燒結(jié)煙氣脫硫脫硝處理技術(shù)的比較分析

鄒凌云，孫　普

（寶鋼集團(tuán)廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司能源環(huán)保部， 廣東　韶關(guān)　512123）

行業(yè)縱橫

燒結(jié)煙氣脫硫脫硝處理技術(shù)的比較分析

鄒凌云，孫普

（寶鋼集團(tuán)廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司能源環(huán)保部， 廣東韶關(guān)512123）

基于我國(guó)鋼鐵工業(yè)燒結(jié)煙氣各污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)要求和污染控制技術(shù)現(xiàn)狀，分析國(guó)內(nèi)外典型鋼鐵燒結(jié)煙氣多污染物協(xié)同控制技術(shù)——活性炭吸附工藝、LJS-FGD多污染物協(xié)同凈化工藝和催化氧化法綜合清潔技術(shù)等多種技術(shù)的主要特點(diǎn)、存在問(wèn)題，對(duì)其技術(shù)經(jīng)濟(jì)及減排效果進(jìn)行比較。

燒結(jié)煙氣多污染物脫硝

在燒結(jié)過(guò)程中，在高溫燃燒條件下，燃料與燒結(jié)混合料發(fā)生燒結(jié)反應(yīng)而產(chǎn)生SO2、NOx、HCl、HF、CO2、CO、二噁英等多種污染物和粉塵等廢氣，其主要特性包括煙氣量大、溫度波動(dòng)大、粉塵濃度高、氣體腐蝕性高、二氧化硫排放量大等[1]。2012年國(guó)家環(huán)保部頒布實(shí)施了《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，嚴(yán)格要求污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，對(duì)燒結(jié)煙氣進(jìn)行脫硫脫硝處理勢(shì)在必行。

1　燒結(jié)煙氣脫硫脫硝處理的現(xiàn)狀

我國(guó)燒結(jié)煙氣脫硫早在2004年由廣州鋼鐵廠在24 m2燒結(jié)廠初步實(shí)施，于2007年全面實(shí)施。據(jù)環(huán)保部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，至2014年，全國(guó)燒結(jié)機(jī)脫硫設(shè)施共有526臺(tái)（見(jiàn)表1），已有脫硫設(shè)施的燒結(jié)機(jī)面積達(dá)8.7萬(wàn)m2，占燒結(jié)機(jī)面積的63%。從公布的清單分析，干法、半干法占17%，濕法占87%。除部分已建的干法（活性炭法）燒結(jié)脫硫脫硝一體化處理設(shè)施外，燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫脫硝的實(shí)例較少。

《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 28662—2012）自2015年10月1日起執(zhí)行第二時(shí)段的排放標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了NOx和二噁英的排放限值要求，嚴(yán)格要求SO2、顆粒物和氟化物的排放，而現(xiàn)有的燒結(jié)煙氣脫硫設(shè)施無(wú)法滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)，因此實(shí)現(xiàn)燒結(jié)煙氣多污染物協(xié)同處置和一體化處理勢(shì)在必行。

2　燒結(jié)煙氣脫硫脫硝的分析

目前，對(duì)燒結(jié)煙氣的污染處理主要以脫硫?yàn)橹?。新?biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對(duì)煙氣處理提出了更嚴(yán)格的要求，尤其是對(duì)于已建的脫硫設(shè)施，由于技術(shù)、用地、建設(shè)和運(yùn)行成本等因素的限制，直接導(dǎo)致煙氣處理系統(tǒng)變得復(fù)雜和處理成本增加。因此，應(yīng)針對(duì)項(xiàng)目建設(shè)特點(diǎn)，對(duì)新建燒結(jié)機(jī)、已建成的脫硫設(shè)施區(qū)別對(duì)待，綜合考慮一種一體化的處理技術(shù)。

