钢铁工业烟气脱硝技术应用进展及前景

氮氧化物(NO_x)已成为我国首要大气污染物,钢铁工业是工业源NO_x排放的主要来源.烧结、球团、炼焦等工序是钢铁工业NO_x超低排放改造的重点,但其烟气特性与火电厂烟气存在差异,烟气脱硝技术不能完全照搬现有燃煤锅炉脱硝工艺.目前,选择性催化还原(SCR)、活性炭(焦)(AC)吸附催化、臭氧(O₃)氧化协同吸收等技术已在烧结、球团、炼焦等工序成功应用,并均取得了良好效果.本文针对钢铁工业超低排放的迫切需求,梳理了钢铁工业烧结、球团、炼焦等主要工序的现有烟气脱硝技术及其应用,重点总结并对比分析了SCR技术、AC吸附催化和O₃氧化协同吸收技术的应用进展及优劣势.其中,SCR技术正逐步成为钢铁工业脱硝市场的主流技术,占比超过70%,因此脱硝催化剂及其再生具有长期巨大的市场需求.AC吸附催化和O₃氧化协同吸收等新型技术因其适用温度低,无需烟气升温等,在钢铁工业越来越受到青睐,将逐步得到更多钢铁企业的支持.     

基于高炉炉料结构优化的源头减排技术及应用

 为了更进一步降低污染物排放总量,河钢集团在实现污染物超低排放的同时积极开展源头和过程硫硝减排技术研发。针对国内矿粉资源特点和球团、烧结过程污染物生成规律,以减少污染物生成总量为出发点,开发出适于高比例球团冶炼的低排放、低能耗熔剂性球团制备技术,阐明了熔剂性球团焙烧过程吸放热规律,克服了生球爆裂、回转窑结圈等技术难题,成功生产出SiO₂质量分数在4.5%以上,MgO质量分数为1.8%左右,二元碱度(R₂)为1.0左右的镁质熔剂性球团,并且具备长期连续生产的能力。开发了焙烧温度与球团矿质量调控、燃烧温度与硫硝生成控制技术,使得熔剂性球团抗压强度大于2 200 N/个,SO₂生成量比酸性球团降低了20%,比烧结矿产生的SO₂、NO_x分别降低75%、53%。研发了高比例球团高炉冶炼集成技术,高炉球团质量分数由20%增加到80%,燃料比降低11 kg/t,吨铁SO₂、NO_x分别减排50%、26%。提出了炼铁流程全生命周期节能减排定量分析方法和持续改进方向,成功实现污染物在源头和过程上的削减。已成功推广至河钢集团2 000 m3级、3 000 m3级高炉和河钢乐亭沿海基地3 000 m3级高炉在建项目上,为国内钢铁工业减少污染物排放总量开辟了新的方向。     

熔铝炉冶炼烟气脱硝技术现状与进展

随着中国铝制品生产及消费量的增长,铝及铝加工行业处于快速发展阶段。熔铝炉是铝加工冶炼过程中重要的高温生产设备,其烟气具有氮氧化物(NO_x)浓度较高、烟气量小、波动性大等特点,进一步加大了烟气环保治理的难度。熔铝炉烟气脱硝治理正处于起步阶段,相关的污染物排放标准仍在不断更新和完善。综述了低氮燃烧技术以及湿法脱硝、选择性非催化还原脱硝(SNCR)、选择性催化还原脱硝(SCR)等主要脱硝技术的特点和优缺点,介绍了现有的熔铝炉烟气脱硝技术,并对熔铝炉烟气脱硝技术的研究重点及工业化应用前景进行展望。     

有色冶炼烟气脱硝技术现状及展望

有色金属行业的大气污染治理,目前以治理烟气中的粉尘、SO₂和NO_x为主,其中对NO_x的治理刚刚起步,相关的标准和规范仍在不断更新和完善,治理技术也在借鉴其它行业的基础上不断探索和创新。通过分析有色冶炼行业的NO_x排放特点和排放标准要求,指出了当前有色冶炼行业脱硝的现状和发展趋势。     

