宝钢湛江钢铁炼铁厂环保新工艺技术的应用_梁利生

宝钢湛江钢铁炼铁厂环保新工艺技术的应用·1·宝钢湛江钢铁炼铁厂环保新工艺技术的应用梁利生周琦（宝钢湛江钢铁有限公司炼铁厂，广东湛江524072）摘要国家“十二五”规划明确提出了将主要污染物排放总量显著减少作为社会经济发展的约束性指标，并强调了推进包括钢铁行业在内的二氧化硫和氮氧化物排放控制的治理，未来大气污染物排放的标准将会更为严格。宝钢湛江钢铁秉承宝钢“成为绿色产业链的驱动者”的绿色愿景，切实履行国家的环保新要求，全力打造一个“绿色钢铁基地”。本文首先简要分析了目前钢铁行业大气污染物排放和治理放情况，再结合宝钢湛江钢铁大气污染物排放控制的目标，介绍了炼铁厂采用的环保新工艺技术。关键词环境保护，烟气净化，烟粉尘，二氧化硫，氮氧化物ApplicationofNewEnvironmentalProtectionTechnolgiesofBaosteelZhanjiangIronmakingPlantLiangLisheng,ZhouQi(BaosteelZhanjiangIron&SteelCo.,Ltd.,IronmakingDivision,ZhanjiangGuangdong524072,China)AbstractChina’stwelfthFive-yearplanclaimedthatobligationofreducingpollutantsdischargeshouldbegoingwitheconomicgrowth,andemphasizedthesuppressionofSO2andNOxemissionsinindustry.TheBaosteelzhanjiangIron&SteelCo.,Ltd,whichisanewiron&steelmakingworkslocatedinGuangdongprovince,stickstoBaosteel’sgreenvisionofbecomingagreenindustrialchaindriverandfulfillsrequirementofenvironmentalprotectionbygovernment.Targetofzhanjiangworksisgoingtobeagreeniron&steelmakingbase.Thispapergenerallyanalyzedthemajorairpollutantssourcedandemittedinironmakingprocess.Then,acomprehensivereviewoffluegaspurificationtechnologiesemployingforironmakingwasdiscussed.IntermsofstrictemissionstandardsofairpollutantsinChinaandcompany’stargetofemissionscontrol,advancedenvironmentalprotectiontechnologieswereemployedinzhanjiangworks.Thispaperfocusedontheairpollutantsinironmakingprocessandintroducedthetechnologiesandfacilitiesforfluegaspurificationinironmakingplant.Keywordsenvironmentalprotection,fluegaspurification,dust,SO2,NOx1引言近年来，雾-霾问题备受关注，霾主要是由排放到空气中的SO2、NOx和可吸入粉尘颗粒物等废气污染物形成二次气溶胶的大气污染[1~3]。“十二五”期间，国家将NOx纳入了污染排放总量控制指标，SO2排放量要求减少8%，NOx排放量要求减少10%，并强调推进火电、钢铁、有色等行业SO2和NOx治理。