貝捷環(huán)保：FOSS-D脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)在鋼鐵領(lǐng)域的應(yīng)用及展望

本文概括分析了在環(huán)保超低減排高壓態(tài)勢下燒結(jié)機煙氣治理的鋼企現(xiàn)狀；扼要介紹了中晶FOSS-D技術(shù)的主要理念，工藝流程和系統(tǒng)構(gòu)成；比較了FOSS-D技術(shù)與目前市場上流行的燒結(jié)超低排放治理技術(shù)路線的異同；概括了FOSS-D在燒結(jié)煙氣治理的推廣和在唐山德龍項目的成功投用；展望了FOSS-D技術(shù)在燒結(jié)，鋼廠自備電廠鍋爐，加熱爐等煙氣治理場合的應(yīng)用前景。

一環(huán)保超低減排高壓態(tài)勢下燒結(jié)機煙氣治理的現(xiàn)狀

近幾年來，迫于大氣中PM2.5含量增加，地下水資源污染日趨嚴重，工業(yè)固廢違規(guī)堆放等環(huán)境壓力和綜合社會壓力，國家環(huán)保當局不得不多次提高煙氣，廢水和固廢的排放指標。由于老百姓對呼吸潔凈空氣呼聲最高，環(huán)保指標中以工業(yè)煙氣中對二氧化硫，氮氧化物和顆粒物排放指標的提標速度最快，從2015年到2018年，短短3年時間，以燒結(jié)機為例，這三大排放指標分別提了5.7倍（硫）；6倍（硝）和5倍（塵），具體排放指標的演變見下表：  

表1：近年來國家環(huán)保指標演變情況

單位：mg/m³（二噁英除外）

然而，燒結(jié)機的排放指標雖然可以由環(huán)境部下發(fā)一紙文件來規(guī)定，但鋼鐵企業(yè)要想達到超低排放指標，落實起來就困難重重了：

困難之一：近幾年流行的脫硫脫硝和除塵的技術(shù)路線，例如鈣法濕法，鎂法濕法，氨法濕法，活性焦干法，循環(huán)流化床半干法（CFB），旋轉(zhuǎn)噴霧半干法（SDA），密相干塔半干法等，要想達到超凈指標均在不同方面，不同程度上存在一定問題（具體分析見后面的比較表-表2）。

困難之二：從2010年以來，各鋼鐵企業(yè)為了滿足當時的環(huán)保指標，都先后投巨資建設(shè)了某種技術(shù)路線的環(huán)保設(shè)施。面對新的超低排放指標，僅僅改造舊的現(xiàn)有設(shè)施大都不能滿足超低指標；全部推倒重來建新的設(shè)施，資金浪費巨大且停產(chǎn)的時間成本亦難以承受。

困難之三：市場上的環(huán)保工程和環(huán)保設(shè)備廠家為滿足超低指標推出的各種技術(shù)路線林林總總，五花八門，其中不少是沒有真正過硬的、經(jīng)過驗證的技術(shù)，鋼鐵企業(yè)猶如盲人摸象，或者病急亂投醫(yī)，往往難以正確辨識，正確決策。舉例來說，唐山地區(qū)某鋼企2017年在地方環(huán)保局倡議下花了上億資金在其幾個燒結(jié)廠增建了濕電除塵系統(tǒng)。沒想到多年在電廠用得很成功的濕電在燒結(jié)機上不靈了，濕電工程完工后顆粒物仍然不達標，沒辦法，幾經(jīng)考量后又建設(shè)了一套循環(huán)流化床的半干法系統(tǒng)，這回硫和塵是達標了，但由于配套的脫硝工藝沒選對，氮氧化物又不達標，致使該企業(yè)至今也沒達到超低排放要求。

更為嚴重的是上述鋼廠的例子并非個案，據(jù)唐山環(huán)保當局公布的于今年8月6日上午9:00-11:00監(jiān)測的數(shù)據(jù)看，唐山地區(qū)115臺燒結(jié)機中只有3臺（分別為唐山德龍230燒結(jié)+燕山鋼鐵300燒結(jié)2臺）全面達到二氧化硫，氮氧化物和顆粒物超低指標！情況的確不容樂觀， 特別是這些鋼企幾乎都是在去年下半年和今年上半年投入大量人力財力完成了新一輪超低改造的企業(yè)！

二應(yīng)運而生的中晶FOSS-D技術(shù)的主要理念，工藝流程和系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 FOSS-D主要理念概述

中晶環(huán)境從2006年成立以來，十多年如一日，一直秉承以循環(huán)經(jīng)濟治污理念進行工業(yè)煙氣治理技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用，已取得多項煙氣治理+脫硫廢水廢渣治理+工業(yè)固體廢棄物治理方面的發(fā)明專利，并完成了多個燒結(jié)機煙氣治理的工業(yè)應(yīng)用工程案例。正是通過深入的市場調(diào)研和對現(xiàn)有煙氣治理流派和技術(shù)的剖析，中晶環(huán)境基于其一貫的循環(huán)經(jīng)濟治污理念，于2016年研發(fā)出FOSS-D干法一體化煙氣治理技術(shù)。目前，中晶環(huán)境是國內(nèi)外唯一一家通過應(yīng)用FOSS-D技術(shù)，實現(xiàn)了在單塔內(nèi)完成干法一體化脫硫，脫硝，除塵，脫二噁英并全面，穩(wěn)定，經(jīng)濟地達到超低排放指標（如企業(yè)有需要，還能在相對較經(jīng)濟條件下達到近零排放）和煙氣觀感用戶滿意的環(huán)保工程公司。