钢铁工业的空气消耗与废气排放

 基于工业系统与环境之间的物质交换,建立空气是冶金资源的概念,阐述了钢铁工业空气消耗量、废气产生量、污染物排放量三者间的联系及其对区域大气环境质量的影响。调研核查了若干家钢铁企业,统计其烧结、炼焦、炼铁、炼钢和轧钢等各生产工序,以及高炉-转炉流程、全废钢-电炉流程的空气消耗量和废气排放量。以吨钢为计算基准,给出了中国钢铁工业的资源消耗结构和废物排放结构以及空气消耗和废物排放数据,其中吨钢空气消耗量（以质量计）占吨钢资源消耗总量的85%以上,强调了减少空气消耗和废气产生量对降低污染物排放总量、改善区域大气环境质量的重要性。列举了富氧乃至纯氧燃烧、废气循环再利用、烧结矿竖式冷却换热技术的节能减排案例,指明应用这些关键技术、优化钢铁生产流程和发展全废钢电炉短流程等是大幅度减少空气消耗和废气产生量,进而减少颗粒物、SO₂、NO_x排放量的有效途径。     

榆林金属镁行业大气污染现状调查及减排建议

2017年榆林金属镁产能达到86万t,约占当年全国的60%,主要分布在府谷县。金属镁行业大气污染物排放现状调查及监测数据表明,各生产工段大气污染物达标排放,大部分排放浓度低于现有限值,金属镁企业在线氧含量在9%~16%,且各企业间差异较大,企业现状基准过量空气系数在4.2左右,为现有标准的2.5倍,导致折算后污染物浓度有超标可能。2017年榆林金属镁行业SO₂、NO_x排放总量全市排名为第八、第三,榆林市金属镁行业SO₂、NO_x排放总量占比靠前,治理技术经济可行条件下可考虑深度减排。分析了榆林金属镁行业大气污染治理现状及存在问题,提出除尘、脱硫、脱硝技术改造建议,指出金属镁行业深度治理减排方向,可为地方金属镁行业标准制定提供基础数据。     

气候变化与钢铁工业脱碳化发展

 中国政府高度重视气候变化问题,积极主动地做出了减排承诺。钢铁行业作为工业的重要领域,是能源消费大户,同时也是CO₂排放大户。对中国钢铁工业CO₂排放现状分析表明,中国钢铁工业吨钢CO₂排放量下降明显,CO₂排放总量在2014年已经达到峰值,随后呈下降趋势,但由于粗钢产量巨大,钢铁工业的CO₂排放量占全国CO₂排放总量仍然较高,必须走脱碳化发展的道路。通过对钢铁工业脱碳化发展策略和技术的分析,表明有策略地推进并提高全废钢电炉流程的比例是当前最为实际的钢铁工业脱碳化发展途径。     

钢铁工业减碳与CO2资源化利用技术的研究进展

在全球“碳达峰、碳中和”新发展背景下,钢铁工业低碳发展尤为重要。分析了钢铁工业构建低碳循环及减碳领域的典型技术研究现状,以及新型CO₂资源化利用产业的发展情况。从全球相对成熟的钢铁工业生产流程现状出发,重点介绍了高炉-转炉、全废钢-EAF、直接还原和熔融还原4类钢铁生产流程的碳排放强度。目前,全球钢铁制造流程主要以高炉-转炉长流程和废钢-电炉短流程为主,长流程吨钢碳排放强度约为电炉短流程的3倍。结合全球钢铁产量的演变值推算了2001—2022年间全球钢铁工业的CO₂排放量,阐述了减碳以及CO₂资源化利用的紧迫性和必要性。根据已有的钢铁工业减碳经验,选取日本、欧洲和中国的低碳冶炼项目进行分析,包括其在钢铁工业减碳发展中所进行的试验性技术探索和阶段发展实践。在钢铁工业减碳的基础上,推进CO₂的资源化利用是实现钢铁工业碳中和的重要任务。阐述了钢铁企业碳捕集固碳技术的研究现状与特点,系统归纳了当前助力钢铁工业CO₂资源化利用的有效方法,包括在炼钢转炉和精炼工序上采用不同模式的CO     