“高能耗”的钢铁行业排放的烟（粉）尘、SO2和NOx等大气污染物，在全国排放总量中占据了相当的比重。根据环保部发布的2013年统计数据显示，全国钢铁企业排放烟（粉）尘61.9万吨，占全国总排放量的5%左右；SO2为199.3万吨，占比10%左右；NOx为55.5万吨，占比3%左右。传统长流程的钢铁企业，炼铁流程（料场、焦化、烧结、球团和高炉）的大气污染物排放量达到了80%以上，烟（粉）尘、SO2和NOx排放量分梁利生，男，博士，高级工程师，从事炼铁专业，[e-mail]·2·第十届中国钢铁年会暨第六届宝钢学术年会论文集别占到钢铁企业总排放量的60%、90%和80%以上[4,5]，炼铁厂的大气污染物排放控制和治理将是钢铁企业环保关注的主要对象之一。2我国钢铁行业大气污染物排放控制和治理情况我国钢铁企业脱硫始于21世纪初，广钢于2004年开始采用双碱法对烧结工序的烟气进行脱硫。随着环保要求的提高，国家加强了对钢铁企业SO2排放的控制，许多钢铁企业逐步装备脱硫装置。经过十多年的发展，各种脱硫技术在我国钢铁企业得到了广泛的应用。截至2013年底，全国钢铁企业运行的烧结机为1258台，脱硫装置526套，装备率达到了40%，球团生产设备598套，脱硫52套，装备率达到9%。目前我国钢铁企业烧结工序投运的脱硫装置，湿法脱硫仍占主导地位，其中石灰-石膏法达到了60%的比例，双碱法、氨法和镁法分别占到了10%、8%和5%；半干法循环流化床和旋转喷雾脱硫的比例分别为8%和4%，干法脱硫仅占了不到1%的比例；球团厂已投运的脱硫装置也主要采用了石灰-石膏法和双碱法技术。如表1所示，根据国家环保部发布的2013年统计数据显示，全国钢铁企业SO2的年脱除量为75.8万吨，取得了27.6%的脱除率。表12013年钢铁行业主要废气污染物排放与脱除情况[6](million-ton)Table1Emissionofmajorairpollutants(million-ton)钢铁行业污染物排放总量排放量脱除量脱除率/wt%烟（粉）尘12.7810.61922.22197.3硫化物(SO2)20.4391.9930.75827.6氮氧化物(NOx)22.2730.5550.0559.1在国家将NOx纳入污染排放总量控制指标后，少数钢铁企业开始尝试脱除NOx，而整个钢铁行业2013年的NOx脱除率仅为9.1%，脱硝技术的应用和发展处于起步阶段，对于年排放总量55.5万吨的钢铁行业而言还有很大的空间。相较烟（粉）尘97.3%的脱除率（烧结机装备率67%；球团除尘装备率61%），钢铁行业对SO2和NOx排放防控治理的环保工作仍然十分艰巨。3宝钢湛江钢铁炼铁厂环保新工艺技术宝钢湛江钢铁采用从焦化、烧结、球团、炼铁、炼钢至轧钢的全流程钢铁生产，2013年钢铁主体工程开工建设，致力于打造一个碳钢板材绿色生产基地。随着国家出台一系列环保新的规划、标准和广东地区新的环保要求，湛江钢铁大气污染物排放于2014年起执行新的特别排放标准。如图1所示，新的特排标准更为严格，其中高炉炼铁工序烟（粉）尘的排放限值从50mg/Nm3降至15mg/Nm3，SO2和NOx均未调整；而烧结和球团工序的烟（粉）尘排放限值从80mg/Nm3变为40mg/Nm3，SO2排放限值从600mg/Nm3大幅降至180mg/Nm3，NOx排放限值也从500mg/Nm3变至300mg/Nm3；炼焦工序的烟（粉）尘排放限值降低至15mg/Nm3，SO2和NOx的排放限值也分别从200mg/Nm3和240mg/Nm3大幅降至30mg/Nm3和150mg/Nm3。针对环保要求的变化，湛江钢铁的环保设施设计不断优化，在铁前工序采用了多种环保新工艺技术，以满足国家的排放标准。3.1原料场防尘新工艺技术原料场主要承担了各个工序所需散状原燃料的装卸、贮存、加工和输送任务，粉尘是其主要的污染物。