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鋼鐵行業燒結煙氣脫硫現狀及協同治理對策建議

發布時間:2017.03.13 發布者:上海天陽鋼管有限公司 點擊量:

    根據目前我國燒結煙氣脫硫現狀,分析燒結脫硫存在不足。結合2012年鋼鐵行業新標準的頒布和我國大氣污染防治行動計劃,分析我國燒結機頭煙氣協同治理的必要性和迫切性。提出我國燒結煙氣協同治理應以LJS新型干法脫硫脫硝一體化技術和活性炭/焦吸附法為代表的干法工藝為主,同時推廣應用燒結機煙氣循環新技術;提出鋼鐵企業環保設施應采用BOT、BOO等新的運營和管理模式;建議國家應制訂相應政策提高鋼鐵企業積極性并確保市場公平競爭。

  0引言

  鋼鐵企業排放廢氣中典型污染物主要包括煙粉、SO2、NOx、二惡英和氟化物等。鋼鐵工業協會統計數據顯示,2012年重點統計鋼鐵企業排放煙粉塵44萬t,占全國工業煙粉塵排放量的23%;SO268萬t,占全國工業SO2排放量的10.3%;NOx排放量約占全國工業排放量的6.8%左右;二惡英排放量占全國工業排放量的33%。傳統的長流程鋼鐵企業污染物中,50%的煙粉塵和NOx,60%以上的SO2,90%的二惡英排放來自燒結工序。因此,燒結煙氣是鋼鐵企業廢氣污染防治的重中之重。

  1我國燒結煙氣脫硫現狀

  燒結煙氣脫硫已成為發展趨勢。自2004年廣州鋼鐵廠燒結機采用雙堿法脫硫以來,鋼鐵行業燒結脫硫經過近10年的發展取得了突破性進展,尤其是“十一五”以來,根據國家環境保護政策要求,鋼鐵企業不斷加大環境治理工作力度,燒結機煙氣脫硫設施快速增加。截止到2012年底共有389臺燒結機安裝脫硫設施,燒結機脫硫面積63200m2,占燒結機總面積的48.6%。鋼鐵工業協會統計數據顯示,廢氣中二氧化硫排放總量和噸鋼排放量均呈逐年下降趨勢。

  燒結煙氣脫硫主流工藝已基本形成。目前采用的脫硫技術主要有濕法、(半)干法。濕法技術主要有石灰石-石膏法、氨法、氧化鎂法、雙堿法、離子液法;(半)干法技術主要有LJS循環流化床法、ENS法、密相干塔法、GSCA雙循環流化床法、MEROS煙道噴射法、活性炭吸附法、NID煙道循環法、SDA旋轉半干法脫硫。濕法脫硫中以石灰石-石膏法為主,約占濕法脫硫的54.4%;(半)干法脫硫中以循環流化床為主,約占(半)干法脫硫的41.7%。

  燒結煙氣脫硫取得顯著效果。一方面,燒結機煙氣脫硫設施設計制造能力和運行經驗明顯提高;另一方面,截止到2012年燒結工序噸產品SO2排放量由2010年的1.89kg下降到1.77kg,排放強度較2010年降低6.3%,減排二氧化硫11.89萬t。

  2燒結煙氣脫硫存在的不足

  2.1燒結煙氣脫硫覆蓋率低,煙氣超標排放

  截至2012年底,我國已建成投運燒結脫硫設施389臺,而目前全國共有燒結機超過1200臺,已建成燒結脫硫覆蓋率不足1/3。GB28662—2012《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》已于2012年開始實施,顯然2/3未脫硫燒結機機頭煙氣SO2排放濃度不能滿足現有企業600mg/m3標準限值要求。因此,約有2/3以上燒結機機頭煙氣超標排放。

  2.2脫硫工程粗制濫造,脫硫率投運率低

  經調查,我國燒結煙氣脫硫市場混亂,簡單模仿、低質低價、惡性競爭現象普遍;防腐、外保溫、副產物處理等環節缺失;普遍缺乏有效的運營維護,設備故障率高,投運率低。2012年相關環保部門核查結果顯示,全國平均綜合脫硫效率僅為38.6%。

