钢企环保治理技术面面观

时间:2015年07月07日信息来源:协会 点击: 【字体:

钢企环保治理技术面面观
 
  气的“混战”———烟气综合治理技术
  新环保法实施以来,钢铁企业最头疼、首当其冲的就是烟气治理,不光要去除二氧化硫、氮氧化物甚至二噁英等有害气体,还要保证颗粒物排放时刻达标。然而,烟气综合治理也是各种技术工艺层出不穷的领域,选对适合自己的技术工艺,烟气综合治理才能走上正轨。
  焦化煤气脱硫技术。宝钢在这方面进行了有益的实践。宝钢焦炉煤气中含H2S4g/m3~6g/m3,HCN1.5g/m3~2.0g/m3,萘0.9g/m3~1.2g/m3。煤气先进行初冷(包括直接和间接两部分),温度由42℃~55℃降到25℃;然后经排风机、电捕焦油器输入煤气精制系统的中间冷却脱萘塔,进一步除萘和焦油等杂质。脱萘塔出口煤气温度为36℃,含萘≤0.36g/m3。
  在宝钢一期工程中,煤气从脱萘塔出来后进入脱硫脱氰吸收塔,为保证脱硫效率,脱硫吸收液定量抽送到湿式氧化的希洛哈克斯装置,将H2S、HCN的吸收液氧化成含3%游离硫酸的硫铵母液,送下一道工序硫铵工段生产硫铵。脱硫脱氰后的煤气去氨吸收塔,吸氨后进终冷塔,最后进吸萘塔。该塔为空塔,顶部喷淋洗油吸苯后,煤气中含H2S小于200mg/m3、HCN小于150mg/m3,进入总煤气柜。
  在宝钢二期工程中,煤气经中间冷却除萘后,进入吸氨装置,用75%的磷酸二氢铵((NH4)2HPO4)做吸收液,富液为磷酸二氢铵((NH4)2HPO4),进解吸塔获得18%的氨水,进一步加压浓缩生产99.8%的无水氨,解吸氨后的磷酸二氢铵循环使用。吸氨后的煤气进入终冷塔,脱酚脱氰后的煤气进吸苯塔,吸收粗苯后再进入脱硫脱氰工艺,脱硫后去煤气柜储存,供全厂使用;脱硫富液去解吸装置,在111℃~112℃、58800Pa(0.6kg/cm2)条件下解吸,解吸出的H2S、HCN、CO2进燃烧炉生成SO2/NOX,再经过冷却、减湿、干燥、触媒作用等制备硫酸。尾气经氨水除害塔排入大气。
  烧结烟气综合治理技术。国家提出要对烧结烟气进行综合治理,即脱硫、脱硝、脱二噁英、除尘联合进行,不能再单一进行脱硫了。烧结点火器后约1/3风箱处的烟气含硫不高,且温度高,这部分废气可不必脱硫,直接返回烧结作热风烧结,既节能又能降低脱硫运行费。
  烧结烟气脱硫技术。烧结烟气脱硫技术分为干法、半干法和湿法。湿法主要有石灰—石膏法、硫铵法、氧化镁法、双碱法、离子液法等。干法主要有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烟道循环法等。半干法主要有SDA旋转喷雾法等。总体来看,干法脱硫效率偏低,脱硫副产物主要成分为亚硫酸钙,其物理化学性质不稳定,直接应用困难。湿法脱硫效率高,但是易造成低温腐蚀和烟囱雨,是PM2.5的主要产生源,很难实现多污染物的协同控制。以SDA旋转喷雾干燥法为代表的半干法有湿法的制浆系统,而副产物的成分和状态类似干法。目前,我国已有480多套烧结烟气脱硫装置,约有80%是湿法。总体效果湿法比干法要好些,但尚没有一种方法为最优的脱硫方法。已建成的设施约有一半以上没有达到设计水平,有工艺设计缺陷、设备选型不合理、施工质量不合格(施工单位资质不合规定)等问题。
