钢铁业降低污染物排放新动向
二氧化碳减排虽然采用现有炼钢技术可以在炼钢过程中减少一定的二氧化碳排放，但目前许多技术在减排二氧化碳方面已经接近理论值。要想大幅度减排二氧化碳，则需要采用与以前根本不同的技术。因此，2002年欧洲钢铁工业决定启动长期研究开发项目，寻求能显著降低钢铁生产过程中二氧化碳排放量的突破性技术。
|
钢铁冶炼 |
由48家欧洲公司和机构正联合开发“超低二氧化碳排放钢铁生产工艺”（ULCOS），并已经选择了4种最有前途的可以进一步开发的技术：高炉煤气循环利用技术、Isarna新熔融还原工艺技术、先进的直接还原工艺技术和电解铁矿石技术。
目前，康力斯集团（现已更名为塔塔欧洲公司）正在其位于荷兰艾默伊登的钢厂建设年产能为6万t的HIsarna中试设备。该设备是将Isarna的熔融旋涡熔炼炉和HIsmelt熔融炉相结合，喷吹纯氧，并联合应用反应炉中煤预热和部分高温分解技术，利用粉矿和煤生产生铁，工艺过程取消了焦化和烧结。据称，HIsarna工艺与高炉流程相比至少可以降低20%的二氧化碳排放，而且如果与碳捕获技术结合使用，甚至可以降低80%的二氧化碳排放。此外，由于取消了烧结和焦化，因而能源消耗也下降了20%。
在HIsarna工艺中采用了预热煤，即煤在一个密闭的双螺旋反应器中预热（不向大气中排放有害气体），转化成热炭后，热装入炼铁熔炼炉。铁矿粉加入到炼铁熔炼炉中，同时用氧枪吹氧使炉内形成旋涡气流。铁矿粉在炼铁熔炼炉中发生还原反应生成铁水。在该工艺的最后一个阶段，是力拓集团开发的HIsmelt工艺，该工艺已经在澳大利亚的奎纳纳运转多年。据称，与标准的还原工艺相比，HIsarna工艺需要的煤非常少，因而产生的二氧化碳也很少。而且，该工艺具有很大的灵活性，可以使用生物能源、天然气或是氢替代部分煤。
总投资2000万欧元的HIsarna中试项目将在2011年投产。如果中试获得成功，该设备将扩大到半工业化规模，即年产能为70万t，但这将需要更多的资金投入。
在新技术取得成功之前，钢铁企业将继续努力使其现有钢铁生产实现最佳化，以降低二氧化碳排放。例如，康力斯集团已经确定了一个目标，即到2012年该集团吨钢二氧化碳排放量要低于1.7t，其长期目标是到2020年吨钢二氧化碳排放量降至1.5t以下。作为减排二氧化碳项目的一部分，该集团最近在其位于威尔士的塔尔博特钢铁联合企业投资6000万英镑（约合8600万美元）建设并投产了能源回收系统。
通过使用回收的转炉煤气，将带来超过15 MW的电能，约占其总需求的10%。换句话说，这将可以使得高质量的焦炉煤气可以更有效地用于带钢热轧机的轧制生产，使得天然气消耗量可以降低60%。总之，对塔尔博特钢铁联合企业的投资将使该厂二氧化碳排放量每年可以减少近30万t，使该集团整个欧洲钢厂的二氧化碳排放量下降1%。
电炉除尘控制电炉炼钢车间气体排放的技术包括脉冲袋式除尘器技术等。其他一些专用系统，如冷却塔、强制通风冷却设备和热交换器等也被用于冷却热烟尘。
然而，意大利达涅利公司指出，应用一些可靠的设备尚不足以成功控制空气污染，原因是有许多设备的设计是专门针对每套生产设备特别设计的。该公司称，应特别关注利用电炉排风罩捕获在废钢入炉和电炉出钢时产生的烟气的二次除尘系统的设计。
二次除尘系统的设计不仅与电炉的尺寸和布置有关，而且与电炉的装料制度有关，装料时产生的烟尘数量和温度均与装料制度有关。电炉装入的生产原料包括不同等级的废钢、直接还原铁、生铁和铁水或是上述原料的混合物。装料方法也对烟尘处理设备的设计有影响。上述有关二次除尘系统的细节必须要考虑到，才能确保空气污染控制系统的效果，满足法律和用户要求。
由于上述所有影响控制空气污染系统效果因素的存在，因而达涅利公司环保设计部门利用计算机流体动力软件（CFD）设计二次除尘系统，该软件可以精确模拟不同系统的烟尘捕获效果。
在二次除尘系统开始建造之前，均用CFD模型对二次除尘系统的新设计进行验证。此外，该软件也用于完善现有二次除尘系统。例如，达涅利公司通过对电炉排风罩进行改造提高了烟尘捕获效率，而不必增大烟尘捕获装置的能力。
改进湿式除尘器通过安装圆形湿式静电除尘器（ESP），SMS Elex公司采用新开发并拥有专利的新技术对现有的配置了湿式除尘器的煤气清洁系统进行改造。该公司将融合两种除尘技术的装置命名为“hydro hybrid filter”系统，并称该系统以最低的投资使现有转炉除尘装置符合最严格的环保规定。
为了实现对现有除尘系统的改造，将ESP安装在了湿式除尘器与抽风式风扇之间。现有湿式除尘器排出的尾气温度为70℃，并且是非常湿的。