  2.3脫硫副產物難以利用,易造成二次污染

  濕法脫硫副產物硫酸鈣含量能達80%以上,目前主要用于水泥緩釋劑、脫硫石膏板等建筑材料。(半)干法脫硫副產物以亞硫酸鈣為主,其含量可達40%,硫酸鈣含量約占20%,氧化鈣占20%,氧化鐵及其他雜質占20%。過高的亞硫酸鈣含量使其在用作水泥混凝土摻和料時受到限制;脫硫灰中游離氧化鈣含量較高,造成其在長期水化過程中不斷生成氫氧化鈣,致使含脫硫灰渣材料的制品體積不斷膨脹,以至于開裂。目前國內對于(半)干法產生的脫硫灰多以回填廢礦坑、選擇專門的堆場堆放等方式處理,不僅占用土地,還可能污染土壤和地下水。

  2.4脫硫設施功能單一,協同控制考慮不周

  GB28662—2012排放標準對燒結機頭SO2、NOx、煙粉塵、二惡英4種污染因子提出了控制要求,根據國內某先進鋼鐵企業實際監測值,燒結機頭氮氧化物和二惡英排放不能達標或不能穩定達標。但目前大多數燒結脫硫設施對NOx、二惡英的去除缺乏綜合考慮,造成廢氣處理多套設備、多重投資,一次投入運行費用均較高。

  3燒結機煙氣協同治理的必要性和緊迫性

  近期國務院印發的大氣污染防治行動計劃中明確提出“加快重點行業脫硫、脫硝、除塵改造工程建設。所有鋼鐵企業的燒結機和球團生產設備等都要安裝脫硫設施”;且2012年開始實施的GB28662—2012要求,自2015年1月1日起,現有企業SO2排放需達到200mg/m3標準要求(新舊標準對比詳見表1),這意味著現有約800臺燒結機將面臨選擇燒

  結脫硫工藝、安裝脫硫設施的急迫形勢。另外,因新標準對二惡英和氮氧化物提出排放限值要求,且目前有限的監測結果顯示燒結機頭在不采取任何治理措施的情況下NOx和二惡英無法穩定達標。因此,實施燒結機頭煙氣脫硫脫硝脫二惡英協同治理,是鋼鐵企業的必然選擇;選擇技術可靠、經濟合理的協同控制技術是大多數鋼鐵企業面臨的棘手問題。

  4燒結機煙氣協同治理技術發展方向及管理建議

  燒結煙氣多污染物協同治理是指通過一項技術或多項技術組合,以單元環節或單元環保設備鏈接、匹配耦合,達到對多種污染物綜合去除的目的。

  4.1燒結機煙氣協同治理技術發展方向

  日本燒結煙氣多污染物治理技術水平居于世界領先地位,針對燒結煙氣SO2、NOx、二惡英等污染物協同治理,主要采用活性炭/焦吸附工藝,該工藝可脫除SO2、NOx、二惡英和重金屬,且可實現煙氣中SO2的回收,配套建設SO2

  制酸裝置生產硫酸。但其投資大、流程長、占地面積大的特點,限制了該工藝在我國的推廣使用。太原鋼鐵集團450m2燒結機頭煙氣污染控制項目引進了該技術,實際運行效果顯示,其脫硫效率達95%以上,除塵效率達99.5%,脫硝效率達33%,脫二惡英效率達80%,炭質粉末可用于焦爐、燒結、高爐生產,實現脫硫產物零排放,年可減少SO2排放量1.6萬t,NOx排放量2200t,制酸系統年可制備98%的濃硫酸2.2萬t回用軋鋼生產。

  歐洲西門子奧鋼聯針對燒結煙氣中SO2、二惡英類污染物等的控制開發了MEROS工藝,該工藝相對于活性炭工藝來說,投資較低、流程短、占地小。馬鞍山鋼鐵集團300m2燒結機采用了此工藝。但馬鋼對該工藝的二惡英脫除效果尚未作監測。

  德國迪林根ROGESA鋼鐵公司針對SO2、二惡英、HF和重金屬等污染物開發了PAULWURTH曳流吸收塔工藝,同MEROS工藝類似,該工藝不能控制燒結煙氣中NOx。

  我國福建龍凈環保股份有限公司目前在循環流化床為核心的干法煙氣凈化技術基礎上,開發出LJS新型干法脫硫脫硝一體化技術,即在LJS基礎上增加脫硝劑,該技術可使用一種吸收劑(消石灰)在同一個吸收塔內同時完成脫硫脫硝過程,投資低,占地小,可實現除塵脫硫脫硝除重金屬等煙氣協同治理。該技術目前已用于玻璃窯煙氣脫硫脫硝,脫硝效率可達70%,但尚未應用在鋼鐵企業,目前正在某鋼鐵企業進行中試。

