烧结烟气治理综合技术ppt

铁矿石烧结烟气治理综合技术李光辉（中南大学钢铁冶金系）2014年10月22日报告提纲国内外烧结烟气排放的现状粉尘治理技术SO2与NOX治理技术二噁英及重金属污染物治理技术烧结烟气污染物协同处理一体化技术烧结烟气综合治理的建议1.国内外烧结烟气排放的现状1.1烧结烟气成分及特点烟气成分：微细粒粉尘（PM1、2.5、10）CO、CO2、SO2、NOX等有害气体多氯代二苯并二噁英、呋喃（PCDD/Fs）等微量高致癌物质重金属（Hg、Pb、Zn、Cr、Cu、Cd，等）酸性气体（HF、HCl等）、碱金属（K、Na等）基本特点：成分复杂、含尘量大水分高（10%左右）、温度及成分波动大1.国内外烧结烟气排放的现状1.2国外烧结烟气排放2004年欧盟25国（EU-25）烧结烟气治理后的平均最大/最小排放浓度1.国内外烧结烟气排放的现状1.3烧结球团大气污染物排放标准(GB28662-2012)生产工序或设施污染物项目排放浓度限值/mg/Nm3排放浓度限值/mg/Nm3监控位置烧结机球团焙烧设备颗粒物8050车间或生产设施排气筒二氧化硫600200氮氧化物500300氟化物64二噁英类1.0ng-TEQ/Nm30.5ng-TEQ/Nm3烧结机机尾带式焙烧机机尾颗粒物50302012.10.1-2014.12.31现有企业执行2012.10.1新建企业执行2015.1.1现有企业执行1.国内外烧结烟气排放的现状1.4国内烧结烟气排放简况烧结机排放的颗粒物、SO2、NOX、二噁英，分别占其钢铁企业排放总量的35%、85%、50%、90%以上烟气量4000~6000Nm3/t成品烧结矿粉尘浓度高，粉尘平均排放浓度约为102mg/m3（采用电除尘器），未满足最新排放标准要求；SO2排放浓度较高，SO2一般为400~1500mg/m3（特例，攀钢4000~8000mg/m3）二噁英一般为3~5ng-TEQ/m3，未满足最新排放标准要求；烧结烟气NOX排放浓度相对较低（部分在200~310mg/m3），暂可满足排放标准要求。1.国内外烧结烟气排放的现状1.5国内烧结烟气治理工艺烟气脱硫已广泛应用（近300套脱硫装置）太钢：活性炭干法脱硫脱硝装置宝钢：循环流化床半干法脱硫及气喷旋冲塔湿式石灰石-石膏法湘钢、宁钢：石灰石-石膏法攀钢：有机胺法烟气脱硫工艺柳钢、武钢：氨-硫酸铵法烟气脱硫工艺长钢：循环流化床（CFB-FGD）法烟气脱硫工艺首钢：密相干塔法烟气脱硫工艺马钢：MEROS法脱硫工艺1.国内外烧结烟气排放的现状1.6国内烧结烟气治理工艺存在的突出问题1.单一脱硫工艺无法满足烟气排放的整体要求2.联合脱硫脱硝工艺也缺乏对二噁英及重金属污染物的治理3.脱硫工艺后单独添加脱硝工艺、二噁英减排工艺或重金属污染物治理工艺都会造成投资与运营成本高等问题4.设备运行过程中不同程度地存在易堵塞、腐蚀，成本高；5.副产物的无害处理与综合利用2.粉尘治理技术2.1粉尘粒度粗颗粒，粒径为100m左右细颗粒PM1，粒径为0.1~1m图2-1不同烧结机烟气中粉尘的粒度及质量分布（德国）2.粉尘治理技术机头比机尾PM10、PM2.5含量高烧结工艺排入大气的PM10中主要成分为PM2.5表2-1烧结机机头、机尾中PM2.5、PM10的比例及除尘效率（取自韶关钢铁厂）机头分粒径质量浓度/mg/m3机尾分粒径质量浓度/mg/m3粉尘PM10PM2.5粉尘PM10PM2.5除尘器前270.30138.47118.203445.30269.02213.52粒径占粉尘比例100.0051.2343.73100.007.816.20除尘器后4.804.774.089.934.293.62粒径占粉尘比例100.0099.3885.00100.0043.2036.46除尘效率98.2296.5696.5599.7198.4198.302.