同時FOSS-D技術(shù)通過采用具有專利權(quán)的獨特的復(fù)合脫硫脫硝劑（BMP），在達到煙氣中硫，硝和塵達到環(huán)保超低排放的同時，還能將脫硫渣100%利用 ，即先將脫硫渣加工成與水泥類似的膠凝劑“晶粉”，再利用“晶粉”配比鋼渣、水渣等其它材料制成新型的、具有持續(xù)盈利能力的建材產(chǎn)品。從而打破了原有半干法脫硫渣不能有效利用，只能作為固廢堆放的魔咒，也打破了燒結(jié)煙氣處理只能燒錢，不能創(chuàng)造效益的魔咒。圖1形象而清晰顯示了中晶循環(huán)經(jīng)濟治污的理念：

圖1：中晶循環(huán)經(jīng)濟治污理念

2.2 FOSS-D的主要工藝流程

在FOSS-D技術(shù)中，燒結(jié)、焦爐、豎爐煙氣經(jīng)電除塵器初步除塵后，進入離子發(fā)生器氣態(tài)選擇性氧化脫硝區(qū)域，在此區(qū)域完成NO向高價氮氧化物的轉(zhuǎn)變；然后煙氣通過強效反應(yīng)塔，在高效湍流與BMP高分子材料的雙重作用下，二氧化硫、高價氮氧化物被吸附的同時發(fā)生化學反應(yīng)，生成硫酸鹽、硝酸鹽及少量亞硫酸鹽；煙氣進一步由強效反應(yīng)塔塔頂進入袋式除塵器，在袋式除塵器中粗顆粒的硫酸鹽、硝酸鹽、亞硫酸鹽與部分在水汽作用下團聚而成的BMP高分子材料抱團形成大顆粒物，從而提高袋式除塵器除塵效率；夾雜著各種成份的顆粒物經(jīng)過袋式除塵器后被脫除下來進入灰斗，然后排至灰倉，作為建材生產(chǎn)原料運至晶粉倉庫備用；煙氣達到超低或近零排放指標后經(jīng)煙囪排至大氣中。參見工藝流程及系統(tǒng)構(gòu)成示意圖（圖2）。

FOSS-D脫硫脫硝除塵一體化近零排放技術(shù)通過本公司已經(jīng)成熟應(yīng)用的FOSS-W（即FOSS濕法工藝，是將強制氧化劑脫硝與旋轉(zhuǎn)離心作用除塵相結(jié)合的一塔同步技術(shù)）中的低溫選擇性氧化技術(shù)與BMP高分子材料結(jié)合，發(fā)揮協(xié)同脫除的效應(yīng)，在完成BMP高分子材料對高價氮氧化物的高吸附、強化學反應(yīng)的基礎(chǔ)上進行了長周期的小試、中試、工程實際應(yīng)用。實驗與工程實踐證明：BMP高分子材料與低溫選擇性離子氣態(tài)氧化劑結(jié)合，使得去除NO_X的效率最高能達到99%并生成硝酸鹽，而硝酸鹽與BMP高分子材料的協(xié)同脫除效應(yīng)，從一定程度上提高了本套工藝技術(shù)脫除SO₂的效率（與單獨脫硫工藝相比，脫硝協(xié)同脫硫可使得出口SO2的濃度降低的最高比率達到52%，即，如果單獨脫硫出口SO₂濃度為15mg/Nm³,加入脫硝后出口SO2濃度最低可降到0 mg/Nm³），SO2脫除效率可長周期穩(wěn)定在0~5 mg/Nm³，即近零范圍內(nèi)。

2.3 FOSS-D技術(shù)的工藝流程和系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)的工藝流程和系統(tǒng)構(gòu)成示意如圖2，脫硝原理示意見圖3，脫硝系統(tǒng)構(gòu)成見圖4。

圖2：中晶FOSS-D工藝流程和系統(tǒng)構(gòu)成

圖3：中晶FOSS-D工藝脫硝原理示意圖

三 FOSS-D技術(shù)與市場上目前常見干法及半干法系統(tǒng)的比較

如第一節(jié)所述，目前市場上聲稱能達到燒結(jié)機超低排放的技術(shù)林林總總，為方便鑒別，特將幾種目前幾種常見的方式概括總結(jié)如表2。相關(guān)要點強調(diào)如下：

