炼铁区域废气处理技术详解

系统解析炼焦、煤气精制、烧结、高炉等全工序废气来源、处理机理、工艺措施与超低排放工程实践

炼铁区域废气处理概述

钢铁工业是我国大气污染物排放的重点行业，炼铁区域涵盖原料场、炼焦、煤气精制、烧结、高炉等工序，各工序废气排放特征差异显著。烧结工序是产排污强度最大的节点，其机头烟气具有烟气量大、高温、高腐蚀、易结露、高负压等特征，传统电除尘器出口颗粒物浓度超标（50~150mg/m³），严重影响后续脱硫脱硝系统稳定超低排放。[reference:0]焦炉的装煤、推焦、熄焦过程及炉体各部位泄漏的废气是焦化生产产生的各类废气量中危害最大、数量最多的，并且是低矮的无组织源排放，具有污染重、难扩散等特点。[reference:1]2025年4月1日起，《炼焦化学工业大气污染物排放标准（GB 16171.1-2024）》《钢铁工业烧结废气超低排放治理工程技术规范（HJ 1408—2024）》等四项大气固定源污染物排放标准正式实施，对炼铁区域废气治理提出了更高要求。[reference:2]

烧结机头烟气

产排污强度最大，含SO₂、NOₓ、颗粒物、二噁英、重金属等多种污染物，是超低排放改造的关键环节。

焦炉废气

装煤、推焦、熄焦过程及炉体泄漏产生，含颗粒物、SO₂、苯并[a]芘、非甲烷总烃，无组织排放治理难度大。

高炉热风炉烟气

燃高炉煤气产生，含SO₂、NOₓ、颗粒物，采用低氮燃烧+SCR脱硝+钙基干法脱硫+布袋除尘组合工艺。

煤气精制废气

脱硫再生尾气含H₂S、VOCs、氨等，需采用高效气液传质和除雾技术，减少污染物排放。

工序 主要有组织排放源 主要污染物 治理技术路线
原料场 转运站、破碎筛分 颗粒物 封闭料场+布袋除尘
炼焦 装煤、推焦、熄焦、焦炉烟囱 颗粒物、SO₂、NOₓ、苯并[a]芘、非甲烷总烃 袋式除尘+脱硫脱硝+无组织管控
煤气精制 脱硫再生塔、槽罐放散管 H₂S、VOCs、氨 尾气回收+焚烧/吸附
烧结 机头烟气、机尾、成品筛分 SO₂、NOₓ、颗粒物、二噁英、重金属 袋式除尘+脱硫脱硝一体化
高炉 热风炉、出铁场、矿槽、喷煤 SO₂、NOₓ、颗粒物、CO 布袋除尘+脱硫脱硝+煤气精脱硫

炼焦工序废气处理

废气来源与污染物特征

根据《炼焦化学工业废气治理工程技术规范》（HJ 1280—2023），炼焦化学工业主要大气污染物来源涵盖备煤、焦炉、干熄焦、焦处理、煤气净化、焦化废水处理等多个工序。[reference:3]

装煤过程废气

来源与机理

装煤过程产生的污染物占焦炉炉体废气污染物排放量的60%以上。烟气主要来源于三方面：一是煤料装入炭化室占据空间排出的热空气；二是煤料与高温炉墙接触，煤中部分挥发分裂解产生的荒煤气；三是煤中水分汽化生成的水蒸汽。[reference:4]

治理措施

国内焦炉装煤烟气污染防治措施主要有：炉顶消烟除尘技术、炉顶消烟结合地面站技术、大型地面站除尘技术、侧吸管集气技术。[reference:5]采用SOPRECO单孔调压实现无烟装煤，通过自动调节桥管处调节阀阀体开度来实现对每个炭化室的压力调节，使集气管保持负压状态，保证荒煤气不外泄。[reference:6]

推焦与熄焦废气

推焦废气

出焦采用拦焦机集尘罩微负压收集，烟气收集效率在90%以上。设置推焦机侧炉头烟收集处理措施，在一定程度上减少焦炉炉体的无组织排放。[reference:7]

熄焦废气

干熄焦烟囱、排焦口、风机放散管等处逸散废气含颗粒物、SO₂、NOₓ、非甲烷总烃。[reference:8]湿熄焦产生大量蒸汽和有害气体，干熄焦可有效回收红焦显热并消除熄焦废气。

