【技术文摘】新金钢铁烧结烟气综合治理工艺实践

来源：市场资讯

（来源：中国炼铁网）

李兆甲 翟玉兵 刘占平

（河北新金钢铁有限公司 烧结厂）

摘 要：烧结工序作为钢铁生产的重要环节，其产生的烟气具有成分复杂、污染物种类多、排放量大的特点。本文系统论述了新金钢铁烧结烟气综合治理工艺体系，重点分析了静电除尘、湿法脱硫、湿电除尘、SCR脱硝和CO氧化催化剂等核心技术的工艺原理、应用现状及技术特点，探讨了各工艺环节的协同优化路径，并对未来技术发展方向进行了展望，为烧结烟气超低排放技术升级提供理论参考。

关键词：烧结烟气；综合治理；超低排放；工艺优化

1 前言

钢铁行业烧结工序产生的烟气中含有颗粒物、SOx、NOx、二噁英、重金属等多种污染物，其排放量约占钢铁企业总排放量的60%以上。随着GB28662-2012《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》的实施，烧结烟气治理逐步形成多污染物协同治理的技术路线。本文重点论述新金钢铁由静电除尘、湿法脱硫、湿电除尘、SCR脱硝和CO氧化催化剂构成的综合治理工艺体系。

2 主要治理工艺原理及技术特征

2.1 静电除尘技术

工作原理：通过高压直流电形成强电场，使烟气中的粉尘颗粒荷电后在电场力作用下向集尘极迁移。典型工艺参数：电场强度3-4kV/cm，停留时间2-4秒，板间距300-400mm。

技术优势：

（1）除尘效率可达99.5%以上。

（2）适用于高温（<400℃）烟气处理。

（3）运行阻力小（<300Pa）。

（4）处理烟气量大（可达200万m³/h）。

局限性：

（1）对PM2.5以下细颗粒捕集效率低。

（2）受粉尘比电阻影响大（最佳范围104-1010Ω·cm）。

（3）设备投资较高。

新金钢铁烧结厂静电除尘有效抽风面积为300㎡，共有四个电场，十六个仓，烧结烟气一般控制在140℃±10℃。从生产实践总结，烧结烟道温度尽量不要低于120℃，温度过低会导致烟气中含水，极易造成箱体结块，降低除尘效率。同时温度也不宜过高，防止除尘灰在箱体内燃，造成箱体结块。目前烧结烟气通过静电除尘粉尘含量大概在30-40mg/m³。

2.2 湿法脱硫技术

工作原理：采用石灰石-石膏法，通过气液传质反应吸收SO2。主要反应如式（1）所示：

CaCO3 + SO2 + ½O2 → CaSO4 + CO2↑ （1）

典型工艺参数：液气比15-25L/m³，浆液pH值5.0-5.8，脱硫效率>95%。

技术优势：

（1）脱硫效率高（可达98%以上）。

（2）副产物石膏可资源化利用。

（3）适应高硫燃料（硫含量>3%）。

作者简讯：李兆甲，17303201229，河北省武安市河北新金钢铁有限公司，lzj17303201229@163.com

局限性：

（1）产生脱硫废水需专门处理。

（2）系统结垢、腐蚀问题突出。

（3）能耗较高（电耗占烧结工序8-12%）。

目前脱硫工艺常见的有干法脱硫、半干法脱硫和湿法脱硫，新金钢铁烧结厂采用的是湿法脱硫，从生产实践和与其他企业对标中了解到，湿法脱硫是相对来说运行比较稳定，脱硫效率比较高的工艺。烧结烟气中含硫量越高，对脱硫的负荷越大，一般来说，企业为降低原料成本会采用配加部分高硫矿进行降本，这就无形中给脱硫带来很大负担，在选择高硫矿降本的同时需要考虑到脱硫能力以及增加脱硫剂所带来的成本是否合适，目前新金钢铁烧结厂脱硫进口硫含量一般控制在1500mg/m³以内，以便降低脱硫剂的消耗，维护脱硫设备正常运行，进而满足超低排放要求。目前邯郸地区烟气排放标准中，SO2含量一般要求低于15mg/m³，新金钢铁烧结厂完全能满足次排放要求。

2.3 湿式电除尘技术

工作原理：在传统电除尘基础上引入水膜清灰，通过喷淋系统形成连续水膜。关键技术参数：水流强度0.05-0.2m³/(m·h)，冲洗频率2-4次/小时。

技术优势：

（1）可捕集PM2.5细颗粒（效率>70%）。

（2）有效去除酸雾、气溶胶。

（3）解决干式除尘反电晕问题。

局限性：

（1）产生含尘废水需循环处理。

（2）极板腐蚀风险增加。

（3）运行维护成本提高约30%。

湿法脱硫后配套除尘工艺为湿式电除尘工艺，干法脱硫和半干法脱硫后配套除尘工艺一般采用布袋除尘。从除尘效率而言，笔者认为布袋除尘效率最高，但烟气经过脱硫浆液水洗后含尘量明显降低，湿式电除尘完全能满足除尘要求，目前新金钢铁烧结厂出口烟气中粉尘含量一般控制在2mg/m³左右。但随环保管控越来越严，湿式电除尘厂家还需考虑进一步优化工艺，主要针对方便运行维护方面进行攻关，确保除尘效率稳定，满足国家环保要求。

