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解析钢铁行业加强废气治理的相关措施

2020-07-13 3125 上传者：管理员

摘要：钢铁行业会排放大量废气,它是我国大气污染的主要来源之一。废气含有大量有害物质,如果没有有效处理,就将其随意排放到大气中,将会严重影响空气质量,威胁人们的身体健康。未来,钢铁企业应持续改进,采取更为有效的废气处理方法。本文简析钢铁行业的废气来源及治理现状,并提出加强废气治理的若干措施。

关键词：
大气污染
废气治理
环境保护
钢铁行业
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我国是世界上最大的钢铁生产国,2019年,我国粗钢产量为9.963亿t,同比增长8.3%,占世界粗钢总产量的53.3%。但是,我国钢铁行业仍存在产能过剩、技术装备水平不高、污染物排放量大等问题。党的十九大指出,当前,我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段,正处于转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻关期。钢铁行业属于资源密集型行业,是高耗能、高污染的产业,是目前我国大气污染的主要排放源之一,钢铁冶炼生产工艺复杂,生产过程消耗大量矿石、燃料及其他辅料,产污节点多,污染物排放量大,废气中含有的污染物种类较多,这些废气如果未经妥善处理直接排放到环境中,不但会影响区域的环境空气质量,而且会影响人们的身体健康。想要有效解决钢铁行业的废气污染问题,人们需要针对钢铁企业不同产生环节产生的废气污染物,采取相应的治理措施,有效减少废气污染物的排放。

1、钢铁行业废气的来源

钢铁行业主要生产工艺流程大致包括烧结(球团)、炼铁、炼钢连铸、轧钢等工序,配套设施有自备电厂等。同时,钢铁工业涉及大量原辅材料、产品的运输,废气主要来源于钢铁厂内部生产设施的排放及外部大宗物料的运输过程。

1.1 烧结(球团)

烧结(球团)工序的废气主要来源于多个生产环节。原料装卸、煤粉制备、破碎、筛分、干燥、配料、混合、造球、运输等工序会产生颗粒物;烧结(焙烧)过程会产生含有颗粒物、SO2、NOx、氟化物、铅及其化合物、二噁英等污染物;烧结(球团)矿在破碎、筛分、冷却和运输过程中会产生颗粒物。烧结和球团工序运行过程中产生的废气量大,污染物排放量较大,SO2和NOx排放量占钢铁企业污染物排放总量的60%以上[1],同时排放多种特征污染物,是钢铁企业最主要的排放源。

1.2 炼铁

炼铁工序产生大气污染物的主要环节如下。各种原料、燃料及辅料的运输、筛分、转运过程中会产生颗粒物;热风炉燃烧煤气、煤粉等燃料产生含颗粒物、SO2、NOx的废气;高炉出铁场出铁时会产生含颗粒物、一氧化碳等有害成分的废气;高炉煤气放散、煤粉制备及喷吹过程、铸铁机铁水浇注过程会产生颗粒物。

1.3 炼钢连铸

转炉炼钢工序产生的废气污染物主要为铁水预处理、转炉炼钢、出钢出渣过程产生的颗粒物。电炉炼钢工序产生的废气污染物主要为:配料、上料、炉顶装料、出钢、出渣过程产生的颗粒物;电炉炼钢过程产生含颗粒物、二噁英的废气;电渣炉产生含氟化物的废气。连铸工序产生的废气污染物主要为中间罐、结晶罐、连铸切割及火焰清理过程产生的颗粒物。石灰石焙烧工序产生的废气污染物主要为:给料、送料过程产生的颗粒物;焙烧窑、预热器产生的含颗粒物、SO2、NOx的废气。

1.4 轧钢

热轧生产过程中产生的废气污染物主要为:加热炉、火焰切割机产生含颗粒物、SO2、NOx的废气;轧制、抛丸、喷丸及表面修磨工序产生的颗粒物。冷轧生产过程中产生的废气污染物主要为:酸洗、钝化及酸再生系统等产生的酸性废气;碱洗工序产生的碱雾;轧机轧制过程产生的颗粒物、油雾废气;热处理炉产生的含颗粒物、SO2、NOx的废气;精整工序产生的颗粒物;涂层机组产生的有机废气等。