粉尘治理技术TFeClSSiCPKCaAlMg43.7-49.92.9-25.80.22-4.072.73-3.622.9-6.120.01-0.243-9.077.55-7.830.43-2.171.01-1.04ZnMnCuCrPbNa2ONiCdTiO20.03-0.340.10-0.310.005-0.170.04-0.150.09-5.980.58-31.60.0030.00090.099静电除尘灰元素组成：烧结常规元素、碱金属元素及微量重金属元素（Zn、Cu、Cr、Pb、Cd等）表2-2欧洲烧结厂排放粉尘的元素含量范围/wt-%2.2粉尘化学成分分析2.粉尘治理技术表2-3烧结机头除尘灰X-荧光元素分析/%（莱钢4#烧结机）TFeCaOMgOSiO2Al2O3TiO2SK2ONa2OCl-一电场43.987.081.974.801.460.101.098.251.875.74二电场25.133.861.373.041.460.061.2717.001.8021.06三电场13.544.421.622.001.370.041.2118.953.2328.47表2-4烧结电除尘灰中主要有价元素分析/%（2009年湘潭钢铁公司）取样TFeCaOSiO2MgOAl2O3CuOPbOZnOK2ONa2OBi2O31#灰52.367.655.382.231.470.060.530.040.670.130.062#灰34.427.573.791.601.280.236.440.217.670.440.083#灰27.886.563.131.571.050.329.350.2610.210.600.122.粉尘治理技术2.3粉尘治理工艺1.静电除尘器特点：处理烟气量大，压力损失小，除尘效率高95%问题：烧结粉尘所含高电阻率化学物（碱金属氯化物、重金属氯化物和钙氧化物）致使脱除效率降低新式除尘器：采用能源脉冲叠加方式、移动电极静电除尘器（MEEP）、超高压宽极距电除尘器（ESCS）常用工艺：电除尘、机械除尘、过滤除尘和洗涤除尘2.粉尘治理技术粉尘排放量年平均值维持在20-42mg/Nm3左右表2-5比利时根特安塞尔米塔尔烧结厂（2个）静电除尘效果参数烧结厂1烧结厂2粉尘/mg/Nm3粉尘/mg/Nm3年平均值20.0142.72标准差9.649.72最小值625.6最大值67.3100.6中间值17.140.595%百分位37.661【2008年】2.粉尘治理技术2.袋式除尘器特点：具有除尘效率不受颗粒电阻率的影响，捕集微米、亚微米级粉尘效率高的特点采用袋式除尘器，既可去除粉尘，也可去除酸性气体（注入石灰或碳酸氢钠溶液）及去除PCDD/F、PAH等有机污染物（注入粉末褐煤、活性炭等吸附剂）图2-2在静电除尘器或旋风分离器后安装袋式除尘器的基本流程图2.粉尘治理技术添加合适的吸附剂，可达到除尘、脱硫、降低二噁英及重金属污染物的作用，但碱吸收法对脱除NOX的作用不明显表2-6欧洲三个烧结厂带式烧结机采用袋式除尘器效果（不莱梅安塞尔米塔尔、钢联林茨和多纳维茨）参数进入量排出量单位添加物粉尘80-5000.73-15mg/Nm3SO2450-800225-500mg/Nm3石灰/活性炭HCl600.31-30mg/Nm3石灰HF-0.34-1mg/Nm3石灰PCDD/F-0.1ng/Nm3Pb-0.17mg/Nm3Hg、Tl、Cd的总和-0.007mg/Nm3温度145100oCSO2治理工艺存在问题3.SO2与NOX治理技术1.“钙基”法脱硫工艺消耗资源、排放固废、排放二氧化碳不能有效地回收硫资源，还将硫资源变成了污染环境的固废物已投运的装置，运行效果差，易出现严重的结垢和堵塞问题2.