钢铁工业是我国国民经济的支柱产业,为我国工业化、城镇化推进与发展做出了重要贡献。
但同时我国钢铁工业环保水平低,单位产量污染物排放量居高不下,已严重制约钢铁产业整体竞争力的提高。
钢铁行业排放的污染物中,40%以上的烟(粉)尘,70%以上SO2,50%以上NOx,90%的二恶英排放来自烧结机,因此对烧结机烟气污染治理是钢铁治污的重心之一。
目前我国对烧结机烟气污染现状日益重视,国家环保部新制定的《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》已颁布实施。
该标准与原标准相比,主要污染物排放标准大幅度提高,并增加了NOx、二恶英类污染物、氟化物等排放标准。
新标准对烧结烟气污染治理提出了新的要求,由原来对粉尘、SO2一两种单一污染物的治理,变为对多种污染物的综合治理,因此开展烧结烟气多污染物协同控制技术研究迫在眉睫。
发达国家钢铁烧结烟气污染治理经历了几个阶段。特别是经历了从单一治理SO2到目前的多组分污染物治理阶段。
而国内目前对烧结烟气污染控制还停留在仅控制粉尘排放阶段,对SO2的排放控制尚处于起步阶段,但技术发展较迅速,对烧结烟气中二恶英类污染控制研究则刚刚起步。
目前国内已对燃煤锅炉烟气多污染物联合、协同控制技术开展相关研究,但是燃煤锅炉烟气污染治理技术不能直接移植到烧结机烟气污染治理,主要原因有: ①我国大部分钢铁企业为都市型钢铁企业,钢铁烧结工序场地狭小决定了长流程的燃煤锅炉烟气污染治理工艺不适合大多数烧结机治污改造要求; ②烧结烟气具有烟气量大、污染物成分复杂、排烟温度较低等特点,决定了燃煤锅炉多污染物控制技术中可以选用的部分单元技术不适合烧结机烟气污染治理; ③二恶英类污染物是烧结烟气主要污染物之一,与燃煤锅炉烟气治污技术不同,烧结烟气必须考虑二恶英污染控制因此,需要研发适合钢铁烧结机现状及排烟特点的多污染物协同控制技术。
项目针对钢铁行业烧结机烟气SO2、二恶英、重金属Hg等多污染物,研发钢铁烧结烟气多污染物协同控制技术和成套设备,,主要研究内容包括活性炭理化性质对多污染物吸附的影响,活性炭在复杂气氛中的吸附特征、活性炭喷吹技术与设备、多物系多污染物协同脱除循环流化床反应器结构优化与工程放大、多污染物协同控制工艺研究及优化、氯苯类类催化降解技术、多污染物协同控制技术工艺包等。
主要创新性成果如下:
1) 形成了烧结烟气多污染物协同控制成套化技术与设备:目前国内烧结烟气控制技术与设备主要针对常规污染物粉尘、SO2单一控制,本项目在关注常规污染物同时,对烧结烟气主要污染物二恶英、重金属进行协同控制,实现烧结烟气多污染物控制技术与设备的集成,形成适合我国国情首台套烧结烟气多污染物协同控制成套化技术与设备。
2) 明确了多污染物协同脱除技术应用时活性炭的选择依据:含碱性官能团较多的煤基活性焦利于脱除SO2和NO,微孔发达的椰壳类活性炭利于脱除二恶英等有机气体。通过对活性炭改性,可以强化活性炭对烟气中二恶英等浓度较低污染物吸收选择性。
3) 提出了多污染物协同脱除技术应用时活性炭喷吹点的选择依据:从污染物浓度角度考虑,脱除NO,应选择在低浓度水蒸气和SO2区域;脱除氯苯应选择在低浓度SO2和NO区域;从流场分布角度考虑,应选择提升管圆锥段位置。
4) 开发了循环流化床多污染物协同脱除反应器:通过建立循环流化床气固两相流模拟的三维瞬态数学模型,对文丘里进气方式、活性炭喷吹位置进行优化,并开发了双流体喷吹等技术,实现了反应器内气液固高效传质,从而实现对污染物高效脱除。
开发了循环流化床多污染物协同控制工艺参数(吸收剂/吸附剂添加量、喷水量、返料量、系统压降等)多变量耦合控制,污染物脱除效率达到或优于国内外同类技术水平,系统投资费用比国内外同类技术低50%以上,运行费用低30%以上。
项目开发的具有完全自主知识产权的钢铁烧结烟气循环流化床半干法多污染物协同控制技术与设备,能够满足我国大量钢铁烧结烟气后处理的技术需求,有望成为我国烧结烟气后处理的主流工艺之一。
将改变我国目前缺乏成熟可靠烧结烟气多污染物协同控制技术的现状,促进钢铁行业减排。