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钢铁新消息：钢铁行业多工序多污染物超低排放控制技术与应用 |
发布单位：河北思凯淋环保科技有限公司
发布时间：2022-4-21
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2021年11月3日上午，2020年度国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂隆重举行。中国科学院过程工程所朱廷钰研究员牵头负责的“钢铁行业多工序多污染物超低排放控制技术与应用”成果荣获2020年度国家科技进步二等奖，是本年度钢铁行业环保领域唯一的获奖成果。
钢铁行业项超低排放改造项目在国内外无成熟经验可借鉴，技术挑战巨大。在国家863计划、国家重点研发计划、环保公益性项目、国家自然科学基金等支持下，中国科学院过程工程研究所朱廷钰研究团队联合河钢集团有限公司、中冶焦耐（大连）工程技术有限公司、中钢集团天澄环保科技股份有限公司等单位历经十余年攻关，基于源头减排-过程控制-末端治理的全过程控制理念，研发了覆盖烧结、球团、焦炉、高炉、转炉等重点工序的多污染物超低排放控制技术（图1），为生态环境部等五部委联合印发的《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》的全面实施提供了可靠的技术途径。
01
基于高炉炉料结构优化的变革性减排技术
高炉入炉原料主要为烧结矿和球团矿，我国高炉炉料结构普遍以烧结矿为主，平均占比70%以上。烧结矿的吨矿硫硝排放量高，是球团矿的2-3倍。降低烧结矿、提高球团矿入炉比例，事关高炉炉料结构调控，是实现污染物总量减排的变革性技术。中国铁精粉多为中高硅铁精粉，制备的熔剂性球团冶金性能差，应用于高比例球团高炉冶炼时，炉况波动大，涉及到产品品质及生产安全，技术难度巨大。
针对中高硅铁精粉在生产熔剂性球团时成球率差、抗压强度低的技术难题，提出将镁质熔剂引入球团体系调控冶金性能的球团生产新工艺，研发出多参数耦合调控成球、镁质熔剂性球团焙烧耦合硫硝污染物减排等关键核心技术。在唐钢200万吨/年的链箅机-回转窑的熔剂性球团生产线工业应用，率先实现了低排放中高硅镁质熔剂性球团的规模化生产。
02
契合不同工序特征的末端超低排放关键技术
烧结/球团烟气污染排放在钢铁行业中占比最高，且具有烟气波动大、多污染物浓度存在数量级差异、痕量二噁英定向吸附认知黑箱等难题，也成为钢铁行业超低排放开展攻关的“技术堡垒”。近年来，活性炭法多污染物协同控制成为主流技术。针对传统错流式活性炭工艺中存在的脱硝效率低、局部积热易自燃、热再生碳消耗大等制约性难题，提出新型逆流式活性炭工艺。建立活性炭富氮官能团与脱硝活性的定向关联机制，指导碳基吸附催化材料制备及改性；定量阐述热再生过程化学碳消耗与磨损碳消耗分布规律，研发了活性炭分选设备及热再生调控技术，总体碳消耗降低20%。设计出多模块垂直叠加及离线技术，实现碳层热点智能检测防燃隔离、污染物高效脱除和低压降稳定运行。
转炉烟气主要污染物为颗粒物，其中PM2.5超过80%，极易穿透常规滤料，导致除尘效率低、过滤阻力大，难以通过常规除尘高效捕集。针对转炉烟气颗粒物以PM2.5为主的排放特征，创新提出转炉烟气细颗粒物静电凝并耦合布袋过滤的强化捕集工艺，解析了颗粒物在电场区和布袋区的运动规律，研制出板线型专用电极，细颗粒物荷电凝并后粒径显著增大；设计了滤料微观梯度结构，PM2.5捕集效率较常规滤料提升15%以上；研发了电-袋场区的气流分布技术，减少死区和局部滤料的强冲刷，延长滤料使用寿命；在此基础上实现细颗粒物电袋耦合强化关键装备的集成。在鞍钢180t转炉上建立了示范工程，净化系统运行稳定，颗粒物排放浓度低于10mg/Nm 3 ，阻力700-1000Pa，PM2.5捕集效率超过99%。目前已推广应用于鞍钢、河钢、日照钢铁、方大特钢等国内大型钢铁企业。
截止2020年底，钢铁行业超低排放在我国重点区域尤其是京津冀已全面实施，污染减排卓见成效。随着我国钢铁行业进入“后超低-碳减排”时代，围绕国家“双碳”目标，我国钢铁行业烟气减排耦合节能降碳技术需求面临新的挑战。基于此，提出如下技术发展建议：
1）全流程全局优化技术：以“末端治理前移”为导向，研发高炉/焦炉煤气精脱硫等污染物源头减排技术，突破短流程炼钢冶炼、全氢冶炼等变革性减排技术。
2）减排耦合资源化技术：针对钢铁烟气中SO 2 、有价金属等共存及余热浪费严重的现状，研发低能耗的污染控制及有价物质资源化回收技术、选择性烟气循环等余热回收技术。
3）嵌入式环保优化技术：进一步开展超低排放技术优化，研发契合生产工序的嵌入式环保技术，降低煤/气/电等能源输入，突破新一代超低排放减污降碳关键技术。
4）非常规污染管控技术：加强钢铁烧结/电炉烟气二噁英、焦化VOCs等非常规污染物协同控制技术研发，实现非常规污染物的深度治理。
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