钢铁烧结脱硝 | 高炉煤气脱硫 | 焦化烟气综合治理方案

钢铁行业是中国最大的工业污染源之一，SO₂排放量占全国工业排放总量的约12%，NOx约占8%。按照《钢铁行业超低排放改造实施方案》（环大气〔2019〕35号）要求，全国重点区域钢铁企业须在2025年前完成超低排放改造，主要污染物排放浓度颗粒物≤10mg/m³、SO₂≤35mg/m³、NOx≤50mg/m³。沧州中创环保深耕钢铁行业烟气治理多年，在烧结机脱硝、高炉煤气精脱硫、焦化烟气治理等领域积累了丰富实战经验。

一、钢铁行业烟气特点与来源分析

1.1 烧结工序烟气特点

烧结是将铁矿粉（精矿粉、返矿、燃料等）混合制粒后高温烧结成块的工序，是钢铁生产NOx和SO₂排放最大的环节之一。以180m²烧结机为例，每小时产生标准状态烟气量约50~60万Nm³，烟温80~180°C（机尾段可达380°C），SO₂入口浓度300~1500mg/m³（随铁矿含硫率波动），NOx入口浓度200~450mg/m³。

烧结烟气的核心特点：温度波动大（80~380°C），入口温度决定脱硝工艺选择；SO₂浓度变化范围广（300~2000mg/m³），脱硫系统需适应大幅波动；含氧量高（15~18%），影响催化剂活性和脱硫剂消耗；粉尘黏性大（含CaO、Fe₂O₃），易造成设备和管道堵塞。

1.2 高炉煤气精脱硫

高炉煤气（BFG）是炼铁过程的副产物，热值约3000~3500kJ/Nm³，产量巨大（每吨铁产煤气约1500~1700Nm³）。高炉煤气中H₂S含量约10~50mg/m³（随原料波动），此外还含有COS、CS₂等有机硫，以及Cl⁻、F⁻等腐蚀性成分。传统TRT（高炉煤气余压发电）入口未设脱硫，导致后续煤气燃烧使用时SO₂直接排空，成为钢铁企业SO₂的重要来源之一。

高炉煤气精脱硫技术路线分为：前端精脱硫（煤气余压发电TRT前，干法吸附脱除H₂S+COS）+末端燃烧后脱硫（用户末端SDS干法或湿法洗涤）。沧州中创环保推荐「干法吸附（氧化锌/活性炭）+SDS干法」组合路线，可将高炉煤气燃烧尾气SO₂控制在35mg/m³以下。

1.3 焦化烟气特性

焦化是将煤在隔绝空气条件下高温干馏（900~1050°C）生成焦炭的过程。焦炉加热用高炉煤气或焦炉煤气，产生的烟气具有以下特点：烟温150~280°C（机侧、焦侧、炉顶等各部位温度不一）；NOx含量高（焦炉加热温度越高NOx生成越多，7米顶装焦炉可达1000~1500mg/m³）；SO₂相对可控（使用净煤气时约50~100mg/m³）。

二、钢铁行业排放标准

三、烧结机脱硫脱硝工艺方案

3.1 烧结烟气脱硫方案：SDS干法脱硫

SDS干法脱硫（Sodium-based Dry Desulfurization）是钢铁烧结烟气脱硫的主流技术之一。将碳酸氢钠（小苏打，NaHCO₃）研磨至微米级（d90≤20μm）后喷入烟道反应器，在150~200°C温度区间，NaHCO₃受热分解为Na₂CO₃并与SO₂发生反应：

2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂ ↑

Na₂CO₃ + SO₂ + ½O₂ → Na₂SO₄ + CO₂ ↑

反应产物Na₂SO₄为干态粉末被捕集后综合利用。该技术特点：**系统简洁**（无需制浆、脱水、石膏处理系统）；**占地小**（特别适合老厂改造空间受限场景）；**无废水排放**（彻底解决湿法脱硫水耗和废水处理难题）；**SO₂脱除效率85~95%**，出口可达35mg/m³以下。

某钢铁厂2×180m²烧结机SDS干法脱硫项目，入口SO₂ 800~1200mg/m³，喷入NaHCO₃细粉约180kg/h，出口SO₂稳定在25~40mg/m³，年运行费用约800万元（相比湿法节省水费+脱硫石膏处置费约300万元/年）。

3.2 烧结烟气脱硝方案：低温SCR

烧结烟温150~180°C（脱硫后），恰好处于低温SCR催化剂的适用窗口（180~300°C）。沧州中创环保采用自主研发的低温SCR催化剂（V₂O₅-WO₃/MoO₃/TiO₂体系），可在180°C起活，200~250°C效率最高达90%以上。

