FOSS-D脱硫脱硝除尘一体化技术在钢铁领域的应用及展望

概述

本文概括分析了在环保超低减排高压态势下烧结机烟气治理的钢企现状；扼要介绍了中晶FOSS-D技术的主要理念，工艺流程和系统构成；比较了FOSS-D技术与目前市场上流行的烧结超低排放治理技术路线的异同；概括了FOSS-D在烧结烟气治理的推广和在唐山德龙项目的成功投用；展望了FOSS-D技术在烧结，钢厂自备电厂锅炉，加热炉等烟气治理场合的应用前景。

一 环保超低减排高压态势下烧结机烟气治理的现状

近几年来，迫于大气中PM2.5含量增加，地下水资源污染日趋严重，工业固废违规堆放等环境压力和综合社会压力，国家环保当局不得不多次提高烟气，废水和固废的排放指标。由于老百姓对呼吸洁净空气呼声最高，环保指标中以工业烟气中对二氧化硫，氮氧化物和颗粒物排放指标的提标速度最快，从2015年到2018年，短短3年时间，以烧结机为例，这三大排放指标分别提了5.7倍（硫）；6倍（硝）和5倍（尘），具体排放指标的演变见下表：  

表1：近年来国家环保指标演变情况

单位：mg/m³（二噁英除外）

然而，烧结机的排放指标虽然可以由环境部下发一纸文件来规定，但钢铁企业要想达到超低排放指标，落实起来就困难重重了：

困难之一：近几年流行的脱硫脱硝和除尘的技术路线，例如钙法湿法，镁法湿法，氨法湿法，活性焦干法，循环流化床半干法（CFB），旋转喷雾半干法（SDA），密相干塔半干法等，要想达到超净指标均在不同方面，不同程度上存在一定问题（具体分析见后面的比较表-表2）。

困难之二：从2010年以来，各钢铁企业为了满足当时的环保指标，都先后投巨资建设了某种技术路线的环保设施。面对新的超低排放指标，仅仅改造旧的现有设施大都不能满足超低指标；全部推倒重来建新的设施，资金浪费巨大且停产的时间成本亦难以承受。

困难之三：市场上的环保工程和环保设备厂家为满足超低指标推出的各种技术路线林林总总，五花八门，其中不少是没有真正过硬的、经过验证的技术，钢铁企业犹如盲人摸象，或者病急乱投医，往往难以正确辨识，正确决策。举例来说，唐山地区某钢企2017年在地方环保局倡议下花了上亿资金在其几个烧结厂增建了湿电除尘系统。没想到多年在电厂用得很成功的湿电在烧结机上不灵了，湿电工程完工后颗粒物仍然不达标，没办法，几经考量后又建设了一套循环流化床的半干法系统，这回硫和尘是达标了，但由于配套的脱硝工艺没选对，氮氧化物又不达标，致使该企业至今也没达到超低排放要求。

更为严重的是上述钢厂的例子并非个案，据唐山环保当局公布的于今年8月6日上午9:00-11:00监测的数据看，唐山地区115台烧结机中只有3台（分别为唐山德龙230烧结+燕山钢铁300烧结2台）全面达到二氧化硫，氮氧化物和颗粒物超低指标！情况的确不容乐观， 特别是这些钢企几乎都是在去年下半年和今年上半年投入大量人力财力完成了新一轮超低改造的企业！

二 应运而生的中晶FOSS-D技术的主要理念，工艺流程和系统构成

2.1 FOSS-D主要理念概述

中晶环境从2006年成立以来，十多年如一日，一直秉承以循环经济治污理念进行工业烟气治理技术的研发及应用，已取得多项烟气治理+脱硫废水废渣治理+工业固体废弃物治理方面的发明专利，并完成了多个烧结机烟气治理的工业应用工程案例。正是通过深入的市场调研和对现有烟气治理流派和技术的剖析，中晶环境基于其一贯的循环经济治污理念，于2016年研发出FOSS-D干法一体化烟气治理技术。目前，中晶环境是国内外唯一一家通过应用FOSS-D技术，实现了在单塔内完成干法一体化脱硫，脱硝，除尘，脱二噁英并全面，稳定，经济地达到超低排放指标（如企业有需要，还能在相对较经济条件下达到近零排放）和烟气观感用户满意的环保工程公司。