1.5 配套设施

煤气发电过程产生含颗粒物、SO2、NOx的废气。

1.6 外部运输废气

运输废气主要为原辅材料、产品等的运输车辆排放的尾气。

2、钢铁行业废气处理技术

近几年,国家对环境保护的重视程度越来越高,对《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国大气污染防治法》等法律进行了修订,各省大气污染防治条例也陆续修订实施。2019年4月,生态环境部等五部委发布了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》(环大气〔2019〕35号),提出钢铁行业大气污染物超低排放的要求。随着钢铁行业大气污染物排放标准的逐步加严,现有钢铁企业大力实施除尘、脱硫、脱硝等大气治理改造工程,吨钢污染物排放量有显著降低。目前,国内钢铁行业主要采取以下废气处理技术。

2.1 颗粒物治理技术

钢铁企业中颗粒物的产生工序最多,产污节点分散,治理难度较大。钢铁企业针对不同生产环节产生的颗粒物采取不同的除尘措施,采取的除尘方法较多,主要有静电除尘、袋式除尘、电袋复合除尘、旋风除尘、滤筒除尘、湿电除尘等。目前应用最为广泛的是袋式除尘,可应用于原料装卸、转运、筛分及炼铁、炼钢、轧钢等产尘环节;静电除尘多用于烧结机机头废气中颗粒物的处理。转炉煤气和高炉煤气除尘方法主要有LT干法除尘、新型OG湿法除尘、半干法除尘等。

2.2 SO2治理技术

烟气脱硫发展至今,已有数百种脱硫技术,这些脱硫技术按照脱硫产物的形态,总体分为三类:湿法脱硫、半干法脱硫及干法脱硫。钢铁行业烟气湿法脱硫工艺主要有石灰石-石膏法、氨法、双碱法、有机胺法、离子液法等;半干法和干法脱硫工艺有循环流化床法、SDA旋转喷雾干燥法、活性炭吸附法、NID法、密相干塔法、MEROS法、ENS法、LEC等[2]。目前,石灰石-石膏法是钢铁行业应用较多脱硫方法,该方法优点是脱硫效率较高,工艺成熟,运行费用较低;缺点是会产生脱硫废水、脱硫石膏,需要对副产物进一步处理。

2.3 NOx治理技术

目前,国内烧结机机头、球团焙烧设备烟气脱硝尚处于起步阶段,脱硝多采取末端治理的措施,主要采用选择性催化还原法(SCR)。近几年,随着排放标准的加严,燃烧煤气的热风炉、加热炉、电厂锅炉逐步开始对烟气进行脱硝,主要脱硝技术有低氮燃烧、选择性催化还原法、选择性非催化还原法(SNCR)等。SCR技术是目前应用较多、处理效率较高的一种脱硝方法,在电力行业应用较为普遍,但是钢铁企业部分工序产生的烟气条件与电力企业有所差异,SCR脱硝工艺在应用中存在一定的不利因素。例如,烧结机产生的烟气温度较低且浮动大,含湿量大、含氧量高,烟气中含有一定量的酸性、毒性物质,因此在实际运行中存在催化剂堵塞、中毒失活的现象,从而影响脱硝效率。烧结机烟气脱硝前需要对烟气进行升温,以达到SCR脱硝温度要求,其运行成本相对电力行业较高[3]。

2.4 污染物协同处理

烧结机机头、球团焙烧烟气成分复杂,除常规污染物外,还含有氟化物、铅、二噁英等特征污染物,需要采取有效手段去除。目前,钢铁行业废气协同处理技术主要采用活性炭(焦)一体化脱硫脱硝技术,该工艺已在国内多家钢铁企业中使用,可同时去除烟气中的SO2、NOx、铅及二噁英等多种污染物,SO2、NOx排放浓度可以满足超低排放标准,但是该方法投资及运行成本较高,对烟气温度要求较严[4]。

3、钢铁行业加强废气治理的相关措施

钢铁行业目前仍面临较大的环保压力,废气治理是钢铁行业环保工作的重点,企业想要实现高质量发展,必须采取措施,做好废气治理工作。

3.1 加强环境管理,培养专业人才

环境管理是企业管理的重要环节,把环保工作纳入生产管理,对于减少企业污染物排放,促进企业资源合理利用与回收,提高经济效益和环境效益有重要的意义。目前,国内多数钢铁企业建设了较为完善的除尘、脱硫、脱硝等环保设施,其设计施工也由专业的设计单位完成,采取的污染防治工艺可以满足处理要求。但是在日常生产中出现环保设施不能稳定运行的情况,导致污染物排放超标。

