钢铁超低排放改造技术
钢铁超低排放已经有全流程示范企业可以借鉴，超低排放改造有多种技术和组合可供选择，问题是改造投资多、成本增加多，吨钢成本至少增加100元。有没有投资少、成本低的改造方案？本文介绍几种可以作为补丁或旁路的实用技术，包括烟气循环利用、喷雾蒸发冷却调质、喷雾干燥和多功能喷淋洗涤技术，探讨在钢铁各工序超低排放改造中“打补丁”的应用。
1钢铁超低排放技术
1.1烟气循环利用
烟气循环利用源头减量技术就是将不处理或简单处理后的烟气返回工序循环利用，从而实现烟气的源头减量。目前，烧结机烟气循环利用已经成为行业推荐采用的技术，正在迅速推广应用，实际应用可以减少烟气处理量40%，那么超低排放改造需处理的烟气量就只有原来的60%，最大限度地保留利用现有烟气处理设施，通过选择氮氧化物浓度高的部分循环，还可以降低入口浓度，有可能就不用上脱硝项目，既使上，投资和运行成本都会降低。
根据现场考察的研究成果，钢铁长流程吨钢排放烟气量平均34650Nm3（折合43.7t），采用烟气循环利用，至少可以减少50%，烟气循环源头减量应该作为保护大气环境的首选技术，通过此技术，最终实现吨钢外排烟气量减少到现状的10%以下，这对减少钢铁超低排放改造的投资和成本具有非常重要的意义，特别是可以减少大气污染物总量。
1.2喷雾蒸发冷却调质、喷雾干燥技术
喷雾蒸发冷却调质与喷雾干燥系统由液体管线、压缩气体管线、控制器、壳体和卸灰等部分组成，工艺原理和设备组成是相同的，只是用途不同。喷雾蒸发冷却调质主要是用于烟气的冷却、调质、抑尘等预处理，比如转炉干法电除尘前的蒸发冷却塔、烧结机头烟气半干法的蒸发加湿。
喷雾蒸发冷却调质技术的主要特点：1）可以实现烟气快速冷却，将烟气从1000℃冷却到260℃所需时间不到1s，特别适合钢铁行业瞬时性烟气量、温度大幅、频繁、快速变化的工况；2）可以实现烟气大幅减量，比如800℃烟气冷却到130℃，采用混风冷却后的烟气体积是标况烟气体积的10倍以上，而采用喷雾蒸发冷却只有1.1倍；3）蒸发冷却本身就有除尘功能，可以使粉尘颗粒凝聚长大，还有利于提高后步除尘设备的效率。
喷雾干燥技术的主要目的是利用烟气余热处理废水，比如分离浓盐水中的水蒸气和盐、将高炉渣等高温熔渣干法粒化、分离浓缩酸洗废水中的酸、热解热氧化废水中的COD有机污染物等。
1.3烟气多功能高效喷淋洗涤技术
管道式多功能高效喷淋洗涤技术具有除尘、脱硫、脱硝、脱白、脱酸、脱有机污染物、脱重金属、高效低阻换热等多功能，既可用作烟气循环利用的简单处理，又是超低排放改造的终端技术。作为精除尘器，出口颗粒物浓度小于20mg/Nm3，与湿电结合，可以确保达到10、5mg/Nm3的超低水平，甚至低到微克级，即小于1mg/Nm3。
该技术的主要特点：1）精除尘：对于旋风除尘、电除尘、布袋除尘不能达到超低排放的烟气，可以对超细颗粒进行两级相变和冲击吸收，实现除尘超低排放。与湿电结合，可以更高效地精除尘、除雾。2）脱硫、脱硝：对于能溶于水的二氧化硫、氮氧化物，可以在烟气温度50℃左右实现超低排放，与喷雾干燥结合，还可以处理脱硫脱硝浓缩液，回收产物。去除NO，可以先氧化。3）其他：可以高效冷却水蒸气、去除大部分可溶于水的污染物，设备阻损小、地面上布置或地下布置基本不占地。