烧结SCR系统的特殊设计要求：脱硝前置（先SDS脱硫除尘，再SCR脱硝，避免粉尘堵塞催化剂孔道）；催化剂防堵设计（采用18~25孔大孔催化剂，空速≤3500h⁻¹）；在线喷氨（配合SNCR喷枪利用尾部烟道余热还原）；烟温调节（配套烟气再循环或蒸汽加热，保障最低喷氨温度）。

3.3 烧结超低排放一体化路线

推荐「烧结机机尾烟气→SDS干法脱硫→布袋除尘→低温SCR脱硝→风机→烟囱」工艺路线。以某230m²烧结机为例，整套系统投资约8500万元，设计指标：入口SO₂ 1000mg/m³→出口≤30mg/m³，NOx 350mg/m³→出口≤45mg/m³，粉尘15g/Nm³→出口≤8mg/m³，完全满足超低排放要求。

四、高炉煤气精脱硫技术方案

4.1 高炉煤气精脱硫必要性

高炉煤气年产量巨大（全国约1万亿Nm³/年），若不经脱硫直接燃烧，SO₂排放量惊人。以某4500m³高炉为例，煤气发热量约3200kJ/Nm³，热风炉年消耗煤气约6亿Nm³，若煤气H₂S 30mg/m³全部转化为SO₂排放，年SO₂排放量达约180吨。

4.2 精脱硫技术路线

高炉煤气精脱硫分为「前端脱硫+末端治理」两个层面：

前端（TRT前）：干法吸附（氧化锌或活性炭），脱除H₂S约80~90%，将H₂S从30mg/m³降至3~5mg/m³。该段投资约500万元，处理量50~100万Nm³/h。

末端（用户侧）：在热风炉/轧钢加热炉烟气排放口设置SDS干法脱硫装置，将有机硫（COS、CS₂等经燃烧氧化后形成的SO₂）进一步脱除。某5500m³高炉热风炉尾气SDS脱硫项目，入口SO₂ 150mg/m³，出口≤30mg/m³。

五、焦化烟气综合治理

5.1 焦炉烟气特点与挑战

焦炉烟气 NOx含量高（顶装焦炉7米焦炉NOx普遍800~1500mg/m³），是焦化企业达标排放的最大难点。传统焦炉设计未考虑NOx控制，加热用煤气种类（高炉煤气/焦炉煤气混合）、废气回配比、炉顶空间温度等因素均影响NOx生成量。

5.2 焦炉SNCR+SCR联合脱硝

针对焦炉烟温特点（150~280°C），沧州中创环保推荐「SNCR预还原+SCR深度处理」两级脱硝路线：

第一级SNCR：在焦炉废气盘（850~950°C区间）喷入氨水，利用高温热解还原NOx，效率约35~50%，降低SCR反应器入口NOx浓度，减少催化剂用量。

第二级SCR：在焦炉烟囱前建设SCR反应器，采用低温催化剂（180~280°C适用），布置2+1层催化剂，效率≥85%，与SNCR联用后总效率≥90%，出口NOx可稳定控制在150mg/m³以下（重点地区要求≤150mg/m³，超低排放≤50mg/m³需进一步优化）。

5.3 焦炉SDS干法脱硫

焦炉使用净煤气时SO₂不高（约50~100mg/m³），SDS干法脱硫完全可满足要求。某6.25米捣固焦炉SDS脱硫项目，入口SO₂ 80mg/m³，出口≤20mg/m³，投资约1200万元，运行成本约150万元/年。

六、典型案例：某180m²烧结机超低排放改造

6.1 项目概况

该钢铁集团位于河北，2019年启动180m²烧结机超低排放改造。原始排放：SO₂ 800~1200mg/m³、NOx 350~450mg/m³、粉尘10~15g/Nm³，远超超低排放限值。

6.2 实施方案

脱硫：SDS干法脱硫（NaHCO₃喷入），配套布袋除尘收集脱硫产物；脱硝：低温SCR（自主研发催化剂，180°C起活），2+1层布置；除尘：原电除尘器保留并优化电源参数，作为预除尘。

6.3 运行效果

验收监测数据：SO₂入口950mg/m³→出口28mg/m³；NOx入口380mg/m³→出口43mg/m³；粉尘入口12g/Nm³→出口7.5mg/m³。三项指标全部优于超低排放限值，系统于2019年11月投运。

七、钢铁行业脱硫脱硝选型要点

• **烧结机脱硫**优先SDS干法（占地小、无废水、适应高SO₂波动）
• **烧结机脱硝**必须前置脱硫+除尘，低温SCR催化剂选18孔以上大孔型
• **高炉煤气**精脱硫分前端+末端两段，前端投资低但不能完全达标
• **焦化焦炉**脱硝SNCR+SCR联合是主流，焦炉加热制度优化配合降NOx
• **有机硫**（COS、CS₂）需在燃烧氧化后用SDS处理