废气系统 工序 污染物排放源 主要污染物
备煤废气 备煤工序 精煤破碎、粉碎、贮存及转运 颗粒物、二氧化硫、苯并呋喃
焦炉废气 装煤工序 装煤孔、上升管等处逸散 颗粒物、二氧化硫、苯并呋喃
焦（出）焦工序 炉门、推焦车、拦焦车、熄焦车、上升管 颗粒物、二氧化硫、苯并呋喃
焦炉烟囱 焦炉本体装煤孔、炉门、上升管 颗粒物、SO₂、NOₓ、非甲烷总烃
干熄焦废气 熄焦工序 干熄焦烟囱、排焦口、风机放散管 颗粒物、SO₂、NOₓ、非甲烷总烃
焦处理废气 焦处理工序 焦转运站、筛焦楼 颗粒物
数据来源：HJ 1280—2023《炼焦化学工业废气治理工程技术规范》表1

废气治理技术体系

袋式除尘技术

采用覆膜滤料，过滤风速控制在0.8m/min以下，颗粒物排放浓度不大于10mg/m³。孔径分布集中均匀，截留以微米计算的超细粉尘，除尘效率达99.9%以上。[reference:9]

焦炉烟气脱硫脱硝

5座焦炉采用国内先进的钠基干法脱硫+袋式除尘+中低温SCR脱硝技术，确保焦炉烟囱SO₂、NOₓ达标排放。[reference:10]

无组织排放管控

采用焦炉大棚技术将焦炉本体及车辆整体封闭，对棚内烟尘进行收集处理。炉顶采用新型密封结构吸尘孔盖，装煤后用特制泥浆密封炉盖与盖座间隙，可减少90%~95%的烟尘外逸。[reference:11]

关键控制参数

  • 过滤风速：≤0.8m/min（覆膜滤料），实际控制在0.6m/min以下效果更佳
  • 推焦烟气收集效率：≥90%
  • 装煤烟气收集率：≥95%（采用SOPRECO单孔调压系统）
  • 颗粒物排放：≤10mg/m³

煤气精制区域废气处理

废气来源与特征

脱硫再生尾气

HPF脱硫再生过程中排放的尾气含H₂S、NH₃等恶臭气体，以及VOCs。脱硫再生塔排放尾气含氨约2.5g/m³，需进一步净化处理，通常采用酸洗或焚烧处理。

槽罐放散气

煤气冷却装置各槽冷凝器放散管排放颗粒物、氰化氢、轻烃类、苯并呋喃等。粗苯蒸馏装置各槽冷凝器放散管同样排放类似污染物。[reference:12]

VOCs逸散

焦化VOCs治理多采用单一技术，化产回收单元VOCs去除率仅50%~90%，存在VOCs逸散、活性炭再生频繁、运行成本高及爆炸风险。污水处理单元VOCs去除率仅50%~70%。

治理技术与措施

高效气液传质技术

采用喷雾反应技术和微气泡技术，增强气液接触反应，缩短反应时间，实现高效的气液传质传热效率，大幅度降低污染物排放。采用高效除雾技术，去除纳米级别的颗粒物和雾滴，减少烟气对雾滴的携带，减少烟雾排放。

尾气资源化利用

脱硫再生尾气可通过尾气收集系统、压力控制系统、尾气排放系统、气液分离系统和煤气浓度控制系统实现资源化利用，将尾气中的可燃组分回收利用。

VOCs综合治理

工艺区、油库单元逸散气通过氮封压力调节系统接入鼓风机前电捕后的吸煤气管道，最终进入焦炉煤气产品中。加强LDAR泄漏检测与修复，减少无组织排放。

烧结工序废气处理

废气来源与污染物特征

在长流程钢铁企业中，烧结工序是产排污强度最大的节点，也是超低排放改造的关键环节之一。[reference:13]烧结机头烟气具有烟气量大、高温、高腐蚀、易结露、高负压等特征，传统电除尘器出口颗粒物浓度超标（50~150mg/m³），严重影响后续脱硫脱硝系统稳定超低排放，已成为钢铁减污降碳的卡脖子问题。[reference:14]

排放源 主要污染物 排放特征
烧结机头烟气 SO₂、NOₓ、颗粒物、二噁英、重金属 烟气量大、高温、高腐蚀、易结露、高负压
烧结机尾 颗粒物 含尘浓度高
成品筛分 颗粒物 含尘废气

袋式除尘技术——烧结机头烟气治理突破

用袋式除尘取代电除尘是烧结烟气除尘技术颠覆性的突破，为下游脱硫脱硝超低排放系统稳定高效运行提供了根本保证。中钢天澄开发了基于袋式除尘的烧结机头烟气多污染物协同净化新工艺，荣获宝武技术创新重大成果一等奖。[reference:15]

