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钢铁行业烧结烟气脱硫现状及协同治理对策建议

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             摘要:根据目前我国烧结烟气脱硫现状,分析烧结脱硫存在不足。结合2012年钢铁行业新标准的颁布和我国大气污染防治行动计划,分析我国烧结机头烟气协同治理的必要性和迫切性。提出我国烧结烟气协同治理应以LJS新型干法脱硫脱硝一体化技术和活性炭/焦吸附法为代表的干法工艺为主,同时推广应用烧结机烟气循环新技术;提出钢铁企业环保设施应采用BOT、BOO等新的运营和管理模式;建议国家应制订相应政策提高钢铁企业积极性并确保市场公平竞争。

    0引言
    钢铁企业排放废气中典型污染物主要包括烟粉、SO2、NOx、二恶英和氟化物等。钢铁工业协会统计数据显示,2012年重点统计钢铁企业排放烟粉尘44万t,占全国工业烟粉尘排放量的23%;SO268万t,占全国工业SO2排放量的10.3%;NOx排放量约占全国工业排放量的6.8%左右;二恶英排放量占全国工业排放量的33%。传统的长流程钢铁企业污染物中,50%的烟粉尘和NOx,60%以上的SO2,90%的二恶英排放来自烧结工序。因此,烧结烟气是钢铁企业废气污染防治的重中之重。


    1我国烧结烟气脱硫现状
    烧结烟气脱硫已成为发展趋势。自2004年广州钢铁厂烧结机采用双碱法脱硫以来,钢铁行业烧结脱硫经过近10年的发展取得了突破性进展,尤其是“十一五”以来,根据国家环境保护政策要求,钢铁企业不断加大环境治理工作力度,烧结机烟气脱硫设施快速增加。截止到2012年底共有389台烧结机安装脱硫设施,烧结机脱硫面积63200m2,占烧结机总面积的48.6%。钢铁工业协会统计数据显示,废气中二氧化硫排放总量和吨钢排放量均呈逐年下降趋势。
    烧结烟气脱硫主流工艺已基本形成。目前采用的脱硫技术主要有湿法、(半)干法。湿法技术主要有石灰石-石膏法、氨法、氧化镁法、双碱法、离子液法;(半)干法技术主要有LJS循环流化床法、ENS法、密相干塔法、GSCA双循环流化床法、MEROS烟道喷射法、活性炭吸附法、NID烟道循环法、SDA旋转半干法脱硫。湿法脱硫中以石灰石-石膏法为主,约占湿法脱硫的54.4%;(半)干法脱硫中以循环流化床为主,约占(半)干法脱硫的41.7%。
    烧结烟气脱硫取得显著效果。一方面,烧结机烟气脱硫设施设计制造能力和运行经验明显提高;另一方面,截止到2012年烧结工序吨产品SO2排放量由2010年的1.89kg下降到1.77kg,排放强度较2010年降低6.3%,减排二氧化硫11.89万。


    2烧结烟气脱硫存在的不足
    2.1烧结烟气脱硫覆盖率低,烟气超标排放
    截至2012年底,我国已建成投运烧结脱硫设施389台,而目前全国共有烧结机超过1200台,已建成烧结脱硫覆盖率不足1/3。GB28662—2012《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》已于2012年开始实施,显然2/3未脱硫烧结机机头烟气SO2排放浓度不能满足现有企业600mg/m3标准限值要求。因此,约有2/3以上烧结机机头烟气超标排放。


    2.2脱硫工程粗制滥造,脱硫率投运率低
    经调查,我国烧结烟气脱硫市场混乱,简单模仿、低质低价、恶性竞争现象普遍;防腐、外保温、副产物处理等环节缺失;普遍缺乏有效的运营维护,设备故障率高,投运率低。2012年相关环保部门核查结果显示,全国平均综合脱硫效率仅为38.6%。


