引言

隨著超低排放技術(shù)在電力行業(yè)的普及，中國大氣污染防止重點(diǎn)已經(jīng)從電力行業(yè)向非電行業(yè)轉(zhuǎn)變。2018年中國粗鋼產(chǎn)量居世界**，為9.28億噸，占全球總產(chǎn)量的51.32%。中國的鋼鐵生產(chǎn)以長流程為主，包括了燒結(jié)、球團(tuán)、焦化、高爐、轉(zhuǎn)爐和軋鋼等多個(gè)高能耗工藝環(huán)節(jié)，行業(yè)生產(chǎn)工序多、污染種類雜、排放總量達(dá)的特點(diǎn)，使得鋼鐵企業(yè)成為大氣污染減排重點(diǎn)行業(yè)。

在鋼鐵行業(yè)中，燒結(jié)、球團(tuán)和焦化工序是高能耗、高排放環(huán)節(jié)。其中燒結(jié)工序的能耗占鋼鐵企業(yè)總能耗的約15%左右，燒結(jié)機(jī)煙氣的污染物排放指標(biāo)也占到了鋼鐵企業(yè)總污染排放指標(biāo)的70%左右。國家環(huán)保部在2012年6月就頒布了《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB28662-2012）》，隨后在2019年4月生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合各部委發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》（環(huán)大氣[2019]35號(hào)），將燒結(jié)（球團(tuán)）煙氣中污染物的排放限值設(shè)定為10、35、50 mg/Nm3，基本和電力行業(yè)的超低排放標(biāo)準(zhǔn)一致。超低排放限值的出臺(tái)推動(dòng)了鋼鐵行業(yè)超低排放技術(shù)的升級(jí)，基于“多污染物協(xié)同控制”和“全過程耦合”的理念下，誕生了多種覆蓋燒結(jié)、球團(tuán)、焦化、高爐等工序的超低排放治理技術(shù)。

在煙氣余熱回收利用和換熱過程中，大量的硫化物、HF、Cl-、硝酸根離子對傳熱界面的介質(zhì)具有強(qiáng)烈的腐蝕性，當(dāng)煙氣溫度低于露點(diǎn)溫度時(shí)，腐蝕性物質(zhì)與煙氣中的金屬離子在水的作用下，*易形成鹽類化合物，板結(jié)在換熱器表面，增大阻力，并增加檢修頻率。氟塑料換熱器是一種采用聚四氟乙烯（PTFE）制作換熱界面的新型高效管式換熱器，其繼承了聚四氟乙烯（PTFE）不腐蝕、不結(jié)垢、表面光滑易清洗、耐溫性能好、使用壽命長等特點(diǎn)，可長期穩(wěn)定運(yùn)行在低溫?zé)煔猸h(huán)境中。本文將著重討論將氟塑料換熱器應(yīng)用在燒結(jié)（球團(tuán)）煙氣后置脫硝工藝中的優(yōu)勢，并探討采用新型氟塑料換熱器在腐蝕性環(huán)境下的工藝優(yōu)化。

1 燒結(jié)煙氣超低排放技術(shù)

1.1燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)

燒結(jié)煙氣的產(chǎn)生、形態(tài)和污染物的來源不同于燃煤鍋爐煙氣。燒結(jié)煙氣中的硫、氮等污染物不僅源于燃料的S、N含量和燃燒過程中的工況條件，而且還與原輔料的質(zhì)量相關(guān)，其特點(diǎn)可以總結(jié)為：

（1）煙氣量大且波動(dòng)大。每生產(chǎn)1t燒結(jié)礦，機(jī)頭煙氣量約4000-6000m3，目前大多數(shù)燒結(jié)機(jī)都300m2以上，煙氣量可達(dá)到200萬m3以上。

