摘要：結合2012年鋼鐵行業(yè)污染物排放標準及2015年1月1日起實施的現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)二氧化硫排放需達到200mg/m3、氮氧化物排放需達到300mg/m3的新標準以及新《環(huán)保法》要求，分析目前我國鋼鐵行業(yè)燒結機頭、焦爐煙道氣協(xié)同治理的必要性和迫切性，提出采用系統(tǒng)思維方法，整體設計理念，優(yōu)化組合互補技術與工藝，以使環(huán)保設備匹配耦合，達到多種污染物綜合去除的目的。
關鍵詞：鋼鐵行業(yè)、煙氣脫硫脫硝、協(xié)同治理、生態(tài)圈建設。
引言
鋼鐵工業(yè)作為我國重要的行業(yè)之一，直接關系我國各行各業(yè)的發(fā)展，同時鋼鐵行業(yè)也是排放燒結廢氣的主要行業(yè)之一。鋼鐵企業(yè)排放的燒結廢氣溫度較低，廢氣量龐大，成分復雜，污染物含量較高，造成了嚴重的環(huán)境污染，嚴重制約人們的身體健康和經濟的長遠發(fā)展。同時鋼鐵企業(yè)中聯(lián)合焦化企業(yè)也是高能耗、高污染行業(yè)，其焦爐煙道氣治理也迫在眉睫。
1.我國鋼鐵行業(yè)目前煙氣治理存在的不足
1.1燒結煙氣脫硫脫硝存在的不足
1.1.1燒結煙氣脫硫脫硝覆蓋率低，煙氣超標排放嚴重
目前全國共有燒結機超過1200臺，大部分已建成燒結脫硫設施，但90%以上沒有脫硝設備。國家環(huán)保部2012年6月27日頒布《鋼鐵燒結、球團工業(yè)大氣污染物排放標準》，對鋼鐵行業(yè)燒結、球團工業(yè)煙氣主要污染物排放大幅趨嚴了要求，自2015年1月1日起現(xiàn)有企業(yè)和2012年10月1日起新建企業(yè)二氧化硫和氮氧化物排放限值分別為200mg/m3和300mg/m3。鋼鐵行業(yè)燒結球團脫硫脫硝任務艱巨，勢在必行。
1.1.2脫硫工程粗制濫造，脫硫率投運率低
經調查，目前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(xiàn)象普遍;防腐、外保溫、副產物處理等環(huán)節(jié)缺失;普遍缺乏有效的運營維護，設備故障率高，投運率低。2016年相關環(huán)保部門核查結果顯示，全國平均綜合脫硫效率與2015年新標準還有較大差距。
1.1.3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。
1.1.4脫硫設施功能單一，協(xié)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(yè)實際監(jiān)測值，燒結機頭氮氧化物和二惡英排放不能達標或不能穩(wěn)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，單次投入和運行費用均較高。
1.2焦爐煙氣脫硫脫硝存在的不足
1.2.1焦化廠焦爐煙囪大氣污染物排放及其控制現(xiàn)狀
鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的焦化廠焦爐煙囪大氣污染物排放因采用高爐煤氣加熱，一般能夠達標。而獨立焦化廠，采用煉焦產生的焦爐煤氣加熱，一般煤氣凈化管理比較粗放，焦爐煤氣凈化質量差，根本達不到燃料煤氣的標準，加之焦爐熱工管理不到位導到碳化室竄漏，每生產一噸焦炭需要消耗約200m3焦爐煤氣，焦爐煙囪排放的煙氣含二氧化硫約500mg/m3，含NOx約為1000mg/m3。
目前焦爐煙囪排放煙氣還沒有形成完善的脫硫脫硝工藝，因焦爐煙囪排放煙氣溫度低于300℃，采用中低溫SCR，效率不高，投資較大。
目前鋼鐵焦化企業(yè)焦爐煙氣脫硫脫硝技術魚龍混雜，各種技術八仙過海各顯神通，其中有濕法脫硫+氧化法脫硝，中低溫SCR法脫硝+濕法脫硫或干法脫硫脫硝。
鋼鐵聯(lián)合企業(yè)焦化廠混合煤氣加熱焦爐狀況單位mg/m3
用混合煤氣加熱焦爐，廢氣中的氮氧化物基本滿足500mg/m3國家排放標準的要求，而用焦爐煤氣加熱的焦爐，煙道廢氣中的氮氧化物較難滿足國家排放標準的要求。
2.鋼鐵企業(yè)煙氣協(xié)同治理的現(xiàn)實意義