    2.3脱硫副产物难以利用,易造成二次污染
    湿法脱硫副产物硫酸钙含量能达80%以上,目前主要用于水泥缓释剂、脱硫石膏板等建筑材料。(半)干法脱硫副产物以亚硫酸钙为主,其含量可达40%,硫酸钙含量约占20%,氧化钙占20%,氧化铁及其他杂质占20%。过高的亚硫酸钙含量使其在用作水泥混凝土掺和料时受到限制;脱硫灰中游离氧化钙含量较高,造成其在长期水化过程中不断生成氢氧化钙,致使含脱硫灰渣材料的制品体积不断膨胀,以至于开裂。目前国内对于(半)干法产生的脱硫灰多以回填废矿坑、选择专门的堆场堆放等方式处理,不仅占用土地,还可能污染土壤和地下水。


    2.4脱硫设施功能单一,协同控制考虑不周
    GB28662—2012排放标准对烧结机头SO2、NOx、烟粉尘、二恶英4种污染因子提出了控制要求,根据国内某先进钢铁企业实际监测值,烧结机头氮氧化物和二恶英排放不能达标或不能稳定达标。但目前大多数烧结脱硫设施对NOx、二恶英的去除缺乏综合考虑,造成废气处理多套设备、多重投资,一次投入运行费用均较高。


    3烧结机烟气协同治理的必要性和紧迫性
    近期国务院印发的大气污染防治行动计划中明确提出“加快重点行业脱硫、脱硝、除尘改造工程建设。所有钢铁企业的烧结机和球团生产设备等都要安装脱硫设施”;且2012年开始实施的GB28662—2012要求,自2015年1月1日起,现有企业SO2排放需达到200mg/m3标准要求(新旧标准对比详见表1),这意味着现有约800台烧结机将面临选择烧
    结脱硫工艺、安装脱硫设施的急迫形势。另外,因新标准对二恶英和氮氧化物提出排放限值要求,且目前有限的监测结果显示烧结机头在不采取任何治理措施的情况下NOx和二恶英无法稳定达标。因此,实施烧结机头烟气脱硫脱硝脱二恶英协同治理,是钢铁企业的必然选择;选择技术可靠、经济合理的协同控制技术是大多数钢铁企业面临的棘手问题。



    4烧结机烟气协同治理技术发展方向及管理建议
    烧结烟气多污染物协同治理是指通过一项技术或多项技术组合,以单元环节或单元环保设备链接、匹配耦合,达到对多种污染物综合去除的目的。


    4.1烧结机烟气协同治理技术发展方向
    日本烧结烟气多污染物治理技术水平居于世界领先地位,针对烧结烟气SO2、NOx、二恶英等污染物协同治理,主要采用活性炭/焦吸附工艺,该工艺可脱除SO2、NOx、二恶英和重金属,且可实现烟气中SO2的回收,配套建设SO2
    制酸装置生产硫酸。但其投资大、流程长、占地面积大的特点,限制了该工艺在我国的推广使用。太原钢铁集团450m2烧结机头烟气污染控制项目引进了该技术,实际运行效果显示,其脱硫效率达95%以上,除尘效率达99.5%,脱硝效率达33%,脱二恶英效率达80%,炭质粉末可用于焦炉、烧结、高炉生产,实现脱硫产物零排放,年可减少SO2排放量1.6万t,NOx排放量2200t,制酸系统年可制备98%的浓硫酸2.2万t回用轧钢生产。
    欧洲西门子奥钢联针对烧结烟气中SO2、二恶英类污染物等的控制开发了MEROS工艺,该工艺相对于活性炭工艺来说,投资较低、流程短、占地小。马鞍山钢铁集团300m2烧结机采用了此工艺。但马钢对该工艺的二恶英脱除效果尚未作监测。
    德国迪林根ROGESA钢铁公司针对SO2、二恶英、HF和重金属等污染物开发了PAULWURTH曳流吸收塔工艺,同MEROS工艺类似,该工艺不能控制烧结烟气中NOx。
    我国福建龙净环保股份有限公司目前在循环流化床为核心的干法烟气净化技术基础上,开发出LJS新型干法脱硫脱硝一体化技术,即在LJS基础上增加脱硝剂,该技术可使用一种吸收剂(消石灰)在同一个吸收塔内同时完成脱硫脱硝过程,投资低,占地小,可实现除尘脱硫脱硝除重金属等烟气协同治理。该技术目前已用于玻璃窑烟气脱硫脱硝,脱硝效率可达70%,但尚未应用在钢铁企业,目前正在某钢铁企业进行中试。
    火电厂脱硝应用较为广泛的是SCR工艺,但烧结烟气NOx浓度较火电厂低,一般在140~500mg/m3,且SCR需要的烟气温度为350℃,若采用SCR工艺脱硝,烧结烟气需再加热,投资大,运行能耗高,且脱硫和脱硝需分别设置独立的脱除系统,因此,从经济合理性和技术可行性角度分析,SCR工艺不适用于烧结烟气治理。
    宁波钢铁有限公司采用的烧结机烟气循环新技术,通过对烧结废气低温余热循环利用,烧结工序总能耗可降低3%以上,此外,由于排放烟气量的减少和SO2、HCl、HF浓度富集,脱硫效率提高,脱硫设施对HCl、HF的脱除效果明显提高,颗粒物排放量也因烟气量减少而减少,二恶英和NOx绝大部分被烧结机料床分解,宁钢采用该技术后减排效果明显。
    根据以上分析,上述几种技术各有特点。活性炭/焦吸附工艺和MEROS工艺目前应用于烧结烟气已较成熟,但从成本和占地等因素考虑,这两种工艺无明显优势。从脱除NOx的需求来看,活性炭/焦吸附工艺值得推荐。目前国际上,西欧烧结厂采用的均是(半)干法烟气脱硫,日本从2000年开始对二恶英控制以来,烧结机烟气治理均采用活性炭吸附。根据烧结烟气波动及烟气污染成分特点,结合我国目前对环境保护的要求,应以活性炭/焦吸附法为代表的干法工艺为主,同时推广应用烧结机烟气循环新技术。