表1　截止2014年全國(guó)燒結(jié)脫硫建設(shè)情況

由于現(xiàn)有的燒結(jié)煙氣脫硫工藝主要集中于傳統(tǒng)的干法、半干法、濕法，因此分別選取干法、半干法、濕法脫硫脫硝一體化等技術(shù)進(jìn)行分析對(duì)比。

2.1活性炭煙氣凈化技術(shù)

20世紀(jì)50年代德國(guó)開(kāi)始研發(fā)活性炭吸附工藝，20世紀(jì)60年代日本也開(kāi)始研發(fā)[2]。目前，國(guó)內(nèi)外大型鋼鐵企業(yè)在燒結(jié)煙氣脫硫脫硝中已取得多項(xiàng)工程應(yīng)用，包括新日鐵名古屋制鐵所燒結(jié)機(jī)（1987年8月投運(yùn)）、浦項(xiàng)鋼鐵（POSCO）燒結(jié)機(jī)（2004年投運(yùn)）等。太鋼從日本住友株式會(huì)社引進(jìn)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于3號(hào)、4號(hào)燒結(jié)機(jī)，于2010年建成活性炭煙氣處理設(shè)施。其反應(yīng)原理包括以下幾方面：

1）燒結(jié)機(jī)排出的煙氣經(jīng)除塵器除塵后，由主風(fēng)機(jī)排出。煙氣中的SO2、H2O與O2在排煙溫度為120～150℃時(shí)，被活性炭吸附富集，然后被催化轉(zhuǎn)化為吸附態(tài)的SO3，之后和吸附態(tài)的H2O結(jié)合生成吸附態(tài)的H2SO4。

2）當(dāng)SO2的出口濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后，將活性焦移動(dòng)至再生器，在溫度達(dá)到450℃左右時(shí)按照反應(yīng)式解吸出濃度在20%～25%之間的高濃SO2氣體。這種SO2氣源可以根據(jù)市場(chǎng)需求用作生產(chǎn)硫酸、硫磺、硫銨鹽、液態(tài)SO2等硫化工原料。

3）脫硝反應(yīng)被稱之為選擇性催化還原（SCR）反應(yīng)，在活性焦催化作用下將NOx（包括NO、NO2等）和NH3轉(zhuǎn)化為無(wú)害的N2和H2O，達(dá)到脫除NOx的目的。

2.1.1脫硫反應(yīng)

脫硫反應(yīng)有：（SO2）氣→（SO2）吸附；（O2）氣→（O2）吸附；（H2O）氣→（H2O）吸附；（SO2）吸+l/2（O2）吸→（SO3）吸；（SO3）吸+（H2O）吸→（H2SO4）吸。

2.1.2再生反應(yīng)

2（H2SO4）吸附+C→2SO2+2H2O+CO2.

2.1.3脫硝反應(yīng)

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O；

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

根據(jù)太鋼活性炭處理的監(jiān)測(cè)參數(shù)得知，3號(hào)燒結(jié)機(jī)的脫硫率為98.8%、脫硝率為61.O%、除塵率為82.5%、脫二噁英率為90%[3]，實(shí)現(xiàn)了良好的煙氣脫硫、脫硝、脫二噁英和除塵的集成凈化功能，環(huán)保效果顯著。

活性炭吸附工藝的優(yōu)點(diǎn)是污染物一體化處置效率高，缺點(diǎn)是建設(shè)和運(yùn)行成本高。以太鋼450 m2燒結(jié)機(jī)為例，活性炭設(shè)施投資為3.4億元，運(yùn)行成本為4 870萬(wàn)元/年。

2.2循環(huán)流化床脫硫+SCR脫硝工藝

循環(huán)流化床工藝主要由吸收劑制備與供應(yīng)、吸收塔、物料再循環(huán)、工藝水、布袋除塵器以及副產(chǎn)物外排等構(gòu)成。一般采用干態(tài)的消石灰粉作為吸收劑，也可采用其他對(duì)二氧化硫有吸收反應(yīng)能力的干粉或漿液作為吸收劑。