（2）煙氣溫度波動(dòng)大。隨燒結(jié)煙氣工況不同，煙氣溫度在120——180℃范圍內(nèi)變化。

（3）煙氣中NOx濃度低、波動(dòng)大。通常NOx濃度在200-400mg/m3之間，但*高瞬時(shí)濃度可能達(dá)到650mg/m3。

（4）煙氣粉塵濃度高，含鐵粉和重金屬。

（5）含濕量大，露點(diǎn)溫度高（65-80度）。為提高燒結(jié)層的透氣性，混合前燒結(jié)料要加水制粒，水分含量一般在10%左右。

（6）含氧量高。燒結(jié)煙氣含氧量在12-18%之間。

（7）含有毒有害氣體。煙氣中除SO2和NOx外，還含有HCl、HF、呋喃和微量二噁英等。

1.2 燒結(jié)煙氣脫硫工藝的選擇

燒結(jié)煙氣凈化工藝中，對于脫硫技術(shù)，可以借鑒火電廠的超低排放技術(shù)路線。在鋼鐵行業(yè)的燒結(jié)機(jī)脫硫工藝，曾經(jīng)由于標(biāo)準(zhǔn)的一次次變化，導(dǎo)致走了很多彎路。燒結(jié)煙氣凈化的脫硫工藝主要有三類：濕法、干法和半干法，每一種工藝都有各自的特點(diǎn)，可根據(jù)現(xiàn)場條件進(jìn)行選擇。因?yàn)榕欧畔拗档淖兓?、生產(chǎn)條件的變化、產(chǎn)品市場行情的變化*終都會(huì)影響每一種工藝的應(yīng)用前景。

干法（鈣法）脫硫：初投資較低，但脫硫效率低、副產(chǎn)物無法處置，不適用于當(dāng)前的超低排放政策；

干法（活性炭（焦））脫硫：初投資高，可協(xié)同脫除多種污染物，運(yùn)維水平要求高，檢修費(fèi)用高，不適用于高濃度（2000mg/Nm3以上）煙氣脫硫；

半干法（SDA、CFB）：脫硫效率較高，但副產(chǎn)物無法處置。如強(qiáng)行實(shí)現(xiàn)超低排放，其運(yùn)行費(fèi)用高。系統(tǒng)啟停時(shí)的調(diào)試周期較長。

濕法（氨法）：脫硫效率高且穩(wěn)定，具有協(xié)同脫出NO的效果；運(yùn)維復(fù)雜，成本高，副產(chǎn)物經(jīng)濟(jì)性差。

濕法（鈣法）：脫硫效率高且穩(wěn)定，協(xié)同脫除效果較差；運(yùn)維成熟，成本低，副產(chǎn)物容易處理。

結(jié)合燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)，活性炭脫硫、半干法（CFB、SDA）和濕法（鈣法）脫硫工藝均符合超低排放的要求：活性炭技術(shù)適用于硫含量較低的燒結(jié)煙氣，能夠協(xié)同去除NOx和二噁英等，但副產(chǎn)物純度低，價(jià)值低，并且伴隨著近年來活性炭價(jià)格的飆升，使得其運(yùn)維成本也大幅度提高；半干法技術(shù)適用于SO2含量不高的燒結(jié)煙氣，對于高硫煙氣，其實(shí)現(xiàn)超低排放的運(yùn)行費(fèi)用會(huì)大大增加，并且該工藝的副產(chǎn)物處理較為困難；濕法（鈣法）技術(shù)非常成熟，能夠完全適應(yīng)燒結(jié)煙氣的波動(dòng)問題，副產(chǎn)物處理也可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部消化，適用范圍廣，但對于其他污染物的協(xié)同去除效果不明顯。

1.3燒結(jié)煙氣脫硝工藝的選擇

目前在國內(nèi)燒結(jié)機(jī)煙氣脫硝方面，存在眾多技術(shù)路線，如：選擇性催化還原脫硝（SCR）、選擇性非催化還原脫硝（SNCR）、催化氧化脫硝、活性炭脫硝、等離子法脫硝、生化法脫硝等。其中可實(shí)現(xiàn)超低排放要求并有具體工程應(yīng)用案例的工藝，主要有中低溫SCR脫硝工藝、活性炭脫硫脫硝一體化工藝和臭氧氧化硫硝協(xié)同脫除工藝三種。

（1）中低溫SCR脫硝工藝：該工藝的原理是在催化劑的作用下向溫度在250-400度的煙氣中噴入還原劑NH3，將煙氣中的NO和NOx還原成氮?dú)夂退?，其反?yīng)方程式為：