    4.2钢铁企业转变环保设施运营和管理模式
    如前述,我国目前烧结脱硫覆盖率不到1/3,且存在烧结脱硫工程质量低劣,脱硫效率低等问题。目前部分企业实际运行结果表明,脱硫公司负责运行维护的脱硫设施运行效果明显优于钢铁企业负责运行维护的脱硫设施。因此,建议环保行政主管部门应联合发改、工信对烧结机头烟气协同治理等环保设施的设计、施工、采购和运行实施全过程监管,切实保障环保工程质量,发挥环保工程减排实效。此外,应鼓励企业对环保设施采用BOT(建设、经营、移交)、BOO(建设、拥有、运营”)等新的运营和管理模式,解决目前钢铁企业经济效益低下但又面临减排压力的难题。


    4.3国家应制订相应政策提高企业积极性并确保市场公平竞争
    我国为控制燃煤电厂污染,陆续出台燃煤发电机组脱硫脱硝电价优惠政策,2007年5月《燃煤发电机组脱硫电价及脱硫设施运行管理办法》(试行)(发改价格[2007]1176号)、2012年12月《国家发展改革委关于扩大脱硝电价政策试点范围有关问题的通知》(发改价格[2012]4095号)以及《关于加快燃煤电厂脱硝设施验收及落实脱硝电价政策有关工作的通知》(环办[2013]21号)等一系列政策的实施,一方面提高了燃煤电厂安装脱硫设施的积极性,另一方
    面大大提高了脱硫设施建设质量、投运率和脱硫效率。根据上述优惠政策,经估算,2台1000MW燃煤发电机组,发电量175亿kW˙h,每年可获脱硫脱硝补贴4.025亿元。
    根据环境保护部2012年环境统计年报,调查统计的41个工业行业中,二氧化硫排放量位于前3位的行业依次为电力、热力生产和供应业,黑色金属冶炼及压延加工业,非金属矿物制品业。目前我国电力行业脱硫脱硝技术及配套优惠政策已基本成熟、稳定,而二氧化硫排放量仅次于电力的钢铁行业尚无相关优惠政策。另据了解规范运营环保设施的钢铁企业每天的脱硫运行费用为5万~6万元,而钢铁企业近两年均处于微利运营状态,政府环保违法处罚力度偏软,市场调整手段缺乏,导致守法者吃亏、违法者获利的扭曲现象。
    因此,建议环保部联合发改委出台烟气协同治理补贴政策和惩治环保违法的法律法规,此外,钢铁行业应严格执行差别电价、水价政策,用政府和市场“两只手”,确保钢铁企业市场的公平竞争,充分调动钢铁企业安装协同治理设施的积极性,实现污染物减排。

    来源:环境工程 作者:赵春丽 吴铁等

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