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新聞動態(tài)

鋼鐵工業(yè)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(fā)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(qū)鋼鐵企業(yè)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(yè)燒結過程VOCs排放量統(tǒng)計發(fā)現,不同企業(yè)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(guī)定了VOCs 排放(以總C 計)小于75 mg/m3。環(huán)境保護部2012年最新頒布的《鋼鐵燒結、球團工業(yè)大氣污染物排放標準(GB28662—2012)》中,只規(guī)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(guī)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(huán)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(huán)芳烴(1種)。

 

      對不同種類VOCs的濃度分析發(fā)現,單環(huán)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(jiān)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(fā)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(xù)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(fā)物呈氣態(tài)揮發(fā)到氣流中,隨氣流向下運動,下部溫度較低,含有機揮發(fā)物的氣流熱交換后溫度降低,其中有機揮發(fā)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(yè)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(fā),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(fā);使用溶劑從軋屑中提取油類。

過程控制:

       采用燒結煙氣循環(huán)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(huán)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(yè)已工業(yè)化的典型燒結煙氣循環(huán)工藝主要有日本新日鐵開發(fā)的區(qū)域性廢氣循環(huán)技術、荷蘭艾默伊登開發(fā)的EOS(emission optimized sintering)、德國HKM開發(fā)的LEEP(low emission and energy optimizedsinter process)以及奧鋼聯公司開發(fā)的EPOSINT(environmental process optimized sintering)。我國對燒結煙氣循環(huán)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(huán)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。活性炭法是燒結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(huán)使用?;钚蕴糠ㄖ饕炕钚蕴勘砻婵紫段絍OCs。國外較多企業(yè)采用活性炭法,國內太鋼等鋼鐵企業(yè)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(jié)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(jié)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(huán)到調節(jié)反應器之后的氣流中。其中部分粉塵離開系統(tǒng),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(tǒng)監(jiān)測,國內絕大部分鋼鐵工業(yè)燒結過程VOCs排放尚不清楚。未來,我國應借鑒發(fā)達國家經驗,盡快制定鋼鐵工業(yè)VOCs排放清單及行業(yè)標準,以明確企業(yè)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(huán)技術和末端治理技術,達到協(xié)同減少VOCs排放的目的。

參考文獻:

[1] 王海風,等:鋼鐵工業(yè)燒結過程VOCs減排研究進展

[2] 苗沛然:鋼鐵工業(yè)揮發(fā)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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