袋式除尘器

颗粒物≤10mg/m³

湿法脱硫

SO₂≤35mg/m³

SCR脱硝

NOₓ≤50mg/m³

超低排放

稳定达标

核心技术突破

  • 顶部垂直进风袋式除尘器：解决了在传统袋式除尘器无法耐受烧结机头烟气高负压的情况下应采用何种结构型式进行袋式除尘的核心问题，同时解决火星捕集、粗颗粒预除尘、显著降低设备阻力等问题。[reference:16]
  • 耐高温抗结露耐腐蚀过滤材料：形成了特种高温精细复合滤料产品，解决了烧结机头烟气袋式除尘采用何种过滤材料的核心问题。[reference:17]
  • 适应低尘场景下的高效低碳脱硫脱硝技术：主要包括更优液滴拦截功能的多级高效除雾系统、低阻多孔气流分布板、低尘场景下脱硝催化剂选型布置和除尘脱硫脱硝先进过程控制（APC）技术等。[reference:18]

工艺路线与关键参数

烧结机头烟气→袋式除尘器→主抽风机→石灰石-石膏湿法脱硫→湿式电除尘器→烟道除雾器→热烟再循环加热→GGH换热→燃烧器升温→SCR脱硝→引风机→直排烟囱

入口颗粒物

≤20g/Nm³

出口颗粒物

≤10mg/m³

脱硫效率

≥99%

脱硝效率

≥85%

活性炭脱硫脱硝一体化技术

活性炭/焦脱硫脱硝一体化技术可同时脱除烧结烟气中硫化物、氮氧化物、二噁英、氟化物、颗粒物等多种污染物，是新建烧结机配套烟气脱硫脱硝项目的优先选择。[reference:19]邯钢逆流活性炭烟气净化技术是该类型技术在国内的首次开发与应用，脱硫率≥99.5%、脱硝率≥85%，为国际同类装置最好水平。[reference:20]

逆流吸附技术原理

在吸附装置中把脱硫、脱硝两段任务分离，分两个步骤完成烟气净化过程。第一个活性炭床层进行粉尘、二噁英、重金属、SO₂、卤化物的脱除，烟气再进入下一个活性炭床层完成脱硝任务。逆流技术相比于错流技术具有显著的动力学优势。[reference:21]

鞍钢一体化装置应用

鞍钢股份烧结厂开创性应用活性炭“脱硫-催化脱硝”一体化装置，前端利用活性炭物理吸附高效截留硫分，后端以活性炭为催化剂，精准喷氨实现氮氧化物向氮气与水的绿色转化，可实现脱硫脱硝一并处理。[reference:22]

资源回收利用

活性炭吸附饱和后，利用少部分净化后煤气经过加热后对吸附塔进行解吸再生。解吸出的SO₂可制取硫酸，实现硫资源的回收利用，系统作业率理论上可达100%。[reference:23]

运行效果

邯钢2#435m²烧结机逆流活性炭装置自2017年3月投运以来，污染物排放指标远低于国家特别限排标准要求，SO₂≤10mg/m³，NOₓ≤50mg/m³，颗粒物≤10mg/m³，实现了超低排放和绿色清洁生产。[reference:24]

高炉工序废气处理

有组织废气来源

热风炉燃烧废气

热风炉以净化后的高炉煤气为燃料，燃烧产生含SO₂、NOₓ、颗粒物的废气。热风炉烟气采用低氮燃烧+SCR脱硝+钙基干法脱硫+布袋除尘器处理。[reference:25]酒钢高炉热风炉废气经纳米活性钙固定床干法脱硫装置处理后达标排放。[reference:26]

出铁场废气

高炉铁口出铁时产生大量含尘烟气，通过设置在铁口两侧吸尘罩和设置在铁口顶部顶吸罩捕集后送布袋除尘器净化。[reference:27]出铁口区域采用钢结构整体式封闭罩进行封闭。[reference:28]

矿槽及上料系统废气

矿焦槽卸料粉尘、高炉加料粉尘等含尘废气，经滤筒袋式除尘器处理后通过烟囱排放。矿焦槽受料口全封闭，地沟皮带头罩进料口设置密封挡皮。[reference:29]

喷煤系统废气

煤粉制备过程中产生的含尘废气，煤粉具有粉尘爆炸风险，需设置防爆措施。采用袋式除尘器净化处理。[reference:30]

无组织废气与煤气净化

炉顶均压放散煤气

炉顶均压放散煤气经炉顶旋风除尘器和布袋除尘器净化后送入净煤气管网回收利用，不外排。高炉煤气经重力除尘器、布袋除尘器净化处理后送全厂煤气管网回收利用，不外排。[reference:31]

高炉煤气精脱硫

高炉煤气含有高浓度羰基硫（COS）等有机硫化物，若不经脱硫直接燃烧，会生成SO₂污染大气。中铝环保开发出赤泥基保护剂和氧化铝基水解剂，成功破解高炉煤气源头精脱硫技术难题，燃烧后SO₂排放浓度不超过30mg/m³，运行成本比传统方法降低20%以上。[reference:32]

CO治理

高炉炉顶均压及休风过程放散煤气进行回收处理。金鼎重工1080m³高炉热风炉CO治理技术改造工程2025年9月点火成功并投入正常使用，实现CO“近零”排放。[reference:33]