近期國務院印發(fā)的大氣污染防治行動計劃中明確提出“加快重點行業(yè)脫硫、脫硝、除塵改造工程建設。所有鋼鐵企業(yè)的燒結機和球團生產設備等都要安裝脫硫脫硝設施”;自2015年1月1日起，現(xiàn)有企業(yè)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(xiàn)有約1200臺燒結機將面臨選擇燒結脫硫脫硝工藝、安裝脫硫脫硝設施的急迫形勢。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(jiān)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(wěn)定達標。因此，實施燒結機頭煙氣脫硫脫硝脫二惡英協(xié)同治理，是鋼鐵企業(yè)的必然選擇;選擇技術可靠、經濟合理的協(xié)同控制技術是大多數鋼鐵企業(yè)面臨的棘手問題。
表1鋼鐵燒結機煙氣污染排放控制新標準與原標準對比
3.鋼鐵企業(yè)煙氣協(xié)同治理技術發(fā)展方向
3.1焦爐煙氣濕法脫硫配套氧化法脫硝方案選擇
3.1.1氧化鎂法脫硫+氧化法脫硝工藝介紹：
3.1.2氧化鎂法脫硫工藝優(yōu)勢：
1.設備投資小
設備因與同行工藝不同而投資更省，占地面積小，更適宜現(xiàn)場地方有限的焦化企業(yè)改造，采用一塔多用的脫硫脫硝脫汞工藝方法。
2.運行費用低
運行費用比同行更低，一般低30%-40%左右。由于晉盛工藝特點用新型脫硫劑脫硫，氧化法脫硝脫汞的組合創(chuàng)新工藝，脫除一噸二氧化硫只用0.5噸脫硫劑，相對傳統(tǒng)石灰石雙堿法用2.5-2.8噸催化劑比，用量減少40%左右，節(jié)電40%以上，因此100萬噸焦化產能脫硫年費用在100萬元以內，脫硝用氧化法比傳統(tǒng)SCR法可減少因焦爐煙氣溫度低而形成硫胺可能性，避免催化劑中毒而降低脫硫效率，運行成本因一塔多用而降低30%以上。
3.技術前瞻性強
脫硫脫硝及煙塵達到國家超低排放標準，技術前瞻性強。目前晉盛節(jié)能與國內頂級科技機構合作開發(fā)除塵、脫硫、脫硝超低排放技術，處理后所排放的煙氣煙塵量達到15mg以下，二氧化硫含量達到5mg以下，氮氧化物含量達到35mg以下，適應未來國家超低排放要求，客戶可以一次投資滿足幾年內標準變化需求。
3.1.3SCR法和氧化法脫硝投資與運行成本比較：
氧化吸收法脫硝工藝
工藝原理：利用氧化劑的強氧化性，將不可溶的低價態(tài)氮氧化物(NO)氧化為可溶的高價態(tài)氮氧化物(NO2)，然后在吸收塔內將氮氧化物吸收，達到脫除的目的。
該法脫硝對煙氣溫度要求不高，工藝簡便，操作方便，被越來越多的煙氣脫硝治理單位和客戶所認可。到目前為止，僅有少數煙氣治理單位將該技術熟練掌握，并在實踐中大力推廣。
3.1.4氧化吸收法脫硝工藝的優(yōu)勢：
臭氧氧化吸收洗滌工藝可以通過臭氧氧化劑的流量來調節(jié)NOx的脫除效率，操作簡單;對煙氣溫度要求更低，適合煙氣50--120℃的低溫煙氣凈化。
臭氧氧化反應更加完全，從而不可逆地脫除了NOx，而不產生二次污染。經過氧化反應，加入的臭氧被反應所消耗，過量的臭氧可以在噴淋塔中分解。
除了NOx之外，一些重金屬，如汞及其他重金屬污染物也同時被臭氧所氧化。能夠滿足我國2020年對汞污染治理的環(huán)保要求。
3.2燒結機煙道氣氧化鎂，或氨法脫硫+催化法協(xié)同治理方案選擇
采用東北師范大學化工學院開發(fā)催化劑技術，利用脫硫形成的亞硫酸鹽與氮氧化物反應生成氮氣排放。
此技術優(yōu)勢在于不增加設備投資，只添加催化劑即可完成脫硝，特別適合于二氧化硫含量高，氮氧化物含量少的煙氣治理。目前該技術已完成小試，正在某化工廠鍋爐做中試。
4.晉盛焦化生態(tài)圈助力鋼鐵焦化企業(yè)提檔升級
隨著《煉焦工業(yè)行業(yè)化學污染物排放標準》《焦化行業(yè)準入條件(2014年修訂)》等一系列法規(guī)條例的實施，焦化企業(yè)節(jié)能減排將面臨更加嚴峻的挑戰(zhàn)和考驗。從目前運行情況看，焦爐煙囪排放指標中的二氧化硫及氮氧化物的排放濃度達標困難，以致于很多焦化企業(yè)被屢屢點名，甚至罰款。