由鍋爐排出的煙氣從吸收塔（即流化床）底部進(jìn)入。吸收塔底部為一個(gè)文丘里裝置，煙氣流經(jīng)文丘里管后速度加快，與細(xì)的吸收劑粉末互相混合，使顆粒之間、氣體與顆粒之間產(chǎn)生劇烈摩擦，形成流化床，在噴入均勻水霧、降低煙溫的條件下，吸收劑與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)生成CaSO3和CaSO4。脫硫后攜帶大量固體顆粒的煙氣從吸收塔頂部排出，進(jìn)入再循環(huán)除塵器處理后被排放。

脫硫后煙氣溫度為75～80℃，經(jīng)過(guò)GGH換熱、加熱爐將溫度加熱至160～300℃，以高爐煤氣為熱源進(jìn)行加熱，熱煙氣進(jìn)入SCR反應(yīng)器，與加入的脫硝劑在催化劑作用下進(jìn)行高效脫硝反應(yīng)，最后潔凈煙氣經(jīng)系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)排往煙囪。SCR脫硝裝置主要由GGH換熱器、煙氣加熱爐、SCR反應(yīng)器、氨站等組成。在催化劑的作用下，當(dāng)煙氣溫度為280～300℃時(shí)，利用氨作為還原劑，與煙氣中的NOx反應(yīng)，產(chǎn)生無(wú)害的氮?dú)夂退?。同時(shí)，二噁英經(jīng)過(guò)催化劑會(huì)裂解成CO2、水及HCl。

脫硝機(jī)理為：

4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O；

2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O；

NO+NO2+2NH3=2N2+3H2O。

“循環(huán)流化床+SCR”工藝的優(yōu)點(diǎn)為：一是脫硝技術(shù)成熟、污染物脫除效率高、適用范圍廣，可滿足最嚴(yán)格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求，工程總投資和運(yùn)行費(fèi)用適中。二是對(duì)于目前已建設(shè)脫硫裝置的燒結(jié)球團(tuán)企業(yè)，為滿足新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氮氧化物的排放要求，可繼續(xù)建設(shè)脫硝部分，不存在重復(fù)建設(shè)問(wèn)題，維護(hù)和運(yùn)行簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是脫硫、脫硝副產(chǎn)物產(chǎn)生量大，尚無(wú)公認(rèn)的最佳應(yīng)用途徑或資源回收價(jià)值，需作為廢物進(jìn)行處理。該工藝目前在寶鋼集團(tuán)梅鋼公司、三鋼、昆鋼等大型鋼鐵廠得到成功應(yīng)用[4]。

2.3濕法脫硫+SCR聯(lián)合脫硝工藝

選擇性催化還原法（SCR）技術(shù)相對(duì)成熟，具有較高的脫硝效率，在燃煤電廠得到廣泛應(yīng)用，但其在燒結(jié)煙氣處理中的應(yīng)用較少。

2.3.1制約因素

濕法脫硫后煙氣溫度普遍處于50～80℃，而SCR技術(shù)需要的反應(yīng)溫度為320～450℃。在反應(yīng)溫度較高時(shí)，催化劑會(huì)產(chǎn)生燒結(jié)及（或）結(jié)晶現(xiàn)象；在反應(yīng)溫度較低時(shí)，催化劑的活性會(huì)因?yàn)榱蛩徜@在催化劑表面凝結(jié)堵塞催化劑的微孔而降低。

2.3.2工藝優(yōu)化

將煙氣脫硝工藝置于脫硫工藝之前，燒結(jié)煙氣經(jīng)加熱裝置升溫，先進(jìn)行SCR技術(shù)脫硝，然后用換熱裝置（可用余熱鍋爐，也可采用其他換熱裝置）進(jìn)行降溫處理，出來(lái)的煙氣經(jīng)脫硫裝置凈化后，從煙囪排出。

