫硝應用的實例還比較少。目前，燒結機頭煙氣脫硝工藝有以下幾種:氧化法脫硝、中低溫SCR脫硝、中高溫SCR脫硝和活性炭脫硝。根據燒結煙氣的特點，建議把中高溫SCR脫硝和活性炭脫硝作為燒結煙氣脫石肖的可行技術。
3.3.1 中高溫SCR脫硝技術
氧化法脫硝和中低溫SCR脫硝技術都存在著一些弊端，使其應用受到一定的影響。長期連續大量採用氧化脫硝工藝進行煙氣脫硝，會導致脫硫脫硝副產物中產生大量的硝酸鈣，對副產物的綜合利用會產生一定的影響，其影響程度以及相應的對策途徑還需作進一步的研究。
中低溫SCR脫硝，其反應溫度區間在200℃以下，與中高溫SCR脫硝相比更接近鋼鐵燒結煙氣溫度。但是，目前中低溫SCR脫硝應用於燒結煙氣，仍有4個關鍵問題需要解決:
①中低溫SCR脫硝催化劑抗毒性比較差，易受到煙氣中硫氧化物、水、重金屬等物質的影響，因此，中低溫SCR脫硝裝置只能佈置在除塵、脫硫塔後部;
②燒結煙氣溫度，特別是脫硫後的煙氣溫度，無法達到中低溫SCR脫硝反應溫度區間，仍然需要進行煙氣再加熱;
③與中高溫SCR脫硝催化劑相比，中低溫SCR脫硝催化劑的造價和運行費用比較高;
④中低溫SCR催化劑對燒結煙氣中的二噁英沒有去除作用。
中高溫SCR脫硝，即在催化劑的作用下，向溫度320-450℃的煙氣中噴人NH3，利用NH3將NO和NO2還原成N2和H2O的工藝過程，是迄今為止比較成熟、應用最廣的脫硝技術，具有較高的脫硝效率，其脫硝效率可達80%-90%。中高溫SCR脫硝是在火電燃煤鍋爐煙氣脫硝中應用十分成熟的脫硝工藝，完全可以將其移植至燒結煙氣上，關鍵是SCR脫硝裝置前的煙氣加熱系統和SCR脫硝裝置後的煙氣換熱系統的設計。
在實際應用過程中，將煙氣換熱回收的熱量再用於前端加熱煙氣，可以降低能耗，即啟動中高溫SCR脫硝裝置時需要將150℃左右的煙氣加熱至280℃以上，消耗的熱源比較大;在設備正常運行過程中，通過換熱器回收熱量再利用，只需要額外再補充30-50℃升溫即可。另外，中高溫SCR脫硝還需將反應溫度區間控制在300℃以下，避免二噁英在分解後再次合成。
3.3.2 活性炭吸附技術
活性炭吸附技術是目前公認的、最適用於鋼鐵燒結煙氣多汙染物的協同治理技術。活性炭煙氣淨化技術以物理一化學吸附和催化反應原理為基礎，以活性炭為吸附劑，吸附煙氣中的SO2，完成吸附後的活性炭再通過加熱的方式再生，解吸出高濃度SO2混合氣體可用來製取98%商品硫酸，脫硫率可達95%.由於活性炭的催化作用，加人適量的氨可將煙氣中的NOX還原成N2和H2O，脫硝效率可達到50%.除了脫硫和脫硝，該技術可同步脫除碳氫化合物，比如二噁英，重金屬，比如水銀及其他有毒物質，整個反應過程無廢水、廢渣排放，無需煙氣再熱，無二次汙染，技術先進成熟，在實現煙氣綜合治理的同時使廢物得到資源化利用。
活性炭脫硝工藝在系統設計時應採用兩段式設計，在前端脫硫反應結束後再噴氨進行脫硝，以提升脫硝效率，同時，有必要在活性炭裝置後增設高效袋式除塵器，以確保實現氮氧化物的超低排放。
一直以來，活性炭工藝被認為是最適用於鋼鐵燒結煙氣的多汙染物協同治理技術，但由於活性炭工藝對系統設計、設備配置和運行管理的要求比其他治理工藝更加嚴格，活性炭生產過程產生的廢氣、廢水汙染嚴重，治理難度大，隨著活性炭使用量的增加，不僅會大幅增加上游產業鏈的汙染物排放量，還會讓活性炭的價格飛漲，進一步增加活性炭裝置的運行成本。
同時，由於活性炭裝置的副產物硫酸的利用途徑有限，且屬於危險化學品，活性炭工藝大面積推廣後，活性炭使用量和硫酸副產物產生量將大幅增加，在硫酸的貯存、運輸和利用方面還存在一系列問題，因此，活性炭工藝的大面積推廣會受到一定程度的制約。
由於燒結所使用的原料中硫、氮的含量不同，燒結過程溫度的波動、燒結礦產量的變化和不同的生產工藝等因素都會影響到燒結煙氣汙染物的產生量，對燒結煙氣的治理路線也各不相同。
在上述鋼鐵燒結煙氣超低排放技術路線的基礎上，鋼鐵企業還可以實施煙氣循環改造，將部分燒結機頭煙氣再次引至燒結料層表面，循環再利用，使廢氣外排總量減少20%-40%，從而進一步減少顆粒物、SO2 , NOx的排放量，同時，還可以減少後續除塵、脫硫、脫硝裝置投資和運行費用。除此之外，煙氣循環還可將廢氣中的CO及其他可燃有機物通過燒結燃燒帶時重新燃燒，有效減少燒結廢氣中CO的排放量，實現燒結煙氣的超低排放。
4 結束語
隨著包括鋼鐵燒結在內的非電領域煙氣超淨治理時代的全面到來，2025年底前，我國將完成鋼鐵產能改造近20億噸，鋼鐵行業整體超低排放改造市場空間超過800億元，市場空間將穩步釋放，市場前景廣闊。
燒結煙氣作為鋼鐵企業大氣汙染的主要來源，現在乃至今後都將是鋼鐵企業環保治理的重點，多汙染物協同治理技術的開發與產業化應用也是未來燒結煙氣綜合治理的發展方向。排汙治理將會向塵一硫一硝多汙染物綜合治理的方向發展，因此，應當根據各鋼鐵企業的具體情況，選擇最適合的煙氣淨化工藝，在粉塵治理的基礎上兼顧SO2 , NOX、二噁英等多汙染物的治理，逐步消除燒結煙氣汙染給經濟發展和環境帶來的消極影響，促進鋼鐵企業的可持續發展。
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