氟塑料換熱器在燒結(jié)煙氣SCR后置脫硝工藝中的應(yīng)用

工業(yè)上常見的SCR工藝選用釩鎢鈦系的催化劑，不僅對NOx脫除效率較高，還能脫除二噁英等，因此該技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景。在火電行業(yè)中SCR的布置方式有兩種：脫硝前置和脫硝后置。由于燒結(jié)煙氣粉塵含量高并有鐵離子和重金屬的特點(diǎn)，SCR前置工藝在應(yīng)用過程中*易產(chǎn)生脫硝催化劑中毒、失活等問題，增加運(yùn)營維護(hù)成本，故燒結(jié)煙氣SCR脫硝多采用脫硝后置的布置方式。

后置SCR工藝是將脫硫后的煙氣先通過GGH換熱器，升溫到250℃，再用加熱爐加熱升溫到280℃左右后，進(jìn)入SCR脫硝反應(yīng)器催化層進(jìn)行脫硝，脫硝后的凈煙氣再通過GGH與低溫原煙氣換熱降溫后，經(jīng)煙囪排出。該工藝目前已經(jīng)成為燒結(jié)機(jī)煙氣脫硝的主流工藝，本文在后面針對該工藝進(jìn)行分析優(yōu)化和探討。

（2）活性炭（焦）脫硫脫硝一體化工藝：該工藝主要利用活性炭（焦）表面吸附能力脫除氮氧化物。吸附的機(jī)理有兩種，一種是物理吸附，依賴于活性炭多孔比表面積大的特性，將煙氣中的污染物截留在活性炭內(nèi)；另外一種是化學(xué)吸附，利用活性炭表面的晶格有缺陷的C原子、含氧官能團(tuán)和*性表面氧化物，有針對性的將污染物固定在活性炭表面，其脫硝反應(yīng)化學(xué)方程式為：

氟塑料換熱器在燒結(jié)煙氣SCR后置脫硝工藝中的應(yīng)用

該工藝特點(diǎn)總結(jié)：1）可實(shí)現(xiàn)多種污染物的協(xié)同脫除，外排煙氣可視效果好；2）活性碳可再生利用，副產(chǎn)物可實(shí)現(xiàn)資源化利用；3）系統(tǒng)初期投資大，對原有工藝不兼容，需拆除原有工藝系統(tǒng)，造成資金浪費(fèi)，并且活性炭（焦）的價(jià)格高漲，導(dǎo)致運(yùn)行成本相對較高；4）活性炭再生系統(tǒng)、制酸系統(tǒng)操作復(fù)雜，能耗高；5）系統(tǒng)阻力大。

（3）臭氧氧化硫硝協(xié)同脫除工藝：該工藝原理是利用臭氧，將難溶于水的NO氧化成易溶于水的NO2、N2O5等高價(jià)NOx，再經(jīng)過濕法脫硫系統(tǒng)洗滌脫除，其反應(yīng)方程式如下：

氟塑料換熱器在燒結(jié)煙氣SCR后置脫硝工藝中的應(yīng)用

該工藝具有占地小、改造投資低；適用于改造項(xiàng)目中場地狹小，NOx總脫除量小的工程。由于臭氧的制備能耗高、副產(chǎn)物硝酸鹽難以回收、臭氧逃逸等問題，限制了該工藝的推廣。

2 氟塑料（PTFE）換熱器在低溫?zé)煔猸h(huán)境下的應(yīng)用

2.1 氟塑料換熱器的特點(diǎn)

氟塑料換熱器是指：以含氟聚合物為原料制作換熱器的核心換熱部件的換熱器產(chǎn)品。由于采用了含氟聚合物，所以其換熱器繼承了含氟聚合物的一些特點(diǎn)，例如：耐酸堿腐蝕、耐老化性強(qiáng)、表面光滑不沾粘等。而市面上性能**的氟塑料煙氣換熱器是采用改性PTFE（聚四氟乙烯，也稱塑料王）加工制作的氟塑料換熱器產(chǎn)品。高分子材料的改性，是指在保留高分子材料絕大部分性能外，針對某一特定應(yīng)用，對高分子材料的物理、機(jī)械性能做針對性的提升，從而使材料能夠更適合這一應(yīng)用。例如：沃斯坦公司的ALWAFLON系列氟塑料換熱器管材，針對換熱器行業(yè)的應(yīng)用，將PTFE樹脂進(jìn)行耐溫、耐壓、增強(qiáng)導(dǎo)熱系數(shù)等方面的改性，使其成為行業(yè)內(nèi)性能**的氟塑料換熱器管材。