1活性焦干法近年來應(yīng)用較多，優(yōu)點是運行比較穩(wěn)定，如果不需達超凈指標不失為一種較成熟的技術(shù)路線。但缺點也是明顯的：

1) 投資成本和運營成本非常高；

2) 脫硝效率（噴氨后只能達到60-80%）和除塵效果（只能達到20 mg/m³）也難達到超低指標（如硝從300脫到50，效率需83.3%）；

3) 活性焦解析產(chǎn)生的硫酸轉(zhuǎn)運處理困難（除非鋼廠內(nèi)部可消納）；

4) 活性焦設(shè)備維護過程著火的風險較大。

2“SDA+SCR”亦是近來鋼企考慮的工藝路線之一，優(yōu)點是投資較低（SDA脫硫部分比CFB便宜20-30%），SCR脫硝較成熟。但缺點是：

1) SDA脫硫效率有限（在90%-95%以內(nèi)），當煙氣中含流量較高時（工況煙氣量超過1000 mg/m³）時脫硫達超低指標困難。

2) SCR脫硝運行雖然成熟，但煙氣升溫能耗大，運營成本高。

脫硫渣中亞硫酸鈣，亞硝酸鈣比例高，后續(xù)消納利用沒有好辦法。

3CFB+SCR工藝路線也是當下熱門技術(shù)之一，它比SDA+SCR工藝脫硫效率高，缺點是：

1) SCR脫硝運行雖較成熟，但升溫能耗大，運營成本高。

2) 脫硫渣中亞硫酸鈣，亞硝酸鈣比例高，后續(xù)消納利用沒有好辦法。

4中晶FOSS-D干法一體化工藝路線，經(jīng)工業(yè)成功應(yīng)用證明有三大優(yōu)點：

1) 脫硫，脫硝和除塵效率均較高，三個主要指標都具備經(jīng)濟，穩(wěn)定達到超低排放的能力（如企業(yè)有需要，還能在相對較經(jīng)濟條件下達到近零排放）。

2) 采用中晶高分子復(fù)合脫硫劑后，脫硫渣中98%左右為硫酸鈣+硝酸鈣，保留的亞硫酸鈣僅約為2%，利用中晶專利技術(shù)，可以將脫硫渣全部轉(zhuǎn)換成類似于水泥的膠凝劑“晶粉”，再將晶粉配比一定鋼渣或水渣即可制成新型的綠色建材，實現(xiàn)真正地對脫硫脫硝除塵后的副產(chǎn)物吃干榨凈的循環(huán)經(jīng)濟治污。

3) FOSS-D技術(shù)工程建設(shè)總成本比活性焦技術(shù)低40-50%左右，脫硝部分比SCR低30-40%；脫硫脫硝運營費用比活性焦技術(shù)低40%左右，脫硝運營費用比SCR低約30%。

表2: FOSS-D與目前流行的干法工藝簡單比較

四 FOSS-D技術(shù)取得的業(yè)績及在唐山德龍鋼鐵230燒結(jié)機上應(yīng)用實例

FOSS-D技術(shù)自研發(fā)完成投入燒結(jié)工業(yè)應(yīng)用以來，取得不俗的業(yè)績，具體見表3：

表3：FOSS-D技術(shù)的應(yīng)用業(yè)績

其中，唐山德龍鋼鐵項目于2017年下半年開始建設(shè)，具體情況見表4和圖4。

表4：FOSS-D在唐山德龍鋼鐵230燒結(jié)機上應(yīng)用案例

圖4：唐山230平燒結(jié)機FOSS-D 煙氣一體化協(xié)同治理煙氣觀感

圖5： 唐山230平燒結(jié)機FOSS-D 煙氣一體化協(xié)同治理近零排放技術(shù)中控圖

五 FOSS-D技術(shù)在鋼廠煙氣治理的應(yīng)用前景

FOSS-D一體化技術(shù)除了可以整體應(yīng)用到燒結(jié)完成脫硫，脫硝，除塵和脫二噁英做為集合的一體化改造工程外，應(yīng)該還有潛力應(yīng)用于下列煙氣處理場合：

1.將FOSS-D技術(shù)中的離子發(fā)生器脫硝裝置配套到現(xiàn)有的SDA旋轉(zhuǎn)噴霧脫硫系統(tǒng)（脫硝效率待工業(yè)應(yīng)用證實），完成脫硝超低達標。

2.將FOSS-D技術(shù)中的離子發(fā)生器脫硝裝置配套到現(xiàn)有的CFB循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)（脫硝效率已經(jīng)經(jīng)過工業(yè)應(yīng)用證實），完成脫硝超低達標。

3.將FOSS-D技術(shù)中的離子發(fā)生器脫硝裝置配套到現(xiàn)有的密相干塔脫硫系統(tǒng)（脫硝效率待工業(yè)應(yīng)用證實），完成脫硝超低達標。

4.將FOSS-D一體化技術(shù)+ SDS小蘇打干法脫硫結(jié)合配套使用到高硫（硫含量2500mg/m³以上）燒結(jié)機和高硫窯爐的工業(yè)煙氣處理，完成其脫硫，脫硝和除塵超低達標。

將FOSS-D技術(shù)中的離子發(fā)生器脫硝裝置配套到現(xiàn)有的鈣法濕法或鎂法濕法脫硫系統(tǒng)（工業(yè)應(yīng)用試驗需進一步完成），完成脫硝超低達標。

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來源：中晶環(huán)境