  二噁英治理技术。二噁英形成的前提是有氯元素存在。烧结生产具备形成二噁英的所有条件(不要再对烧结和焦炭喷洒氯化钙了)。烧结烟气中二噁英浓度在30ng-TEQ/Nm3~60ng-TEQ/Nm3,占总量的17.6%,仅次于垃圾焚烧。
  降低二噁英的技术措施包括:降低烧结烟气中氯元素含量,高效强化除尘(除去细小的含二噁英尘颗粒),对收集的二噁英气体进行加热分解(加热温度大于850℃)或急速冷却,采用活性炭吸附或有机溶剂溶解吸收等。在废气中添加尿素颗粒、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化镁、氢氧化钙,使烟气温度急冷到200℃以下,均有利于降低二噁英产生。
  烧结烟气脱硝技术。烧结烟气的温度和氧、水含量较高,产生的NOX主要是NO2。在烧结烟气中,NO含量≤160mg/m3。烟气脱硝技术有湿法和干法之分,主要有气相反应法、液体吸收法、吸附法、液膜法、微生物法等。其中脱硝效率最高、技术最为成熟的是选择性催化还原(SCR)法。但目前得到广泛商业应用的钒钛系SCR催化剂反应温度一般在300℃~400℃,故反应器需布置在除尘器之前,因粉尘等杂质的毒害作用,导致催化剂的使用寿命严重缩短。低温烟气脱硝催化剂的研究和开发是脱硝技术应用的关键。此外,可以将NOX进行焚烧,使之成为水和氮气;也可对NOX进行吸附、减量化处理。
  烟气除尘技术。新环保法对大气中固体颗粒物的控制标准严格,除尘自然成为钢企环保的重中之重。
  高炉出铁场除尘技术。出铁场烟尘排放点包括出铁口、撇渣器、摆动流嘴的3处,3处烟尘量约占总尘量的70%。出铁场排风量占系统总量的50%,巨型高炉3个以上出铁口的烟尘量占总尘量的80%~90%。应在各排烟点设排烟罩,除尘效果好,又节电。出铁口排烟罩有上吸、侧吸、吹吸多种形式,上吸效果好。由于铁口上方容纳不下罩子必要的容积,应加大风速,加大排风量。撇渣器排烟罩多数为低拱型方罩。摆动流嘴排烟罩普遍采用矩形伞形上吸式。罩子可设多个排烟管,由上部接出烟气。排烟管道不许架空敷设,为免影响天车行走,只能埋在平台楼板层内。每个排风点均安装手动和电动阀各一个,安装在沟道旁的阀门井内,手动阀调节平衡风量用,电动阀在出铁口交替使用。
  烧结电除尘技术。电除尘技术装备分为湿式静电除尘器(没有二次粉尘飞扬,清灰、废水要处理,易腐蚀设备)、干式静电除尘器(有二次粉尘飞扬)、雾状粒子电除尘器(尘捕集后呈液体流下)、半湿式静电除尘器(湿式除尘室的洗涤水可循环使用,排出的泥浆在浓缩池用泥浆泵送入干燥机烘干,再从干式除尘室的灰斗排出)。
  电除尘技术设装备的优点是阻力小,耗能少;除尘效率高(可捕集PM2.5以下的灰尘,布袋除尘只能捕集大于10ppm的粉尘)效率可在99%;使用范围广范,允许通过300℃~400℃高温烟气;处理烟气量大,自动化程度高,维修量小等。
  其存在的问题主要是烧结除尘效率不稳定,难以实现排放浓度控制在50mg/m3。主要原因是烧结原燃料质量波动大,含有害杂质高;振打系统刚度不够,安装质量差,高压电源不能满足工况要求,极板和极线被腐蚀等。