  火電廠脫硝應用較為廣泛的是SCR工藝,但燒結煙氣NOx濃度較火電廠低,一般在140~500mg/m3,且SCR需要的煙氣溫度為350℃,若采用SCR工藝脫硝,燒結煙氣需再加熱,投資大,運行能耗高,且脫硫和脫硝需分別設置獨立的脫除系統,因此,從經濟合理性和技術可行性角度分析,SCR工藝不適用于燒結煙氣治理。

  寧波鋼鐵有限公司采用的燒結機煙氣循環新技術,通過對燒結廢氣低溫余熱循環利用,燒結工序總能耗可降低3%以上,此外,由于排放煙氣量的減少和SO2、HCl、HF濃度富集,脫硫效率提高,脫硫設施對HCl、HF的脫除效果明顯提高,顆粒物排放量也因煙氣量減少而減少,二惡英和NOx絕大部分被燒結機料床分解,寧鋼采用該技術后減排效果明顯。

  根據以上分析,上述幾種技術各有特點。活性炭/焦吸附工藝和MEROS工藝目前應用于燒結煙氣已較成熟,但從成本和占地等因素考慮,這兩種工藝無明顯優勢。從脫除NOx的需求來看,活性炭/焦吸附工藝值得推薦。目前國際上,西歐燒結廠采用的均是(半)干法煙氣脫硫,日本從2000年開始對二惡英控制以來,燒結機煙氣治理均采用活性炭吸附。根據燒結煙氣波動及煙氣污染成分特點,結合我國目前對環境保護的要求,應以活性炭/焦吸附法為代表的干法工藝為主,同時推廣應用燒結機煙氣循環新技術。

  4.2鋼鐵企業轉變環保設施運營和管理模式

  如前述,我國目前燒結脫硫覆蓋率不到1/3,且存在燒結脫硫工程質量低劣,脫硫效率低等問題。目前部分企業實際運行結果表明,脫硫公司負責運行維護的脫硫設施運行效果明顯優于鋼鐵企業負責運行維護的脫硫設施。因此,建議環保行政主管部門應聯合發改、工信對燒結機頭煙氣協同治理等環保設施的設計、施工、采購和運行實施全過程監管,切實保障環保工程質量,發揮環保工程減排實效。此外,應鼓勵企業對環保設施采用BOT(建設、經營、移交)、BOO(建設、擁有、運營”)等新的運營和管理模式,解決目前鋼鐵企業經濟效益低下但又面臨減排壓力的難題。

  4.3國家應制訂相應政策提高企業積極性并確保市場公平競爭

  我國為控制燃煤電廠污染,陸續出臺燃煤發電機組脫硫脫硝電價優惠政策,2007年5月《燃煤發電機組脫硫電價及脫硫設施運行管理辦法》(試行)(發改價格[2007]1176號)、2012年12月《國家發展改革委關于擴大脫硝電價政策試點范圍有關問題的通知》(發改價格[2012]4095號)以及《關于加快燃煤電廠脫硝設施驗收及落實脫硝電價政策有關工作的通知》(環辦[2013]21號)等一系列政策的實施,一方面提高了燃煤電廠安裝脫硫設施的積極性,另一方

  面大大提高了脫硫設施建設質量、投運率和脫硫效率。根據上述優惠政策,經估算,2臺1000MW燃煤發電機組,發電量175億kW˙h,每年可獲脫硫脫硝補貼4.025億元。

  根據環境保護部2012年環境統計年報,調查統計的41個工業行業中,二氧化硫排放量位于前3位的行業依次為電力、熱力生產和供應業,黑色金屬冶煉及壓延加工業,非金屬礦物制品業。目前我國電力行業脫硫脫硝技術及配套優惠政策已基本成熟、穩定,而二氧化硫排放量僅次于電力的鋼鐵行業尚無相關優惠政策。另據了解規范運營環保設施的鋼鐵企業每天的脫硫運行費用為5萬~6萬元,而鋼鐵企業近兩年均處于微利運營狀態,政府環保違法處罰力度偏軟,市場調整手段缺乏,導致守法者吃虧、違法者獲利的扭曲現象。

  因此,建議環保部聯合發改委出臺煙氣協同治理補貼政策和懲治環保違法的法律法規,此外,鋼鐵行業應嚴格執行差別電價、水價政策,用政府和市場“兩只手”,確保鋼鐵企業市場的公平競爭,充分調動鋼鐵企業安裝協同治理設施的積極性,實現污染物減排。

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