一是设备长时间运行,缺乏专业维护;二是管理人员专业水平不足,巡检力度不大,不能及时发现环保设备运行中存在的问题,致使有些设备带病运行。因此,企业要建立健全内部环保机构,制定完善的环境管理体制和工作程序,配备专业环保管理人员负责环保设施的运行维护,定期加强员工培训学习,增强其环保管理意识及责任心,提高发现问题、解决问题的能力,确保企业环保设施的稳定运行,满足排放标准要求。

3.2 注重源头控制,降低污染物产生量

钢铁行业生产工艺流程长、过程复杂,原料、燃料和工艺过程对污染物的排放量影响较大,可从以下几方面进行源头控制。一是采用烟气循环技术,将烧结、热风炉等产生的烟气重新引回工艺,减少废气排放量。二是优化生产工艺,调整高炉炉料结构,提高球团矿添加比例,降低烧结矿比例。球团生产工序产生的污染物大大低于烧结工序,调整高炉炉料配比,可减少烧结工序污染物排放量。三是对高炉煤气、焦炉煤气实施精脱硫。

钢铁企业生产过程中产生大量煤气,它是企业重要的二次能源之一,可用于热风炉、锅炉等多个环节。煤气中的含硫量直接决定燃烧烟气中的SO2浓度,从源头控制,实施煤气精脱硫可大幅降低末端治理的压力,这是最为经济且便于后续环保管理的技术手段。四是加强产尘点的密闭,提高废气收集效率,减少无组织废气的排放。

3.3 控制废气二次污染

SCR、SNCR等脱硝工艺实际运行期间,为使氮氧化物排放达标,企业往往通过增加氨、尿素的喷入量来提高脱硝效率,导致氨逃逸率提高,造成二次污染。同时,过量逃逸的氨可以与废气中的SO3反应生成硫酸氢铵,造成空预器堵塞、催化剂受损等问题,严重时会影响SCR脱硝设备的正常运行。生产期间,钢铁企业要重视氨逃逸造成的二次污染问题,综合考虑催化剂进出口的氮氧化物浓度、烟气温度等因素,对喷氨系统布局、喷射速度进行合理设置,降低氨逃逸率。烟气脱硝排气筒出口设置氨逃逸量在线监测设施,目前,钢铁行业尚无烟气中氨的逃逸浓度或排放浓度限值要求,可参照执行火电行业脱硝烟气中氨的逃逸质量浓度要求,确保氨的逃逸率在合理范围内,避免脱硝设施造成二次污染。

3.4 调整大宗物料运输方式,减少运输废气排放量

钢铁行业是我国运输量最大的行业之一,原材料与成品等运输量是钢铁产量的4～5倍[5]。目前,钢铁行业运输以公路运输为主,多数运输车辆为国三、国四排放标准的柴油车,废气污染物排放量大。钢铁企业应按照《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》的要求,降低汽运在铁精矿、煤炭、焦炭等大宗物料和产品运输中的比例,采用铁路、水路、管道或管状带式输送机等清洁方式的运输比例不低于80%;如不能满足,2021年底前汽运部分采用国五排放标准的汽车,2022年起全部采用新能源汽车或达到国六排放标准的汽车。

4、结语

钢铁行业废气排放量大,人们要采取有效措施,减少大气污染物的排放量。随着大气污染物排放标准的不断加严,钢铁行业废气治理进入超低排放改造阶段,钢铁企业应选用成熟、先进的治理技术,注重企业环境管理与人才培养,加强源头控制,减少二次污染与运输废气量,有效控制钢铁行业废气污染。

参考文献：

[1]段文娇,郎建垒,程水源,等.京津冀地区钢铁行业污染物排放清单及对PM2.5影响[J].环境科学,2018,(4):1445-1454.

[2]于树斌,陈胜,苏俊峰,等.烧结烟气脱硫的发展[J].冶金设备,2018,242(2):78-83.

[3]耿立志.钢铁行业大气污染防治现状简析与若干建议[J].资源节约与环保,2015,(11):24-25.

[4]董文进.烧结烟气脱硝技术进展与应用现状[J].中国资源综合利用,2017,(11):74-77.

[5]高金.钢铁行业物资运输现状､发展及建议[J].中国钢铁业,2013,(12):8-10.

桑博.钢铁行业废气治理研究[J].中国资源综合利用,2020,38(06):183-185.