  提高电除尘效率的措施是,烟气温度在150℃以下,除尘器本体密封好,在除尘器顶部和灰斗上安装声波清灰器,加大烧结主降尘管直径。
  高炉煤气除尘技术。过去,重力除尘器可除去85%大颗粒的尘,文式管除去细颗粒的尘。现在,布袋干法除尘得到推广使用,效果好,节水又节电,可提高TRT发电量30%。高炉煤气干法除尘技术已比较普及,有节水和节电效果。但废布袋的处理成为难点之一,TRT的叶片易结白色晶体,影响发电能力。
  转炉煤气净化技术。OG法湿式除尘在国内外被广泛使用。将OG系统与转炉炉口的连接活动裙罩改为密封式,燃烧率降低到3%,煤气回收量提高100m3/t。LT法干式除尘技术在宝钢250吨转炉上应用,炉口烟气温度为1600℃,经冷却烟道间接冷却到1000℃,经蒸发冷却后进圆形电除尘器除尘。烟(煤)气在蒸发冷却器内由雾状喷水直接冷却,喷水烟气始终为干的。伴随喷水降温,烟气在蒸发冷却器内产生了一个调质过程,使粉尘的比电阻发生变化,这对于干式除尘器的除尘效果是非常有利的。烟气在蒸发冷却器内的流速低,有40%的粗颗粒会沉降到底部,经链式输送机和滑动卸灰阀排出。烟气出蒸发冷却器时的温度为170℃,排烟含尘量可达10mg/m3。
  水的“攻坚”———焦化污水深度处理技术
  焦化污水深度处理技术由预处理、生化处理、深度处理和污泥处理等工艺组成。
  污水生物处理采用缺氧—好氧生物脱氮工艺,深度处理采用膜分离技术,即生化处理(A-A/O)+超滤(UF)+纳滤(NF)(或反渗透(RO)),或者生化处理(A-A/O)+膜生物反应器(MBR)+纳滤(NF)(或反渗透(RO))。
  在预处理阶段,蒸氨废水首先进入重力除油器除油,再进入调节池,去除残留油并进行水量、水质的均匀化,最后进入浮选系统进行气浮除油,为下段生化处理创造条件。
  在生化处理阶段,预处理后的废水进入厌氧池,进行水解和酸化,然后进入缺氧池,进行反硝化脱氮,最后自流入好氧池去除废水中的酚、氰和COD(化学需氧量)等其他有害物质,并对氨氮进行硝化反应。
  生化出水经过混凝沉处理后,进入超滤膜处理,去除悬浮物和胶体物等,同时进一步降低COD。好氧池出水也可以采用膜生物反应器(简称MBR)的形式,其中空纤维超滤膜可高效截留各类菌种,使生化反应得以顺利进行;有效去除相应的污染物,避免污泥的流失;同时可截留难以降解的大分子有机物,延长其在MBR停留的时间,使之得到最大限度的分解。MBR产水可直接作为深度处理的原料水。
  超滤(UF)产水进入反渗透(简称RO)系统。RO是以压力为驱动力,并利用反渗透膜只能透过水而不能透过溶质的选择性,使水溶液中溶质与水分离。RO的产水率为70%左右。为了提高产水率和节约能量,也可以采用纳滤(NF)膜组件代替反渗透膜,纳滤膜对钙、镁离子有很高的去除效率,并能有效去除水中大分子量的可溶性组分,使产水率增加至90%左右。深度处理的产水水质,可以达到循环水补充的要求。
  深度处理产出占原料水量10%~30%左右的浓缩液,浓缩液可给煤场防尘喷洒或除尘卸灰加湿用,或送活性炭吸附塔去除COD,活性炭可再配入炼焦。
  宝钢焦化废水深度处理及回用技术的工艺路线如下:焦化生化出水→膜生物反应器(MBR)或超滤(UF)→保安过滤器→一级RO→二级RO→产水。其技术特点是水质稳定(满足宝钢工业水要求),产水率高(70%)。出水浊度稳定在0.5NTU,SDI稳定≤5,满足后续反渗透膜的要求。