“氨—硫铵”法脱硫工艺消耗大量NH3，且逃逸严重，设备腐蚀严重副产品(NH4)2SO4中可能含有重金属、二噁英等有毒物，不能用于农业3.SO2与NOX治理技术NOX治理工艺：烧结过程脱硝技术及烟气脱硝技术烧结过程脱硝技术控制烧结矿碱度，利用微波加热处理顶部炉料，改善燃料在烧结料层中分布状态（如将焦粉包裹于物料中）向烧结混合料添加某类物质，如碳氢化合物（蔗糖）、氨类添加剂将煤炭热解气，即还原性气体（CO/H2/CH4及HCN/NH3）随烟气循环进入烧结过程3.SO2与NOX治理技术烟气脱硝技术干法：选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）、非选择性催化还原法（NSCR）、活性炭吸附法、电子束照射法湿法：碱或酸吸收法、络合吸收法、氧化吸收法等SCR工艺添加剂：NH3/尿素经除尘、脱硫后干净气体进气浓度影响催化剂：V2O5/WO3180-600mg/Nm3催化剂失活烟气预热，降低余热回收可能性NH3泄露：1~3ppm载体：TiO2可能催化剂：氧化铁及铂出气浓度温度：300~400oC56-120mg/Nm3SCR实例1975年KawasakiSteelCorporation,ChibaWorks,Japan（川崎）7000t烧结矿/天烟气流量620000~750000Nm3/h催化剂：Pt450mg/Nm3降为37mg/Nm3脱除率90%1979年NipponKokan,KeihinWorks,Japan12000吨/天烟气流量1.2~1.3百万Nm3/h催化剂：块矿（亚洲的褐铁矿、gasite矿石），使用完后作为高炉或烧结原料410mg/Nm3降为100-120mg/Nm3脱除率70~75%截至2010年，欧洲尚未有应用的报道。表2-7SCR工艺及实例3.SO2与NOX治理技术实验室模拟烟气循环烧结试验结果SO2：循环烟气中的SO2气体在最终烧结烟气中得到了明显的富集。NOX：循环气体中一定含量的SO2具有降低烟气中NOX含量的效果。024681012141618202224260500100015002000250030000ppm500ppm1000ppm2000ppm二氧化硫含量/ppm烧结时间/min0510152025050100150200250300350NOX/ppm烧结时间/min10ppm2550ppm31200ppm42000ppm1324二噁英来源：烧结过程存在其生成所需的反应物（碳、氯）、催化剂（铜、铁离子）和适宜的温度（250~450oC）。生成位置：二噁英在烧结机上不仅在干燥带中产生，而且在燃烧带和烧结带的排烟道中也产生（见图2-3、2-4）。4.二噁英治理技术样品类型采样位置采样个数实测浓度平均浓度毒性当量浓度平均毒性当量浓度质量分数/ng/m3(/kg)质量分数/I-TEQng/m3(/kg)烟气机头61.87-6.153.460.19-0.720.48机尾30.058-0.0650.0610.0046-0.00510.0049飞灰机头电除尘214.20-25.7019.950.66-1.501.08机尾电除尘10.25-0.015-表2-8国内某烧结厂烧结机头、机尾的烟气及飞灰中二噁英含量4.二噁英治理技术图2-3各风箱烟气中PCDD/Fs的排放浓度（日本新日铁的1号烧结机）图2-4烧结机各区PCDD/Fs的排放分布15号风箱为干燥带的结束位置4.二噁英治理技术治理工艺源头控制：减少烧结混合料中氯、铜元素、控制静电除尘灰的使用、混合料添加抑制剂（氨类、尿素、碱性吸收剂）烧结过程控制：烟气循环烧结工艺末端治理：除尘减排、活性炭吸附、选择性催化还原烧结过程重金属（Pb、Hg、Zn）排放概况5.重金属污染物治理技术元素存在状态性能排放量环境危害PbPbO-PbCl2PbCl2PbCl4易挥发，进入气相且粒度不长大一般为：10g/t烧结矿相当于3mgPb/Nm3烧结厂周边环境中Pb含量明显较高影响因素：Cl含量（200-700gCl/t烧结料），而不是Pb含量（40-100gPb/t烧结料）Hg直接进入气相15–82μgHg/Nm3或0.1–207mgHg/t烧结矿通过落叶含Hg量分析，烧结厂周边环境Hg含量明显较高Zn在燃烧带或者烧结矿