湿式ESP的构造与SMS Elex公司新开发的第二代干式ESP有两个明显差异。首先，湿式ESP的收尘极板不能分开，且收尘极板只是在上部获得支撑。其次，湿式ESP的内部是通过位于气道前后的喷嘴喷水进行清洁。除了清洁系统，为了使收尘极板永远保持较湿状态，还配有喷雾系统。
SMS Elex公司称其新开发的湿式ESP系统具有以下很多优点：清洁后的煤气灰尘含量低于10mg/m3；整个煤气清洁系统的动力消耗下降了50%以上；几乎与目前所有的湿式除尘器具有很好的兼容性；现有除尘器所用水的配制足以用于湿式ESP系统而无须加大水的配置；新系统投资较低；可以在现有除尘系统中迅速安装；安装湿式ESP后不需要下游的储气柜。
炼铁工艺中的煤气干法除尘系统在大多数的炼铁厂都配有湿式煤气清洁系统，但中国许多高炉也配有干法除尘过滤系统。中国的高炉操作者可以通过使用干法煤气除尘系统取得很大效益。然而，在干法煤气除尘系统用于世界其它钢厂的高炉之前，该技术还须有所改进以符合其它国家更为严格的环保要求。
在开发改进的高炉煤气干法除尘系统中，西门子-奥钢联公司提出了一个相对湿法除尘有许多优点的新概念，这些优势是：完全可以不用对废水和炉泥进行处理；压降和温度损失更小，因而通过炉顶TRT回收的电力可以增长20%～30%；可行性研究显示新建干法除尘系统的成本比带有废水处理的除尘系统低30%；干法除尘系统的运行成本下降；整套设备所需空间仅有湿法除尘系统的40%。
干法除尘技术也受到一些因素的限制。由于过滤袋仅适合于在80℃～250℃之间工作，因而炉顶煤气温度的变化是一个非常重要的挑战。鉴于此，西门子-奥钢联选择了对炉顶煤气温度进行控制的方法，使煤气温度波动范围符合要求。
西门子-奥钢联在韩国浦项钢铁公司的Finex?设备上安装了一套实验性设备以研究干法除尘。该中试设备的处理能力是6000Nm3/h，处理的煤气是温度在200℃左右冷却的煤气。煤气中的炉尘含量为20g/Nm3～40g/Nm3。西门子-奥钢联确信最新的MERIM?袋式过滤技术将可以适用于全球的高炉、Corex?设备和Finex?设备的炉顶煤气清洁系统。
用于烧结生产的新FGD系统由于煤、石油和矿石中存在大量硫，因而对许多金属生产厂而言除去存在于烟气中的含硫物质是非常重要的。大连绿诺环境工程有限公司引入了烧结烟气脱硫专用系统（FGD）。绿诺公司与中国宝钢联合开发出了一个新的称为DXT的工艺（DXT氨法烧结烟气脱硫工艺），且声称相比现有的脱硫系统，这种工艺有很多优点，包括脱硫效率更高、能源消耗降低、运转成本较低以及可以生产副产品。
DXT利用产生于焦炉排放物的氨中和产生自烧结生产线的二氧化硫，并生产出副产品硫酸铵，作为化肥出售。据称，该技术可以去除99%的硫排放。虽然这套系统的成本比流化床FGD系统高出30%～50%，但其运行成本却低60%。
目前，中国政府已经认识到烧结厂安装FGD的重要性，并将其作为环保优先考虑的事项。在去年发布的政策报告中，中国政府确定了烧结烟气脱硫目标。政府还计划安装在线、实时监测装置以确保烧结烟气脱硫目标的实施。总之，所有烧结生产线必须安装FGD，否则就要关闭。截至2009年5月，中国钢铁企业中约有500条烧结生产线，但仅有40条配有FGD。2008年中国二氧化硫排放量总计2320万t，其中有86%来自工业产业。
降低烧结生产排放西门子-奥钢联开发了MEROS?，该系统可以降低烧结生产废气中以前采用传统废气处理技术不能处理的灰尘、酸性气体和有害金属物质以及有机物质排放。由于该系统可以大幅降低烧结生产废气中的排放物，因而世界许多国家的环保部门非常关注该技术对不同颗粒的混合物的处理，包括二氧化硫、二恶英/呋喃、重金属和氧化氮（NOx）。
对于脱硫，可以采用两种脱硫剂：一种是碳酸氢钠，另一种是熟石灰。通常对脱硫物质的选择取决于当地的要求和条件，但西门子-奥钢联详细分析了这两种物质的脱硫效果，并指出使用熟石灰效果非常好，但当要求有较高脱硫效率时喷入碳酸氢钠效果更好。
向烧结废气中喷入特殊的脱硫剂可以促进DeSOx（脱硫）反应以及与其他酸性气体的反应，如氯化氢气体。每一种脱硫剂都有其优点和缺点。潮湿的熟石灰颗粒与烧结废气中的所有酸性气体成分发生反应生成有关反应物。除了化学成分和颗粒尺寸外，石灰的特定内表面也是脱硫效率的关键。
据西门子-奥钢联称，两种脱硫添加剂的反应行为有着明显不同。碳酸氢钠用于脱硫时极快的反应速度使其可以设定操控控制清洁气体的排放。而熟石灰的缺点是其反应速度相对较慢，但可以恒定脱硫。
重金属和其化合物，如汞盐、镉或铅可以作为颗粒物通过过滤袋除去。由于剩余气体尘含量非常低，因而其所含重金属可以满足目前的环保规定。此外，污染物的气态部分和金属汞可以通过活性炭等物质吸附而去除。
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