2在主要工序的应用
钢铁长流程通常包括原料、烧结、球团、焦化、高炉炼铁、转炉炼钢、热轧、辅助等众多工序，在充分利用原有设施基础上，都可以“打补丁”方式采用上述技术实现超低排放。下面分别探讨上述技术在烧结、高炉、转炉等工序的应用。
2.1烧结
烧结烟气包括机头、冷却、原料、混料等工序烟气，是钢铁超低排放改造的重点，投资成本增加较多，特别是机头烟气脱硝。
1）脱硝：首选烟气循环，与烧结漏风治理结合，大幅减少40%以上的烟气量，选择NO浓度高的烟气循环，使超低排放改造进口烟气氮氧化物浓度降低，排放要求不高时不必上脱硝项目，既使上，投资和成本都会减少。在脱硝工艺选择上，在现有湿法脱硫的基础上，补丁或旁路增加次氯酸钠、臭氧、等离子等氧化脱硝技术，在脱硫塔顶部或外部，采用多功能高效喷淋洗涤技术，实现排烟脱硝、除湿脱白，还有二噁英、硫酸、盐酸、氢氟酸等酸雾、重金属等多污染物的协同去除。低温氧化脱硝的副产物是硝酸钠、亚硝酸钠，提纯后为化工产品。
2）脱硫：利用原有湿法脱硫系统，改用钠法、镁法、氨法脱硫，结合采用烟气喷雾干燥技术，处理零排脱硫废水，提高脱硫产物附加值。
3）除尘：机头烟气在脱硫脱硝过程中就可以实现超低排放，冷却、原料、混料等工序的补丁式组合采用多功能高效喷淋洗涤和烟气循环利用技术，可以极限回收烟气余热，大幅减少、近零外排烟气，减少除尘电耗。
2.2高炉
高炉区域超低排放改造涉及出铁场除尘、上料除尘、水冲渣、热风炉烟气脱硫脱硝、高炉煤气除尘脱硫脱氯等。
1）出铁场除尘：高炉出铁场除尘几乎都是采用大型布袋除尘器，多尘源烟气集中捕集进入大布袋除尘器除尘后，由集中的引风机抽引对空排放。多数用户原设计排放粉尘浓度都是20mg/m3，与超低排放差距不大。可以尝试组合采用喷雾蒸发冷却干雾抑尘、多功能喷淋洗涤和烟气循环利用，将个别尘源或部分烟气简单处理后循环利用，原布袋除尘器由于风速降低就可以实现超低排放，风机工况风量减少到额定风量的60%时，风机电耗就可以减半，低投入实现超低排放的同时，还具有显著的节电效益，比如高炉出铁场除尘风机额定电机功率2500kW，小时节电超过1000kWh。
2）高炉上料除尘：高炉上料除尘多采用电除尘，设计排放粉尘浓度约50mg/m3，实际会更高。可以在现有风机出口后、排放前，增加多功能喷淋洗涤、烟气循环利用实现超低排放，原有电除尘器检修后保留作为粗除尘设备，或停止供电仅作为粗除尘设备节电。
3）高炉水冲渣：高炉水冲渣主要需要脱白和回收余热。目前多采用风冷却冷凝+混风脱白，余热回收一般是通过循环水余热回收供暖。由于冲水后蒸汽温度、循环水温都只有90℃，回收利用余热难度大、效率低，冒蒸汽的源点很多，很难密封收集干净。可以尝试改用喷雾干燥粒化，可以在干燥坑一侧单独另做一套，改造不影响生产，可回收高品质余热，还可以处理废水。
4）热风炉脱硫：热风炉烟气中SO2、NOx含量都不高，但按照超低排放烟气要求又不得不改造。目前，行业趋向于采用高炉煤气源头脱硫，通过高比例烟气循环利用来脱硝。
2.3转炉
转炉区域除尘超低排放改造，可以尝试在现有除尘系统基础上，选择表1推荐的实用技术通过“打补丁”实现，同时降低电耗和设备维修成本。
