钢铁行业燃油燃气锅炉脱硫脱硝除尘技术对比分析

生态环境部等5部委联合印发的《关于推进实施钢铁 行业超低排放的意见》指出，推进实施钢铁行业超低排放 是推动行业高质量发展、促进产业转型升级、助力打赢蓝 天保卫战的重要举措。钢铁行业在我国的工业发展中扮演 着重要的角色，也是我国大气污染的主要来源之一，推动 钢铁行业加速向低碳转型符合当前形势，有着重要意义。

随着河北省地方标准《锅炉大气污染物排放标准》 （DB13/5161—2020）的发布，规定自2021年6月1日起， 钢铁行业燃气锅炉的大气污染物排放限值为：NOx的排放 限值为50 mg/m³，SO₂的排放限值为10 mg/m³，颗粒物的 排放限值为5 mg/m³ [1]，而《锅炉大气污染物排放标准》 （DB13/5161—2021）公开文件对排放要求有了进一步的 提升。

钢铁行业燃气锅炉烟气实现全面超低排放的计划迫 在眉睫，目前国内脱硫脱硝除尘技术相对较多，但由于原 烟气符合老排放标准，可以直接排放，所以燃煤锅炉烟气 脱硫脱硝除尘并无先例，没有任何可以参考的案例，如何 选择一种适合的技术路线，是目前钢铁行业普遍面临的 难题。

1）烟气条件。燃气锅炉的燃料为高炉煤气、焦炉煤气 和转炉煤气，其将前端设备给予的煤气予以燃烧，然后将 燃烧后的烟气进行排放。锅炉燃烧后的烟气特性则与煤 气中的成分息息相关，而煤气的成分又与矿石有关。根据 钢厂正常生产的情况，钢厂选取矿石的主要考虑因素是 成本，所以矿石的种类不是一成不变的，这就导致锅炉燃 烧后的烟气成分发生变化，烟气特性随之改变，故对脱硫 脱硝除尘技术的适应性是一种考验。根据钢厂一段时间 内的烟气排放数据及运行记录可知，在正常情况下，锅炉 的燃料为高炉煤气，烟气的NOx、SO₂、粉尘数值不高并且 很稳定，但是在高炉进行检修或者是有转炉、焦炉煤气 时，烟气中的污染物浓度会大大升高，能达到正常值的2~ 3倍，这就给全工况超低排放造成了很大的困难。

2）场地条件。由于原烟气直接排放，所以燃气锅炉区 域的设备布置比较紧凑，锅炉房后就是引风机房，随即进 入烟囱进行排放。由于业主当时未考虑增添环保设备，所 以厂区内未预留安装环保设备的空间，现场可利用的场 地只有厂房、烟道上空、道路、绿化带等区域，这对环保设 备的占地面积和体积无疑是一种挑战。 

3）烟囱条件。燃气锅炉排放烟气的烟温为140 ℃左 右，烟气中的含水量约为3%，烟气腐蚀性小，所以钢厂未 对烟囱进行防腐处理。 

4）施工条件。近年来，钢材的生产效益越来越好，钢 厂一直处于高产状态，而燃气锅炉为副产物煤气的消耗 设备，也一直处于工作状态，所以对新建环保设备工程而言，可以停炉施工的时间非常短，这不仅增加了施工难 度，而且很多环保技术不能满足如此苛刻的条件。 

根据钢厂燃气锅炉的现场情况，目前有以下几种技 术路线可供选择：SCR脱硝技术+半干法脱硫+布袋除尘 技术，SCR脱硝技术+湿法脱硫+湿电除尘技术，脉冲等离 子体脱硫脱硝除尘一体化技术。 

SCR脱硝技术+半干法脱硫+布袋除尘技术路线为：燃烧后的烟气先经过换热器，到200 ℃左右后进入SCR进 行脱硝，再进入半干法脱硫塔进行脱硫反应，然后反应产 物与烟气中的原粉尘颗粒物在布袋除尘器中被收集。 

SCR脱硝技术+湿法脱硫+湿电除尘技术路线为：燃 烧后的烟气先经过换热器，到200 ℃左右后进入SCR进行 脱硝，再进入湿法脱硫塔进行脱硫反应，最后进入湿式电 除尘器脱除颗粒物。但由于经过湿法脱硫后，烟气会变成 饱和湿烟气，所以需要对烟囱进行防腐或者是对烟气进 行再热。

脉冲等离子体脱硫脱硝除尘一体化技术路线为：燃 烧后的烟气经过换热器换热至80 ℃左右，进入脉冲等离 子体反应装置进行脱硫、脱硝、除尘的一体化脱除反应， 由于需要通过间断喷淋的方式将收集的污染物排出设 备，所以烟气会有10 ℃左右的温降，70 ℃左右的烟气仍 高于烟气的露点温度20 ℃以上，不会对烟囱造成腐蚀。

1）SCR脱硝技术。SCR即为选择性催化还原技术，是 目前最为成熟的脱硝技术，其原理为：在催化剂作用下，向 一定温度的烟气中喷入氨或尿素，将NOx还原成N₂和H₂O。 

主要反应式为：

为N2和H2O，不会构成二次污染，而且净化效率高，脱硝效 率可以高达90%以上；不足的是催化剂容易中毒和失效， 脱硝效率会随着使用时间的增加而逐渐降低，需要定期 进行更换，以保证其性能。