2016年11月26日，環(huán)境保護部通報了督查河北、山西重污染天氣應對情況。通報顯示，山西一些焦化企業(yè)提標改造進展較慢，多存在超標排放情況。
2017年1月18日環(huán)保部通報，山西三維瑞德焦化有限公司、山西焦化集團有限公司、臨汾萬鑫達焦化有限責任公司、臨汾晉能焦化有限公司焦爐煙氣排放熄焦廢水中化學需氧量(COD)、氨氮、揮發(fā)酚等污染物嚴重超標排放。
屢上黑榜，環(huán)保已成為焦化企業(yè)必須解決的問題。能否解決環(huán)保問題關系到焦化行業(yè)未來發(fā)展的空間。
按照《煉焦工業(yè)行業(yè)化學污染物排放標準》規(guī)定，當前焦化企業(yè)主要亟待解決的環(huán)境問題：一是焦爐煙道氣達標排放，即按一般標準要求二氧化硫排放在50mg/Nm3以下，氮氧化物在500mg/Nm3以下，重點地區(qū)執(zhí)行特別排放限值要求二氧化硫達到30mg/Nm3，氮氧化物在150mg/Nm3;二是焦化廢水治理，尤其是煤氣脫硫中產生的廢液治理，既是環(huán)保政策要求，也是焦化企業(yè)自身生產質量之需求;三是焦化企業(yè)的煙塵排放;四是焦化企業(yè)的濕熄焦污染物無組織排放。
焦化生態(tài)圈就是按照系統(tǒng)思維的方法整體設計，集成創(chuàng)新，形成焦化行業(yè)節(jié)能減排系統(tǒng)整套技術，對焦化企業(yè)進行達標提升改造，從而實現(xiàn)清潔生產，進而打造新型生態(tài)大系統(tǒng)，使焦化企業(yè)成為具備社會公共服務職能的循環(huán)經濟實體，成為區(qū)域經濟的中堅力量。
焦化生態(tài)圈的整體規(guī)劃就是通過實施晉盛焦化生態(tài)圈項目，改變焦化企業(yè)高能耗、高污染的企業(yè)形象，由粗放式單一生產型企業(yè)轉變?yōu)槌袚欢ㄉ鐣展δ艿木C合循環(huán)經濟實體，成為工業(yè)清潔生產的典范。結合生產實際，綜合利用各類熱能轉換節(jié)點，既滿足生產需要，又能將各種富余能源匯總收集，使之服務于社會，造福百姓。降低了對外界的排放，減少了對環(huán)境的破壞。形成良性循環(huán)經濟體，符合國家整體綜合發(fā)展政策。通過與廠家合作，進行良好的技術支持與項目改造，打造一個多主體共贏互利的生態(tài)圈，更好滿足政府、城鎮(zhèn)居民、企業(yè)相關多方面發(fā)展需求的生態(tài)大系統(tǒng)。
焦化生態(tài)圈產業(yè)鏈IES模型框架圖
焦化生態(tài)圈是由晉盛節(jié)能與中國煉焦行業(yè)協(xié)會率先提出的，初衷是改變焦化企業(yè)高能耗、高污染的行業(yè)形象，在將廢氣廢水資源化治理的同時，形成企業(yè)內部的閉環(huán)式循環(huán)經濟，在此基礎上，讓焦化企業(yè)融入周邊區(qū)域經濟，與周邊區(qū)域形成大循環(huán)經濟。從而實現(xiàn)變廢為寶，打造循環(huán)經濟產業(yè)鏈。
焦化生態(tài)圈理念的提出，必將推動焦化環(huán)保市場的發(fā)展，促進焦化企業(yè)整體環(huán)境問題的解決，從而建立焦化超級生態(tài)鏈。
結語
共建焦化生態(tài)圈是焦化企業(yè)良性可持續(xù)發(fā)展的大勢所趨。焦化生態(tài)圈為焦化企業(yè)提供全方位的節(jié)能環(huán)保解決方案，是焦化節(jié)能環(huán)保的一大創(chuàng)新，也是焦化企業(yè)的福音。未來焦化環(huán)保標準會越來越嚴，唯有達標排放是出路。焦化企業(yè)面對環(huán)保問題不能頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳，而是要用系統(tǒng)思維的理念與方法，整體設計思路，綜合規(guī)劃焦化企業(yè)的節(jié)能減排工作，把焦化企業(yè)的廢氣廢水資源化治理，甚至以廢治廢，小循環(huán)融入大循環(huán)才能融入區(qū)域經濟。
（作者系廊坊市晉盛節(jié)能技術服務有限公司 總經理）
來源:晉盛節(jié)能 作者:趙引德
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