针对装卸和贮存可能产生的粉尘污染，湛江钢铁的混匀料场和1个原料贮存料场和3个煤贮存料场均采取了封闭措施；1个贮存铁矿粉的条形露天堆场，增设了20m高的防风网，利用空气动力学原理，使风速在防风宝钢湛江钢铁炼铁厂环保新工艺技术的应用·3·网内衰减，减小起尘率，有效阻挡粉尘迁移。原燃料的破碎加工配套了高效的布袋除尘设备。原燃料输送采用封闭式皮带机通廊输送（约2.6km）和转运站微雾抑尘装置来控制粉尘污染。微雾抑尘原理是利用1~10μm直径的水雾对悬浮在空气中的粉尘尤其是PM2.5等可入肺粉尘进行有效地吸附团聚，并在重力作用下沉降。此新工艺减少了粉尘的收集和输送，直接在源头抑制粉尘的扩散。通过以上工艺的应用，原料场的粉尘排放值可达到≤15mg/Nm3。图1中国钢铁企业铁前各个工序主要大气污染物排放浓度限值标准[7~9]Fig.1TheemissionstandardofmajorairpollutantsforironmakinginChina3.2炼焦烟气净化技术湛江钢铁炼配置4×65孔7m的顶装焦炉，单座焦炉烟道废气(180℃)量约为0.26×106Nm3/h，其中：烟（粉）尘约为20mg/Nm3；采用混合煤气作为燃料后的SO2含量约为80mg/Nm3；采用废气循环和分段加热的燃烧控制技术后NOx可降至约500mg/Nm3。然而，烟气中主要的废气污染物仍无法满足国家特排标准的要求，必须对焦炉烟气进行脱硫脱硝净化处理。目前，国内外针对焦炉烟气的脱硫脱硝技术尚处于研发阶段，还未有工程应用实例。热电厂烟气的脱硫脱硝技术应用较为成熟，主要为“NH3-SCR烟气脱硝+石灰石湿法脱硫”工艺，若炼焦采用相同工艺，与电厂相比：焦炉烟气温度相对较低，采用中温脱硝（300~400℃）的钒系催化剂的脱硝效率会很低，需大幅加热烟气；烟气中的SO2在200~250℃极易生成具有腐蚀性的硫酸氢铵致使催化剂中毒；采用湿法脱硫后的烟气温度会低于130℃，不能直接从烟囱上升排放。根据这些不同之处，湛江钢铁炼焦工序采用了“旋转喷雾半干法脱硫+低温选择性催化还原法（NH3-SCR）脱硝除尘”工艺，成为世界上首个对钢铁企业焦炉烟道废气脱硫脱硝的工程应用实例。图2炼焦工序烟气净化工艺流程示意图Fig.2Schematicdiagramoffluegaspurificationprocessforcoking炼焦烟气脱硫脱硝的工艺流程如图2所示，系统主要由脱硫塔、除尘脱硝一体化装置、喷氨系统、引风·4·第十届中国钢铁年会暨第六届宝钢学术年会论文集机、热风炉和烟气管道等组成。两座焦炉排出的烟气(约180℃)首先进入旋转喷雾脱硫塔，雾化的Na2CO3饱和溶液与烟气接触迅速完成SO2的吸收，脱硫效率在80%以上；脱硫后烟气进入一体化装置时先经布袋除尘，再由一体化装置配备的烟气加热模块加热至200℃后与喷入的NH3还原剂充分混合；混合后的烟气进入低温脱硝催化剂模块层，在催化剂作用下NOx被NH3还原为无害的N2和H2O，脱硝效率不低于80%；净化后的洁净烟气(160℃)经过引风机送烟囱排放，小部分烟气通过热风炉小幅加热后回用到一体化装置烟气加热模块中。该工艺采取先脱硫的模式可以有效控制后续脱硝硫酸氢铵的生成，为低温高效脱硝创造条件；一体化装置可以集中进行除尘、加热和脱硝，减少管道输送的热损耗，模块化可提高脱硝操作和检修的灵活性；采用低温脱硝催化剂可使脱硫后的烟气仅需小幅加热即可进行高效率地脱硝。此外，160℃以上的排气温度不会在烟囱周围产生烟囱雨，并可以避免烟气温度低于酸露点而引起的烟囱腐蚀。3.3烧结烟气净化技术烧结工序新建的2台烧结机均为550m2，单台烧结机烟气量达1.8×106Nm3/h，烟（粉）尘浓度约120mg/Nm3，SO2为300~1000mg/Nm3，NOx为100~500mg/Nm3，较之焦炉烟气量大得多，产生的大气污染物浓度也高。烧结烟气烟气量、温度和含水量波动较大，还含有二噁英、SO3、HCl、HF和重金属等污染物。传统的湿法石灰-石膏工艺仅能满足脱SO2的需要，产生的废