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    新聞動態

    鋼鐵工業燒結過程VOCs廢氣的減排途徑

    2018-06-08

     我國是鋼鐵生產大國,2014年的粗鋼產量達到了57300.72萬噸,消耗燒結礦81634.09萬噸。由于燒結礦在配料過程中需要加入不超過6%的燃料(煤、焦粉),全年燃料消耗量約5000萬噸。這部分燃料所含有機物在燒結過程中絕大部分可徹底氧化分解,剩余一部分隨煙氣排入大氣,其主要成分為揮發性有機物(VOCs)。

     

     


     一 

        國外先進產鋼國家對燒結煙氣VOCs的控制較為嚴格,治理也取得了較大的進展,但相關技術、管理和排放數據的詳細報道較少。目前,我國大陸地區鋼鐵企業鮮有關于VOCs排放數據報道。

        通過對2004年間歐洲部分鋼鐵企業燒結過程VOCs排放量統計發現,不同企業排放差距很大,噸燒結礦甲烷排放為35.5~412.5 g、NMVOC排放量為1.5~260.9 g。

       下圖依次顯示了日本新日鐵住金和我國臺灣中鋼的VOCs排放情況。2015 年,日本新日鐵住金的VOCs排放總量為619 t,噸鋼VOCs排放約為13.65 g;我國臺灣中鋼的VOCs 排放總量為720 t,噸鋼VOCs排放量約為78.09 g。

        國內外燒結過程煙氣污染物排放標準見下表。其中僅德國規定了VOCs 排放(以總C 計)小于75 mg/m3。環境保護部2012年最新頒布的《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準(GB28662—2012)》中,只規定了燒結過程粉塵、SO2、NOx、二噁英和氟化物的排放標準,對VOCs未作出規定。

     

     


     二 

     

         國內學者苗沛然通過Tenax GR、Carbopack B 吸附管采樣,熱解析GC-MS 法分析了燒結過程排放的VOCs。共檢出65種VOCs組分,其中單環芳烴(10種)、含氧化合物(13種)、鹵代脂肪族化合物(21種)、鹵代芳香族化合物(6種)、脂肪族烴類(5種)、含硫化合物(1種)、薰蒸劑(4種)、三鹵代甲烷(4種)、多環芳烴(1種)。

     

          對不同種類VOCs的濃度分析發現,單環芳烴(25.72%)、含氧化合物(25.79%)、含硫化合物(24.42%)、鹵代脂肪族化合物(11.51%)濃度共占總濃度的87.44%。鹵代脂肪族化合物盡管排放種類多,但是排放濃度占比較低;含硫化合物盡管只有二硫化碳,但在65種VOCs中其濃度最高,達到了0.316 mg/m3,占到了VOCs總排放濃度1.295 mg/m3的24.4%。計算得出,該臺燒結機在監測工況下有機污染物的排放系數為2.26 g/t(燒結礦)。

     

     



     三 

     

          由于燒結過程使用燃料,因而不可避免地會產生VOCs。燒結過程中,VOCs是由焦炭、含油氧化鐵皮等中的揮發性物質形成的,以氣體形式排放,在某些操作條件下同時形成二噁英和呋喃。燒結預熱帶溫度范圍基本為100~900 ℃ ,厚度大約為100~200 mm,持續時間為10 min 左右。隨燒結進行,燃料顆粒溫度升高,內部有機揮發物呈氣態揮發到氣流中,隨氣流向下運動,下部溫度較低,含有機揮發物的氣流熱交換后溫度降低,其中有機揮發物根據沸點高低逐步冷凝。由于冷凝速度較快,同時形成微小顆粒的粉塵。

          國內外鋼鐵工業在減少燒結過程VOCs排放方面采取的措施可分為源頭削減、過程控制和末端治理3類。

    源頭削減:

          由于大部分石油碳氫化合物在溫度為100~800 ℃時在燒結混合物中揮發,并且通過廢氣從燒結過程排出,因此,減少含油粉塵和軋屑的使用可減少VOCs 排放,主要技術包括:分開挑選低含油量的粉塵和軋屑以限制油類投入;減少軋屑的含油量;凈化軋屑,加熱軋屑至800 ℃,使石油碳氫化合物揮發;使用溶劑從軋屑中提取油類。

    過程控制:

           采用燒結煙氣循環工藝將燒結臺車的部分熱廢氣(即燒結機頭煙氣)再次引入燒結料層循環利用,熱廢氣所含的VOCs 在通過1300℃以上的燒結帶時被分解。目前,國內外鋼鐵企業已工業化的典型燒結煙氣循環工藝主要有日本新日鐵開發的區域性廢氣循環技術、荷蘭艾默伊登開發的EOS(emission optimized sintering)、德國HKM開發的LEEP(low emission and energy optimizedsinter process)以及奧鋼聯公司開發的EPOSINT(environmental process optimized sintering)。我國對燒結煙氣循環工藝的研究和應用剛剛起步,寧波鋼鐵公司于2013 年采用了燒結煙氣循環技術。

    末端治理:

          在末端治理方面,主要有日本的活性炭法、林茨鋼廠和奧鋼聯的MEROS 法(maximised emission reduction of sintering)。

    (1)活性炭法?;钚蕴糠ㄊ菬Y煙氣經旋風除塵器簡單除塵后,粉塵濃度從1 000降為250 mg/m3,由主風機排出。煙氣經升壓鼓風機后送往移動床吸收塔,并在吸收塔入口處添加脫硝所需的氨氣。煙氣中的SO2、NO 在吸收塔內進行反應,生成硫酸和銨鹽被活性炭吸附除去。吸附了硫酸和銨鹽的活性炭送入脫離塔,經加熱至400 ℃左右即可解吸出高濃度SO2。解吸出的高濃度SO2可以用來生產高純度硫磺(99.95%以上)或濃硫酸(98%以上),再生后的活性炭經篩分機除雜質后送回吸收塔進行循環使用?;钚蕴糠ㄖ饕炕钚蕴勘砻婵紫段絍OCs。國外較多企業采用活性炭法,國內太鋼等鋼鐵企業也使用活性炭法。

     

    (2)MEROS法。MEROS法是將添加劑均勻、高速并逆流噴射到燒結煙氣中,然后利用調節反應器中的高效雙流(水/壓縮空氣)噴嘴加濕冷卻燒結煙氣。離開調節反應器之后,含塵煙氣通過袋式過濾器去除煙氣中的粉塵顆粒。為了提高氣體凈化效率和降低添加劑費用,袋式除塵器中的大多數分離粉塵循環到調節反應器之后的氣流中。其中部分粉塵離開系統,輸送到中間存儲筒倉。MEROS法集脫硫、脫HCl和HF于一身,并可以使VOCs可冷凝部分幾乎全部去除。目前國內馬鋼采用MEROS工藝。

     


     四 

           由于缺乏標準和系統監測,國內絕大部分鋼鐵工業燒結過程VOCs排放尚不清楚。未來,我國應借鑒發達國家經驗,盡快制定鋼鐵工業VOCs排放清單及行業標準,以明確企業的VOCs排放類型及排放量,從源頭減少VOCs的產生。同時,結合現有煙氣循環技術和末端治理技術,達到協同減少VOCs排放的目的。

    參考文獻:

    [1] 王海風,等:鋼鐵工業燒結過程VOCs減排研究進展

    [2] 苗沛然:鋼鐵工業揮發性有機物(VOCs)排放特性研究


    文章來源:VOCs管理與技術交流驛站(王海風、苗沛然等)

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