同时FOSS-D技术通过采用具有专利权的独特的复合脱硫脱硝剂（BMP），在达到烟气中硫，硝和尘达到环保超低排放的同时，还能将脱硫渣100%利用 ，即先将脱硫渣加工成与水泥类似的胶凝剂“晶粉”，再利用“晶粉”配比钢渣、水渣等其它材料制成新型的、具有持续盈利能力的建材产品。从而打破了原有半干法脱硫渣不能有效利用，只能作为固废堆放的魔咒，也打破了烧结烟气处理只能烧钱，不能创造效益的魔咒。图1形象而清晰显示了中晶循环经济治污的理念：

图1：中晶循环经济治污理念

2.2 FOSS-D的主要工艺流程

在FOSS-D技术中，烧结、焦炉、竖炉烟气经电除尘器初步除尘后，进入离子发生器气态选择性氧化脱硝区域，在此区域完成NO向高价氮氧化物的转变；然后烟气通过强效反应塔，在高效湍流与BMP高分子材料的双重作用下，二氧化硫、高价氮氧化物被吸附的同时发生化学反应，生成硫酸盐、硝酸盐及少量亚硫酸盐；烟气进一步由强效反应塔塔顶进入袋式除尘器，在袋式除尘器中粗颗粒的硫酸盐、硝酸盐、亚硫酸盐与部分在水汽作用下团聚而成的BMP高分子材料抱团形成大颗粒物，从而提高袋式除尘器除尘效率；夹杂着各种成份的颗粒物经过袋式除尘器后被脱除下来进入灰斗，然后排至灰仓，作为建材生产原料运至晶粉仓库备用；烟气达到超低或近零排放指标后经烟囱排至大气中。参见工艺流程及系统构成示意图（图2）。

FOSS-D脱硫脱硝除尘一体化近零排放技术通过本公司已经成熟应用的FOSS-W（即FOSS湿法工艺，是将强制氧化剂脱硝与旋转离心作用除尘相结合的一塔同步技术）中的低温选择性氧化技术与BMP高分子材料结合，发挥协同脱除的效应，在完成BMP高分子材料对高价氮氧化物的高吸附、强化学反应的基础上进行了长周期的小试、中试、工程实际应用。实验与工程实践证明：BMP高分子材料与低温选择性离子气态氧化剂结合，使得去除NO_X的效率最高能达到99%并生成硝酸盐，而硝酸盐与BMP高分子材料的协同脱除效应，从一定程度上提高了本套工艺技术脱除SO₂的效率（与单独脱硫工艺相比，脱硝协同脱硫可使得出口SO2的浓度降低的最高比率达到52%，即，如果单独脱硫出口SO₂浓度为15mg/Nm³,加入脱硝后出口SO2浓度最低可降到0 mg/Nm³），SO2脱除效率可长周期稳定在0~5 mg/Nm³，即近零范围内。