1）转炉一次除尘：转炉一次除尘是转炉区域超低排放改造的重点和难点，主要是因为一次除尘涉及煤气净化，存在爆炸隐患。对于现在采用的干法、半干法、湿法，都可以通过补丁或旁路增加多功能直接喷淋洗涤系统实现超低排放，喷淋洗涤系统与湿电相结合，可以更稳定地达到超低、微克排放水平，还有除湿脱白。
2）转炉二次三次除尘、铁水处理除尘：尘源点多，采用集中大型布袋除尘器，设计排放浓度与超低排放水平差距小，结合采用烟气循环利用、多功能喷淋洗涤、蒸发冷却技术，都可以实现低投入低成本超低排放，循环利用率超过40%，还能取得节电效益。
3）钢渣处理、连铸二冷却蒸汽：主要都是涉及水蒸气冷凝处理，采用多功能喷淋洗涤和烟气循环利用，可以在回收冷凝水和余热的同时，实现超低近零排放。
3参考案例
3.1三座120t转炉干法除尘局部优化改造
用户干法电除尘器设计尺寸小、运行时间长、性能下降、存在瞬时性冒烟，三座转炉扩容到120t，烟气量增加。在保留利用原工艺设备的前提下，组合采用补丁方案，蒸发冷却器喷枪改用氮气雾化，并提高出口温度100℃，减少了工况烟气量，增加旋风除尘器，粗灰比例提高到约70%以上，电除尘器前增加间接换热器。旋风和颗粒层除尘器可以低成本地将粗灰比例从40%提高到80%以上，对实现超低排放和减少电除尘器积灰维修量十分有利。改造达到了预期目标，解决了瞬时冒烟，并具备实现超低排放和脱白的条件，投资减少一半，最快一座转炉仅施工两周时间。转炉半干法、湿法超低排放改造都可以参考。
3.2两台210m2烧结机尾烟气除尘
用户两台烧结机机尾除尘采用电除尘，出口实际粉尘浓度在80-150mg/m3，在引风机与烟囱之间，新安装多功能直接喷淋洗涤器，改造后粉尘浓度平均在10mg/m3以下。方案主要优点：投资少，只有其他方案的一半，设备新增阻损不超过500Pa，系统总阻损降低，改造只有管道对接需要停产，车间内吸风口的负压增大，车间环境卫生好。沉淀泥浆回原料，不需要循环水处理，没有二次污染。下步增加烟气循环利用，喷淋出口净湿烟气送环冷可以节电，可以处理浓盐水。高炉出铁场、铁水处理、原料除尘等原采用电除尘器的场合，都可以考虑增加多功能直接喷淋洗涤实现超低排放，同时节电。
3.3 2000m3高炉出铁场除尘
用户2000m3高炉出铁场除尘为侧吸，开、堵铁口会有瞬时性的烟气抽吸不到，出铁场当时没做密封，时常会有烟气冒出车间，环保压力大、改造难度大。采用了现场喷雾蒸发干雾抑除改造，投资很少，改造不需要停产，圆满解决了问题，车间环境卫生好，实测岗位粉尘浓度2mg/m3。下步打算与多功能喷淋洗涤、烟气循环利用减量结合，实现超低排放和节电。
4结论与建议
钢铁超低排放改造时间紧、任务重，在确保完成全流程超低排放目标的过程中，在参考示范企业改造方法的同时，需要不断尝试采用可行、可靠的新技术，以降低成本、减少投资。在现有工艺设备的基础上通过“打补丁”实现超低排放，与节电、节水、节省设备维修相结合，能实现不增加成本甚至有效益，这就为采用环保管家、合同节能、合同节水等方式改造创造了条件，缓解企业的资金压力和技术风险。
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