晋南钢铁高炉喷吹富氢气体工业化实践

 钢铁工业是中国制造业中碳排放量最高的行业,碳排放占全国碳排放总量的15%左右。高炉是钢铁工业碳消耗量最大的工序,碳消耗占钢铁流程总碳消耗的70%以上,减少高炉冶炼碳消耗是降低钢铁工业碳排放的最有效措施。高炉喷吹富氢气体不但可以提高冶炼效率,减少污染物排放,而且可以减少焦炭或煤粉消耗,从源头上降低高炉冶炼碳消耗,从而减少碳排放。以山西晋南钢铁两座1 860 m3高炉风口喷吹富氢气体工业化生产数据为例,详细研究了高炉喷吹富氢气体对燃料比、风口理论燃烧温度、炉腹煤气量、H₂利用率以及CO₂排放量的影响。结果表明,喷吹富氢气体可以显著降低高炉固体燃料消耗,在吨铁富氢气体喷吹量为65 m3条件下,富氢气体与固体燃料的置换比为0.49 kg/m3;风口喷吹富氢气体降低了风口理论燃烧温度,吨铁每喷吹1 m3富氢气体,风口理论燃烧温度降低约1.5 ℃,高炉鼓风量和炉腹煤气量都少量降低;喷吹富氢气体以后,炉内H₂的利用率平均为37.3%,CO的利用率约为43.2%;吨铁CO₂排放量可以降低80 kg左右,高炉CO₂排放降低了5.6%,取得了较好的经济、环境和减污降碳效果。     

典型钢铁企业全流程的氮素流及其含氮污染物减排潜力分析

针对钢铁生产全流程产生的NO_x造成的环境污染问题,依据NO_x生成机理及元素流分析方法,建立钢铁生产全流程氮素流分析模型。应用该模型,以某典型钢铁企业实际生产数据为样本,分析钢铁联合企业的氮元素流动特征,讨论钢铁生产全流程中排放的含氮污染物及废气NO_x的产生、脱硝及排放情况。研究结果表明,钢铁企业输入的氮素主要来源于高炉鼓风和各工序燃烧所需的空气(99.655%),输出的氮素主要以N₂形式(82.917%)排放至大气,全流程内的氮素主要以煤气和工序产品形式循环;钢铁企业排放的含氮污染物以废气NO_x(97.982%)为主,高炉炼铁工序废气NO_x排放量最高;钢铁企业产生的废气NO_x主要来源于焦炭(56.84%)和煤炭(28.91%),其中24.23%的NO_x经脱硝后转化为N₂排放至大气。对钢铁生产全流程氮素流及含氮污染物的排放、控制及相关政策开展研究,提出合理建议,对中国环境保护和钢铁行业的绿色发展具有重要意义。     

典型钢铁企业全流程的氮素流及其含氮污染物减排潜力分析

针对钢铁生产全流程产生的NO_x造成的环境污染问题,依据NO_x生成机理及元素流分析方法,建立钢铁生产全流程氮素流分析模型。应用该模型,以某典型钢铁企业实际生产数据为样本,分析钢铁联合企业的氮元素流动特征,讨论钢铁生产全流程中排放的含氮污染物及废气NO_x的产生、脱硝及排放情况。研究结果表明,钢铁企业输入的氮素主要来源于高炉鼓风和各工序燃烧所需的空气(99.655%),输出的氮素主要以N₂形式(82.917%)排放至大气,全流程内的氮素主要以煤气和工序产品形式循环;钢铁企业排放的含氮污染物以废气NO_x(97.982%)为主,高炉炼铁工序废气NO_x排放量最高;钢铁企业产生的废气NO_x主要来源于焦炭(56.84%)和煤炭(28.91%),其中24.23%的NO_x经脱硝后转化为N₂排放至大气。对钢铁生产全流程氮素流及含氮污染物的排放、控制及相关政策开展研究,提出合理建议,对中国环境保护和钢铁行业的绿色发展具有重要意义。     