2.3 FOSS-D技术的工艺流程和系统构成

本系统的工艺流程和系统构成示意如图2，脱硝原理示意见图3，脱硝系统构成见图4。

图2：中晶FOSS-D工艺流程和系统构成

图3：中晶FOSS-D工艺脱硝原理示意图

三 FOSS-D技术与市场上目前常见干法及半干法系统的比较

如第一节所述，目前市场上声称能达到烧结机超低排放的技术林林总总，为方便鉴别，特将几种目前几种常见的方式概括总结如表2。相关要点强调如下：

1活性焦干法近年来应用较多，优点是运行比较稳定，如果不需达超净指标不失为一种较成熟的技术路线。但缺点也是明显的：

1) 投资成本和运营成本非常高；

2) 脱硝效率（喷氨后只能达到60-80%）和除尘效果（只能达到20 mg/m³）也难达到超低指标（如硝从300脱到50，效率需83.3%）；

3) 活性焦解析产生的硫酸转运处理困难（除非钢厂内部可消纳）；

4) 活性焦设备维护过程着火的风险较大。

2“SDA+SCR”亦是近来钢企考虑的工艺路线之一，优点是投资较低（SDA脱硫部分比CFB便宜20-30%），SCR脱硝较成熟。但缺点是：

1) SDA脱硫效率有限（在90%-95%以内），当烟气中含流量较高时（工况烟气量超过1000 mg/m³）时脱硫达超低指标困难。

2) SCR脱硝运行虽然成熟，但烟气升温能耗大，运营成本高。

脱硫渣中亚硫酸钙，亚硝酸钙比例高，后续消纳利用没有好办法。

3CFB+SCR工艺路线也是当下热门技术之一，它比SDA+SCR工艺脱硫效率高，缺点是：

1) SCR脱硝运行虽较成熟，但升温能耗大，运营成本高。

2) 脱硫渣中亚硫酸钙，亚硝酸钙比例高，后续消纳利用没有好办法。

4中晶FOSS-D干法一体化工艺路线，经工业成功应用证明有三大优点：

1) 脱硫，脱硝和除尘效率均较高，三个主要指标都具备经济，稳定达到超低排放的能力（如企业有需要，还能在相对较经济条件下达到近零排放）。

2) 采用中晶高分子复合脱硫剂后，脱硫渣中98%左右为硫酸钙+硝酸钙，保留的亚硫酸钙仅约为2%，利用中晶专利技术，可以将脱硫渣全部转换成类似于水泥的胶凝剂“晶粉”，再将晶粉配比一定钢渣或水渣即可制成新型的绿色建材，实现真正地对脱硫脱硝除尘后的副产物吃干榨净的循环经济治污。

3) FOSS-D技术工程建设总成本比活性焦技术低40-50%左右，脱硝部分比SCR低30-40%；脱硫脱硝运营费用比活性焦技术低40%左右，脱硝运营费用比SCR低约30%。

表2: FOSS-D与目前流行的干法工艺简单比较

四 FOSS-D技术取得的业绩及在唐山德龙钢铁230烧结机上应用实例

FOSS-D技术自研发完成投入烧结工业应用以来，取得不俗的业绩，具体见表3：

表3：FOSS-D技术的应用业绩

其中，唐山德龙钢铁项目于2017年下半年开始建设，具体情况见表4和图4。

表4：FOSS-D在唐山德龙钢铁230烧结机上应用案例

图4：唐山230平烧结机FOSS-D 烟气一体化协同治理烟气观感

图5： 唐山230平烧结机FOSS-D 烟气一体化协同治理近零排放技术中控图

五 FOSS-D技术在钢厂烟气治理的应用前景

FOSS-D一体化技术除了可以整体应用到烧结完成脱硫，脱硝，除尘和脱二噁英做为集合的一体化改造工程外，应该还有潜力应用于下列烟气处理场合：

1.将FOSS-D技术中的离子发生器脱硝装置配套到现有的SDA旋转喷雾脱硫系统（脱硝效率待工业应用证实），完成脱硝超低达标。

2.将FOSS-D技术中的离子发生器脱硝装置配套到现有的CFB循环流化床脱硫系统（脱硝效率已经经过工业应用证实），完成脱硝超低达标。

3.将FOSS-D技术中的离子发生器脱硝装置配套到现有的密相干塔脱硫系统（脱硝效率待工业应用证实），完成脱硝超低达标。

4.将FOSS-D一体化技术+ SDS小苏打干法脱硫结合配套使用到高硫（硫含量2500mg/m³以上）烧结机和高硫窑炉的工业烟气处理，完成其脱硫，脱硝和除尘超低达标。

将FOSS-D技术中的离子发生器脱硝装置配套到现有的钙法湿法或镁法湿法脱硫系统（工业应用试验需进一步完成），完成脱硝超低达标。

延伸阅读：

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