2.3.3采取措施

燒結(jié)機(jī)主抽風(fēng)機(jī)的煙氣經(jīng)四電場(chǎng)或五電場(chǎng)凈化處理后，將燒結(jié)機(jī)主抽風(fēng)機(jī)的煙氣升溫至350℃左右，接著采用SCR工藝對(duì)煙氣進(jìn)行脫硝，對(duì)脫硝后的煙氣采用換熱利用技術(shù)降溫后，進(jìn)行濕法煙氣脫硫，形成煙氣“脫硝+脫硫”的倒置處理流程。

中國(guó)臺(tái)灣中鋼公司的三座燒結(jié)機(jī)采用該技術(shù)路線用于燒結(jié)煙氣脫硝處理[5]。以550 m2燒結(jié)機(jī)為例，SCR脫硝投資約6 000萬(wàn)元，年耗電約220 kW·h，耗高爐煤氣5 200萬(wàn)m3，脫硝成本接近12元/t燒結(jié)礦。

該路線的優(yōu)點(diǎn)為，由于國(guó)內(nèi)濕法脫硫的比例較高，若推廣成功則對(duì)大多數(shù)現(xiàn)有脫硫設(shè)施有效，適用性強(qiáng)。缺點(diǎn)為需對(duì)煙氣進(jìn)行再熱，能耗高導(dǎo)致運(yùn)行成本高，煙氣中的鹽分易導(dǎo)致SCR催化劑中毒，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性存在風(fēng)險(xiǎn)，使用后的SCR催化劑屬危險(xiǎn)廢物，需密切關(guān)注。

2.4其他脫硫脫硝一體化技術(shù)

2.4.1濕法脫硝工藝

對(duì)典型的催化氧化法脫硝工藝進(jìn)行分析。該工藝屬濕式洗滌并脫硫脫硝技術(shù)，采用濕式洗滌的方法，在一套設(shè)備中同時(shí)脫除煙氣中的SO2和NOx的方法，采用氧化吸收塔和堿式吸收塔兩段工藝。氧化吸收塔是采用氧化劑來(lái)氧化NO、SO2及有毒金屬的；堿式吸收塔則作為后續(xù)工藝，以堿液為吸收劑，吸收殘余的酸性氣體，NOx脫除率達(dá)95%以上。

該工藝的缺點(diǎn)在于工程案例較少，存在催化劑昂貴、一次性投資和運(yùn)行成本較高等問(wèn)題。

濕法脫硝工藝可以分為堿液吸收法、絡(luò)合吸收法、還原吸收法和氧化吸收法等。

2.4.2電子束輻照煙氣聯(lián)合脫硫脫硝

利用陰極發(fā)射并經(jīng)電場(chǎng)加速形成高能電子束，這些電子束在輻照煙氣時(shí)會(huì)產(chǎn)生自由基，和SOx、NOx反應(yīng)生成硫酸和硝酸，在通入氨氣的情況下，產(chǎn)生（NH4）2SO4和NH4NO3等副產(chǎn)品。

該方法在20世紀(jì)70年代由日本首先提出，經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外多年的研究開(kāi)發(fā)，目前已完成工業(yè)實(shí)驗(yàn)，但尚無(wú)工業(yè)化應(yīng)用。主要缺點(diǎn)為能耗較高、副產(chǎn)物含水率大，同時(shí)要考慮電子束發(fā)生器的防輻射措施。

3　幾種煙氣脫硫脫硝技術(shù)的綜合對(duì)比

3.1新建燒結(jié)機(jī)

新建燒結(jié)機(jī)宜選用活性炭脫硫脫硝一體化處理工藝。該處理工藝在國(guó)內(nèi)已有既成案例，運(yùn)行穩(wěn)定，但一次性投資和運(yùn)行成本較高。