光催化处理低浓度氨氮废水

采用溶胶-凝胶法制备了比表面积为73.69 m²·g^-1和中位粒径(D₅₀)为1.134μm的TiO₂光催化剂,通过添加La、Ce、Pr、Nd、Gd等稀土元素对TiO₂光催化剂进行改性。运用XRD、BET、粒度和氨氮分析等表征手段,考察了稀土离子掺杂、催化剂加入量、H₂O₂加入量和紫外光照时间等因素对TiO₂光催化处理稀土冶炼氨氮废水的影响。结果表明,稀土离子掺杂可有效提高TiO₂光催化处理氨氮废水的能力。在最佳光催化工艺条件下,添加La、Ce元素样品的氨氮去除率均达到80%以上,氯化铵废水中的氨氮浓度可显著降至14 mg/L,达到了稀土工业污染物排放标准中新建企业氨氮限值要求(15 mg/L)。     

烧结工序绿色烧结技术应用

为达到“碳达峰、碳中和”的环保目标,钢铁行业需要正视节能减排,烧结工序作为钢铁行业污染物排放大户,亟需解决污染物排放问题。从烧结工序的源头减排、过程控制、末端治理三个方面,研究了污染物排放规律,实施了相应的有效措施。2021年全年,烧结作业区总排放出口粉尘、SO₂、NO_X在线监测浓度数据分别低于5mg/m³、15mg/m³、30mg/m³,符合政府超低排放的要求,取得了良好的效果。     

(NH4)2SO4对烧结烟气脱硫活性炭的中毒机理

近年来，国家环保政策对烧结烟气污染物减排提出更高的要求，烟气脱硫脱硝成为钢铁工业烟气污染物治理的重点。活性炭具备良好的吸附性能和表面活性，在烟气净化领域得到广泛应用。部分钢铁企业利用烧结过程可以处理固废、废液等能力，将烧结烟气脱硫活性炭解析过程产生的制酸废液返回烧结处理，这造成制酸废液中成分会反应形成(NH₄)₂SO₄进入烧结烟气，最终会与烟气中粉尘结合并被活性炭捕集。采集工业现场烧结烟气脱硫使用的新鲜活性炭和解析活性炭，在实验室模拟中毒条件，采用浸渍法对新鲜和解析活性炭进行(NH₄)₂SO₄浸渍负载试验，研究了活性炭表面负载(NH₄)₂SO₄对其脱除SO₂性能的影响，并通过微观结构分析和表面官能团检测，揭示了(NH₄)₂SO₄对活性炭的中毒机理。结果表明，新鲜活性炭和解析活性炭表面浸渍(NH_4...     

铅锌冶炼废气污染物排放标准存在问题探讨

介绍了铅锌冶炼废气污染物产生情况及治理技术现状,并根据行业重点监控企业废气污染物排放数据统计、分析,总结了铅锌冶炼废气污染物排放标准存在的问题,提出了行业废气污染治理技术升级、排放标准修订的建议。     

脱硫剂喷吹耦合活性焦技术降低烧结烟气SO2

烧结生产作业过程中会产生大量二氧化硫(SO₂)、氮氧化物(NO_x)和粉尘等大气污染物，是钢铁污染物排放的主要来源。某钢厂435 m²烧结机采用逆流式活性焦一体化脱除工艺进行污染物减排，减排设备长期运行出现老化，造成SO₂浓度超过减排系统所能承受的最大值，减排后烟气中SO₂浓度超标，且对活性焦脱硝能力产生了不利影响。为减轻活性焦减排压力，在烧结大烟道处设置脱硫剂喷吹减排系统，形成了“过程减排”和“末端治理”相结合的烟气污染物减排技术。实际应用结果表明，喷吹脱硫剂后活性焦入口烟气SO₂浓度由853.78 mg/m³降低至668.76 mg/m³,达到了活性焦脱硫脱硝工艺正常运行的工艺条件，有效解决了SO₂浓度超负荷的问题。活性焦入口处粉尘浓度由25.48 mg/m³上升至31.39 mg/m³,烟气中粉尘增加量的不明显，减排工艺的脱硫脱硝效果未受到负面...     