  组合式膜处理工艺的成功应用,实现了装置连续稳定运行,得到了合格的产水,而且实现了真正意义的回用———一级RO浓缩水给烧结配料,二级RO浓缩水给烧结烟气脱硫。
  固废的“逆袭”———渣、尘泥、氧化铁皮回收处理技术
  冶金渣处理技术。冶金渣的处理主要包括高炉炉渣和钢渣的处理技术。
  高炉炉渣处理技术。高炉炉渣处理方式有:干渣法、水淬法、半水淬膨胀法和INBA法等。水淬法有炉前渣池水淬、水力输送渣池、炉前脱水仓式等。水渣脱水方式有转鼓脱水式、渣池过滤式、脱水槽式和提升脱水式。高炉渣处理工艺有INBA法、图拉法、明特克法、拉萨法和底滤法等。图拉法安全性最高,明特克法占地面积相对小,INBA法技术成熟,应用的量大。
  水淬渣进行细磨后生产矿渣微粉,作为水泥添加剂,可以提高水泥性能,附加值高。目前,我国约有240条生产线,处理能力约为1.2亿吨。高炉渣慢冷却的干渣可做骨料,用作筑路、建筑沙石料,但经济性不高。
  钢渣处理技术。钢渣处理技术有热泼工艺、水淬工艺、风淬工艺、热焖工艺和滚筒法工艺等。目前,热焖法占多数。钢渣经处理后,经过破碎、筛分、磁选后回收废钢,可返回烧结和炼钢工序,在道路工程中应用,生产钢渣水泥和钢渣微粉等。
  含铁尘泥和轧钢氧化铁皮处理技术。
  含铁尘泥的质量和处理技术。钢铁企业含铁尘泥包括烧结系统除尘灰、高炉系统除尘灰、转炉煤气回收过程中的除尘灰,以及球团和电炉系统的除尘灰、水系统的尘泥等。钢铁联合企业吨材尘泥量约为50kg~80kg。
  因炼铁原燃料含有害杂质,造成除尘灰中含有有害杂质;这些灰回到烧结生产中,就会出现杂质的富集。因高炉生产过程有循环富集作用,会使有害杂质含量被富集到10倍~60倍,这样对高炉生产产生较大的副作用(特别是炉墙结瘤,炉底耐火材料破坏,使高炉寿命降低,生产指标恶化)。
  为提高钢铁企业铁素体的循环利用效率,含铁尘泥要最大化地在企业内部利用,但含有害杂质高的尘泥应进行处理后再用。转底炉处理含有害杂质高的尘泥是有效的,可以除去有害杂质,还可回收大部分Pb和Zn,有一定的经济效益。出来的产品是海绵铁,其还原度在60%~65%,FeO含量在15%左右,炼钢不能用,只能给高炉用。因此,转低炉的经济性低,能耗高,不应作为处理铁矿石的手段来代替高炉生产。
  含有害杂质特别高的尘泥,一般不要给烧结用(高炉布袋除尘灰中含有害杂质含量比重力除尘灰高许多),以便有效地消除富集循环的作用。转炉除尘灰可进行脱水压块,回转炉使用,作为冷却剂,切断循环富集链。
  水中的尘泥可用沉淀法进行回收,但用的水池多,沉淀时间长;建议用斜井旋转沉淀技术(如同斜置的罐头盒形状),可大大提高沉淀效率。
  轧钢氧化铁皮利用技术。大多数企业将轧钢氧化铁皮给烧结使用,有降低烧结固体燃料消耗的作用。部分企业将氧化铁皮除油、还原、细磨,制成电子工业用的磁氧体,大大提高了附加值。宝钢、鞍钢等企业的磁氧体的生产规模较大,是其高效、高利润的部门。

(作者:协会 编辑:chenhong)
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