高炉煤气精脱硫技术路线对比

水解催化+湿法脱硫

通过水解把羰基硫（COS）转化为无机硫再用湿法去除，脱硫效率高、运行稳定。但存在水耗高、废水难处理等问题。[reference:34]

水解催化+干法脱硫

先用“先转后吸”的全干法思路，通过水解将有机硫转化为无机硫，再利用兰炭吸附脱除硫化氢。突破了传统湿法脱硫“水耗高、废水难处理”及其他工艺“运行周期短、工况适应性差”的行业技术瓶颈。[reference:35]

微晶吸附

采用新型纳米疏水微晶材料作为吸附材料，采用多塔变温吸附技术，在较低温度下同时选择性地吸附硫化氢、有机硫、氨气等污染物。吸附饱和后利用少部分净化后煤气经过加热后对吸附塔进行解吸再生。[reference:36]

技术推荐

结合项目施工场地条件、建设及运行费用等因素，综合考虑选择水解催化-湿法脱硫工艺或全干法水解催化-干法脱硫工艺对现有煤气系统进行改造。[reference:37]全干法工艺更为简洁，整个运行过程不产生废水、化学溶剂或浆液等废弃物，脱硫运行成本比传统方法降低20%以上。[reference:38]

废气排放标准与合规要求

炼铁区域主要废气排放限值

排放源 颗粒物 SO₂ NOₓ 标准来源
烧结机机头 10 35 50 超低排放意见
球团焙烧 10 35 50 超低排放意见
其他主要污染源 10 50 200 超低排放意见
氨法脱硫/脱硝（氨） 浓度限值 8 mg/m³ 辽宁省地方标准
企业边界无组织氨 浓度限值 0.2 mg/m³ 辽宁省地方标准
数据来源：《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》（环大气〔2019〕35号）及辽宁省地方标准DB21/4119—2025

合规管理要点

  • 有组织排放管控：各排放口安装CEMS在线监测系统，数据实时上传至生态环境部门。
  • 无组织排放管控：物料储存全封闭、输送全封闭、生产过程全封闭，实现“用矿不见矿、用煤不见煤、运料不见料”。[reference:39]
  • 清洁运输：提高铁路和水路运输比例，建设门禁系统和视频监控系统，确保运输车辆满足超低排放要求。
  • 应急减排：重污染天气应急期间严格落实减排措施，未落实将直接影响环保绩效评级和创A申报资格。

典型工程案例

武昆股份安宁基地——云南首个全流程超低排放钢厂

投资23亿元

项目概况

自启动超低排放改造以来，先后组织实施7个超低排放项目，累计投入23亿元，确定了3大类211项超低排放改造项目有序实施。

核心技术

采用“高效布袋除尘+氨法脱硫+SCR脱硝”“石灰石石膏法脱硫+SCR脱硝”“CFB脱硫+SCR脱硝”等组合技术。建成22万平方米封闭料场和28座煤焦筒仓群，实现全封闭管理。

示范意义

2025年2月完成超低排放改造和评估监测公示，成为云南省第一个全流程超低排放钢厂，实现“用矿不见矿、用煤不见煤、运料不见料、生产不见尘”。[reference:40]

酒钢炼铁厂2号高炉——超低排放改造项目

2025年竣工

项目概况

铁水产能113.4万吨/年，2025年11月环保设施全部竣工并调试运行。主要包括矿槽供料系统、高炉上料系统、炉顶系统、出铁场系统、热风炉系统、除尘系统等。

核心技术

矿焦槽及上料系统含尘废气经滤筒袋式除尘器处理；出铁场废气经低压脉冲布袋除尘器处理；热风炉废气经纳米活性钙固定床干法脱硫装置处理；炉顶均压放散煤气经净化后回收利用，不外排。[reference:41]

环保效果

改建工程共设置4根排气筒，矿焦槽受料口全封闭，出铁口区域采用钢结构整体式封闭罩，实现有组织和无组织排放全面管控。

邯钢——逆流活性炭烟气净化技术

国内首套

项目概况

国内第一套、第二套逆流活性炭吸附装置于2017年3月和2018年2月相继应用于邯钢2#435m²烧结机和360m²烧结机，是该类型技术在国内的首次开发与应用。[reference:42]

核心技术

研制了可同时脱除烧结烟气中硫化物、氮氧化物、二噁英、氟化物、颗粒物等多污染物的活性炭逆流吸附装置，吸附模块分为脱硝、脱硫三段独立功能区。[reference:43]

运行效果

SO₂≤10mg/m³，NOₓ≤50mg/m³，颗粒物≤10mg/m³，脱硫率≥99.5%、脱硝率≥85%，达到国际同类装置最好水平。烧结机作业率提高3%。[reference:44]