高炉使用高比例球团的战略思考与球团生产的试验研究

 从战略发展角度分析了高炉使用高比例球团的优势和存在的问题,指出了高炉使用高比例球团的战略机遇。根据国内高硅铁精粉特点,开展了高硅酸性和熔剂性的镁质球团造球、干燥和焙烧等基础研究,分析了球团抗压强度、高温冶金性能、回转窑生产过程结圈形成机理等基础特性,提出了球团生产的基本操作参数设计特点,实现了链箅机回转窑生产高硅镁质酸性和熔剂性球团的稳定连续生产。完成了高比例球团矿高炉冶炼生产试验。实践证明,高比例球团矿冶炼的高炉生产稳定顺行,各项指标优于高比例烧结矿冶炼的高炉,操作思路可复制、冶炼结果可重现、操作经验可推广,并且环境效益巨大,SO₂、NO_x、PM和CO₂的排放远远优于高比例烧结矿生产的高炉。可以预见,优质冶金球团的制备和高炉高比例球团冶炼将是破解中国钢铁长流程降低污染物排放,实现低碳冶炼和可持续发展的最佳举措。     

中国钢铁工业绿色发展回顾及展望

钢铁工业绿色发展是推动钢铁行业转型升级、实现可持续发展的重要途径。中国钢铁工业绿色发展经历了末端治理、清洁生产、生态工业、循环经济4个阶段。在相关政策指导下，钢铁工业推广应用了干熄焦、高炉富氧喷煤、连铸坯热送热装等技术，开展了超低排放改造、清洁生产试点示范、生态工业示范园区、循环经济示范点等工作。围绕钢铁制造流程的“产品制造、能源转换、废弃物消纳-处理-再资源化”3大功能，钢铁工业绿色发展已取得巨大进步。吨钢综合能耗(以标准煤计)从1981年的1.93 t/t下降至2020年的0.55 t/t,降幅为71.8%;吨钢颗粒污染物、SO₂排放量分别由2000年的6.77 kg/t、5.56 kg/t下降至2020年0.36 kg/t、0.30 kg/t,降幅分别为94.7%、94.6%;吨钢NO_x排放量由2007年的1.68 kg/t下降至2020年0.87 kg/t,降幅为48.2%;吨钢化学需氧量排放量由2000年的0.99 kg/t下降至2017年0.02 kg/t,降幅为98.2%;钢铁渣利用率自2005年以来一直高于90%;吨钢新水消耗...     

便携式傅里叶红外分析仪在垃圾焚烧行业固定源气态污染物监测中的应用

随着国家对生态环境保护工作的重视程度不断加强，企业在深入治理后排放出的废气呈现出污染物浓度低、温度低、湿度高的特点，现有的监测方法已经在实际中渐现不足。基于三家典型焚烧企业固定源烟气特点，采用傅里叶红外法(FTIR)对烟气中的SO₂、NO_x、HCl、NH₃进行监测分析，并与传统吸收液法、电化学法及在线监测结果进行比较，实践证明FTIR法结果稳定性较好，与标准方法精密度基本一致，是一种测试污染源气态污染物简便快捷的准确方法。     

yCu/TixSn1-xO2脱硝催化剂协同氧化CO的性能及反应机理

钢铁工业烧结过程产生的NO_x和CO会对环境造成极大威胁，针对这两种有害气体的同时去除技术具有良好的发展前景。本文制备一种yCu/Ti_xSn_1-xO₂催化剂，采用氨选择性催化还原NO_x技术(NH₃-SCR)协同治理CO,该催化剂对NO_x还原和CO氧化都具有较高活性；并通过XRD、XPS、Raman、NH₃-TPD、O₂-TPD、In-situ DRIFTs等表征方法深入探究NH₃-SCR协同氧化CO的反应机理。结果表明：催化剂表面的酸性位点先与NH₃结合形成活性物质，而后与硝酸盐反应，符合Eley-Rideal(E-R)机理；对于CO氧化反应，Cu能提供CO的吸附位点，并与催化剂表面的晶格氧反应生成CO₂,其中间产物为碳酸氢盐和碳酸盐，符合MvK机理的反应特征。该催化剂的研发对于烧结烟气超低排放具有重要的工业应用价值。