2）半干法脱硫技术。半干法脱硫原理为：往塔内喷入 石灰浆液，利用烟气热量来蒸发浆液中的水分，在干燥脱 硫剂的过程中，与烟气中的SO2发生反应，生成干粉状的 产物。目前脱硫塔的设计主要采用循环流化床的机理，让 石灰浆液在烟气作用下悬浮在塔内，反复循环，从而与烟 气中的SO2充分接触、吸收。在合适的Ga/S下，脱硫效率可 以达到90%以上[2]，较湿法脱硫略低，但其脱硫剂利用率 高，反应迅速，烟气处理时间长，处理后的烟气温度在70~ 80 ℃左右，不会造成烟囱腐蚀。

3）湿法脱硫技术。湿法脱硫采用液体吸收剂对烟气 进行洗涤，是应用最广泛、技术最成熟的技术，目前湿法脱 硫大多采用石膏法。通常，湿法脱硫的液气比为5~14 L/m³， 液气比越大，脱硫效率越高，其脱硫效率可高达95%。由 于采用喷淋液体的方式，并且液气比相对较大，则烟气在 经过湿法脱硫塔时，吸收液对烟气的降温作用比较明显， 塔出口烟温在50 ℃左右，烟气中含水量也会大大增加，成为饱和湿烟气，对烟囱具有腐蚀性。

4）布袋除尘技术。袋式除尘器是一种高效除尘设备， 具有除尘效率高、运行稳定、操作维护简单等优点，广泛 应用于钢铁、有色冶金、建材、化工、食品等行业，在国外 也广泛应用于电厂燃煤锅炉烟气的净化。但其占地面积 大，设备运行阻力较大，滤袋受到烟气的磨损，需要定期 进行更换，运行维护成本高；由于滤料的耐温性能，使其 使用条件受到一定限制，并且对烟气中的氧、氮氧化物等 成分有严格的要求。

5）湿电除尘技术。湿式电除尘器是环保设备的终端 处理设备，利用静电力将气体中粉尘分离，在高电场强度 的作用下，电晕极周围小范围内气体电离，产生大量自由 电子及正离子，当含尘气体通过存在大量负离子及电子 的空间时，负离子及电子会附着在粉尘上，在电场力作用 下，荷电粉尘向其极性反方向运动，在负电晕电场中，大 量荷负电粉尘移向接地的集尘极，最终吸附在收尘极上， 采用喷水的方式，将收集的粉尘带出设备，完成烟气净化 的过程。湿式电除尘器没有二次扬尘，具有很高的除尘效 率，用水来代替振打清灰，设备的可靠性大大提升，但由 于采用连续喷水的方式清灰，且烟气湿度较大，需要有良 好防腐措施。 

6）脉冲放电等离子体脱硫脱硝除尘一体化技术。脉 冲放电等离子体烟气一体化净化技术是以气体高压放电 为基础，激发烟气中的H₂O、O₂等分子，生成OH*、H*和水 合分子等活性自由基[3]，这些自由基与烟气中的SO₂、NO 等污染物结合，生成相应的H₂SO₄、HNO₃等雾滴，与粉尘 颗粒一样，在静电场的作用下荷电并被收集，具体反应机 理如下：

自由基形成：

脉冲放电等离子体烟气一体化净化技术可以同时脱 除多种污染物，无二次污染，空间占用小，可以有效地避 免出现“白烟”现象，但其适合中低浓度烟气治理，如果在 高浓度烟气条件下使用，经济性很差。

从上述技术简要介绍可知，SCR脱硝技术+半干法脱 硫+布袋除尘技术、SCR脱硝技术+湿法脱硫+湿电除尘技 术、脉冲等离子体脱硫脱硝除尘一体化技术等3种技术路 线都能实现钢厂燃气锅炉超低排放的功能，但三者在占 地面积、投资成本及运行维护费用上存在一定的差异。 

如表1所示，SCR脱硝技术+半干法脱硫+布袋除尘技 术路线和SCR脱硝技术+湿法脱硫+湿电除尘技术路线的 占地面积为脉冲放电等离子体烟气一体 化净化技术路线设备的6倍，运行费用为其10倍左右，三 者的投资成本比较接近。

从三者的反应温度看，脉冲放电等离子体烟气一体 化净化技术的反应温度为80 ℃左右，而SCR脱硝技术+半 干法脱硫+布袋除尘技术和SCR脱硝技术+湿法脱硫+湿 电除尘技术的反应温度都在200 ℃左右，这对烟气热量也 是一种浪费。 

综上所述，从成本上考虑，脉冲放电等离子体烟气一 体化净化技术路线明显优于另外两种技术路线，占地面 积也要小得多，并且脉冲放电等离子体烟气一体化净化 设备可以架空布置，放置在烟道、房屋、马路等设施的上 空，不会占用地面空间，也不会影响其他设施设备的正常 工作，整体改造工程量要小得多。 

脉冲放电等离子体烟气一体化净化技术设备可完成 多种污染物的脱除，设备比较简单，设备数量少，附属系 统也少；设备操作简单，故障率低，运行维护人员上手快， 人员需求少，大大减小了设备的运行维护工作量。 

钢铁行业燃气锅炉烟气的脱硫脱硝除尘技术处于起 步和探索阶段，需要结合燃气锅炉烟气的特点，不断创新 和改进脱硫脱硝除尘技术，集各家之所长，在保证性能的 同时降低投资和运行成本，同时减少对环境的二次污染， 促进钢铁行业健康快速地发展。

来源电力行业节能环保低碳服务平台