2.4 SCR脱硝技术

工作原理：在催化剂作用下（280-400℃），NH3选择性还原NOx，反应式如式（2）所示：

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O （2）

关键参数：空速3000-5000h⁻¹，氨氮比0.8-1.05，脱硝效率85-95%。

技术优势：

（1）脱硝效率高且稳定。

（2）副产物仅为N2和H2O。

（3）适应宽浓度范围（100-1000mg/m³）。

局限性：

（1）催化剂易受SO2中毒（>3mg/m³影响活性）。

（2）温度窗口要求严格。

（3）氨逃逸控制难度大。

目前国家对氨逃逸管控也在加严，这就要求进入脱销的烟气中NOx含量就不能过高，目前邯郸地区在加严管控中明确指出用全焦粉生产。目前烧结所用燃料一般为无烟煤和焦粉，因为无烟煤价格相对便宜，很多钢厂都会用无烟煤代替部分焦粉进行生产，但因为无烟煤中含氮量相对较高，在生产过程中更易产生NOx。我们都知道在NOx生成机理中燃料型NOx是产生NOx的主要来源，约占NOx生成总量的80%～90%。所以在加严管控中一般都用全焦粉生产。

2.5 CO氧化催化剂

工作原理：贵金属催化剂促进CO氧化反应，反应式如式（3）所示：

2CO + O2 → 2CO2（起燃温度150-250℃） （3）

关键技术指标：CO转化率>90%，空速10000-20000h⁻¹，使用寿命3-5年。

技术优势：

（1）低温活性好。

（2）适应复杂烟气成分。

（3）模块化安装方便。

局限性：

（1）贵金属成本高（Pt含量0.5-1.5%）。

（2）抗硫性能有待提升。

（3）再生困难。

CO治理前期一直以源头治理和过程管控为主要手段，烧结烟气中CO排放量一般都在5000～6000mg/m³，有的甚至更高。末端治理技术还处于摸索阶段，目前其主要治理方法有直接燃烧法、深冷分离法、溶液吸收法、吸附法和氧化法。而在工业中相对成熟的为活性炭吸附法和CO氧化催化法。CO氧化催化法目前都采用贵金属催化剂和非贵金属催化剂。但目前催化剂投入运行时间还相对较短，大部分企业CO催化剂投入运行时间在2024年11～12月份之间，还都处于实验阶段。理论上催化剂活性能保持3年以上，还需持续观察，催化剂活性是否能达到时间要求。

新金钢铁烧结厂前期烟气中CO含量大概能达到4000mg/m³，在同行业处于领先水平。积极响应政府降低CO号召，率先投入CO催化剂，于2024年9月进行安装调试CO催化剂，10月4日正式投用，投用后烧结烟气中CO含量降低到1000～1500mg/m³，脱硝加热炉耗用煤气量由原来的6000m³/h降低到2000m³/h，降幅达到了2/3，整体使用效果比较明显。后因催化剂孔径问题，出现堵塞现象，影响到正常使用，目前结合厂家正在做整改方案。

3. 工艺协同优化研究

3.1 系统集成方案

主流工艺路线：静电除尘→湿法脱硫→湿电除尘→GGH换热→SCR脱硝→CO氧化→烟囱排放。各单元协同作用表现在：

（1）湿法脱硫后烟气湿度增加，提升湿电除尘效率。

（2）GGH换热回收余热，保障SCR温度窗口。

（3）CO氧化减少后续催化剂堵塞风险。

3.2 关键参数匹配

（1）除尘效率链式控制：静电除尘（出口≤50mg/m³）→湿电除尘（出口≤10mg/m³）。

（2）温度梯度控制：SCR入口280-320℃，CO氧化入口200-250℃。

（3）压力损失平衡：系统总阻力≤4500Pa。

4. 未来发展方向

4.1 工艺优化方向

（1）低温SCR催化剂开发（180-250℃窗口）。

（2）脱硫废水零排放技术。

（3）多污染物协同控制技术。

（4）智能控制系统开发（基于大数据预测调控）。

4.2 新材料应用

（1）非贵金属CO催化剂（Mn-Ce基复合氧化物）。

（2）抗硫型SCR催化剂（WO3/TiO2载体）。

（3）新型极板材料（2205双相不锈钢）。

4.3 系统能效提升

（1）烟气余热深度利用（热管换热效率>80%）。

（2）高频电源节能技术（节电30%以上）。

（3）引风机变频改造（节电15-20%）。

5. 结论

新金钢铁烧结厂目前采用静电除尘-湿法脱硫-湿式电除尘-SCR脱销-CO催化剂工艺流程链条进行烟气治理，质量效果相对稳定，能满足超低排放要求。烧结烟气综合治理工艺通过多技术耦合实现了污染物超低排放，当前应重点关注工艺协同优化、新材料应用和智能控制技术开发。未来发展方向将呈现以下特征：①工艺路线向集约化、模块化演变；②催化剂寿命延长至4-6年；③系统能耗降低20-30%；建议加强基础研究投入，推动治理技术向高效化、低碳化方向发展。

参考文献

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