3.2現(xiàn)有干法/半干法脫硫改造

現(xiàn)有干法脫硫工藝宜進(jìn)行配套改造，增加SCR脫硝設(shè)施。該處理工藝在國(guó)內(nèi)已有既成案例，運(yùn)行穩(wěn)定，但應(yīng)充分考慮脫硫脫硝產(chǎn)物帶來(lái)的二次污染問(wèn)題。

3.3現(xiàn)有濕法脫硫改造

現(xiàn)有濕法脫硫工藝可謹(jǐn)慎考慮增加SCR脫硝設(shè)施，盡量選擇成熟的低溫催化劑。該工藝存在能耗及運(yùn)行成本高的問(wèn)題。

4　結(jié)論

1）受污染物處理技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件限制，目前我國(guó)已實(shí)施的燒結(jié)煙氣處理基本上都以脫硫?yàn)橹?，而?duì)于同時(shí)實(shí)現(xiàn)燒結(jié)脫硫、脫硝、脫二噁英等一體化技術(shù)尚處于起步階段，建成的工程應(yīng)用案例也不多。

2）煙氣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)是當(dāng)前大氣污染物治理技術(shù)發(fā)展的方向，也是煙氣治理市場(chǎng)亟需的工藝路線。目前的技術(shù)均存在或多或少的缺點(diǎn)，工業(yè)化應(yīng)用難以選擇。

3）針對(duì)燒結(jié)煙氣的處理，應(yīng)根據(jù)自身特點(diǎn)，對(duì)各種有成功業(yè)績(jī)的工藝技術(shù)進(jìn)行合理消化吸收，在此基礎(chǔ)上加快發(fā)展適合我國(guó)技術(shù)和設(shè)備，降低投資和運(yùn)行費(fèi)。

4）綜合分析各技術(shù)在成熟度、脫硫脫硝效果和二次污染的對(duì)比，活性炭干法聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)應(yīng)用在一段時(shí)期內(nèi)可作為燒結(jié)球團(tuán)煙氣脫硫脫硝綜合治理的首選技術(shù)。

[1]秦峰.燒結(jié)煙氣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)的探討與選擇[J].中國(guó)水運(yùn)，2015（2）：323-324.

[2]邢芳芳，姜琪，張亞志，等.鋼鐵工業(yè)燒結(jié)煙氣多污染物協(xié)同控制技術(shù)分析[J].大氣污染防治，2014，32（4）：75-78.

[3]楊波.活性炭在太鋼450燒結(jié)煙氣脫硫脫硝工程中的應(yīng)用及展望[J].科學(xué)之友，2011（15）：10-11.

[4]林春源.LJS型鋼鐵燒結(jié)干法煙氣脫硫工藝研究與應(yīng)用[J].中國(guó)鋼鐵業(yè)，2007（12）：30-32.

[5]孟慶立，李昭詳，楊其偉，等.臺(tái)灣中鋼SCR觸媒在燒結(jié)場(chǎng)脫硝與脫二噁英中的應(yīng)用[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2012，45（6）：751-756.

（編輯：胡玉香）

Comparison on Desulfurization and Denitrification Technology Treatment for Sintering Flue Gas

ZOU Lingyun，SUN Pu
（Shaoguan Iron and Steel Co.，Ltd.of Bao Steel Group，Shaoguan Guangdong 512123）

Based on emission standard and pollutants control status of the sintering flue gas in steel industry of our country，this paper analyzes characteristics and problems existing in collaborative control technology such as the fluid char adsorption process，LJS-FGD with muti-pollutants collaborative purification process and the catalytic oxidation method of sintering flue gas，and compares technology economy and emission effects of theses processes.

sintering flue gas，multi-pollutants，desulfurization

X701.3

A

1672-1152（2016）04-0057-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.04.19

生產(chǎn)實(shí)踐·應(yīng)用技術(shù)

2016-06-27

鄒凌云（1972—），女，于寶鋼集團(tuán)廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司能源環(huán)保部，從事環(huán)保技術(shù)和管理工作，工程師。