活性焦脫硫脫硝技術(shù)在燒結(jié)煙氣中的應(yīng)用

蔡 亮

中冶華天工程技術(shù)有限公司 江蘇 南京 210019

【摘 要】國(guó)家法律法規(guī)對(duì)鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣的排放要求日趨嚴(yán)格，根據(jù)燒結(jié)煙氣的特性，分析活性焦脫硫脫硝技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)，并與其它脫硫脫硝技術(shù)在技術(shù)、初投資和運(yùn)行費(fèi)用相比較，值得大規(guī)模推廣。

【關(guān)鍵詞】活性焦；脫硫脫硝；運(yùn)行費(fèi)用

隨著我國(guó)大氣環(huán)境形勢(shì)日益嚴(yán)峻，大氣污染物控制的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)液不斷提高，我國(guó)的控制標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)看齊，且有部分標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)高于歐美要求，根據(jù)國(guó)家環(huán)保相關(guān)規(guī)定，新建燒結(jié)廠2012年10月1日起，現(xiàn)有燒結(jié)廠2015年1月1日起需執(zhí)行《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》，其燒結(jié)煙氣的治理刻不容緩。

一、燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)

鋼鐵行業(yè)燒結(jié)過程是一個(gè)高溫燃燒條件下的復(fù)雜物理化學(xué)過程，在高溫?zé)Y(jié)過程中產(chǎn)生含有SO2、NOx、HCL、CO2、二噁英等多種污染物和粉塵的廢氣。由于燒結(jié)工藝及原料成分和配比的不穩(wěn)定性，致使煙氣成分復(fù)雜，煙氣流量、溫度及污染物濃度大幅度波動(dòng)，主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)【1】：

（1）煙氣溫度較低，一般為120℃-180℃；（2）煙氣量波動(dòng)大，幅度可高達(dá)40%以上；（3）SO2濃度變化大，范圍一般在800-1500 mg/Nm3，高的可達(dá)2000-4000 mg/Nm3；（4）NOX濃度變化大，范圍在200-450 mg/Nm3；（5）煙氣的含濕量大且不穩(wěn)定，一般為10%-13%，露點(diǎn)溫度高（65-80℃）；（6）煙氣含氧量高，一般為15%-18%；（7）含有多種污染物，除含有SO2、NOx、粉塵外，還含有二噁英和重金屬。

中科院閆曉淼【2】等人對(duì)我國(guó)數(shù)十臺(tái)燒結(jié)機(jī)煙氣污染物的排放特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究，幾乎所有的燒結(jié)機(jī)都需要安裝90%以上脫硫設(shè)備，大約16%的燒結(jié)機(jī)需要安裝脫硝效率在50%以上的脫硝設(shè)備，目前NOx的平均排放濃度224mg/ m3，隨著國(guó)家對(duì)排放標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步嚴(yán)格，大多數(shù)的燒結(jié)機(jī)都將需要安裝脫硝裝置；根據(jù)筆者了解，目前不少地方政府和燒結(jié)廠已經(jīng)意識(shí)到這個(gè)問題的緊迫性，因此對(duì)新建的脫硫系統(tǒng)或者脫硫改造工程中已經(jīng)對(duì)NOx排放有相應(yīng)的規(guī)定，要求脫硫脫硝裝置同步建設(shè)，且可在滿足NOx排放要求時(shí)，只運(yùn)行脫硫系統(tǒng)。

二、活性焦工藝介紹

（1）、除塵：活性炭的除塵原理：通過碰撞，遮擋以及擴(kuò)散捕捉效果進(jìn)行除塵。通常直徑1μm以上的粒子可通過沖撞效果進(jìn)行捕捉。而不到1μm的粒子要通過遮擋和擴(kuò)散捕捉效果進(jìn)行捕捉。

（2）、脫硫：硫氧化物的大部分是二氧化硫（SO2），通過物理吸附以及化學(xué)吸附兩種吸附方式進(jìn)行。

在范德華力以及化學(xué)親和力的作用下，SO2由氣相移動(dòng)至活性炭粒子表面后被捕捉（物理吸附）。然后，在活性炭細(xì)孔內(nèi)被氧化為SO3同時(shí)與一同吸附的H2O產(chǎn)生反應(yīng)，作為H2SO4被捕捉（化學(xué)吸附）

① 物理吸附：SO2 → SO2*

② 化學(xué)吸附： A、SO2* + 1/2O2* → SO3*

SO3* + nH2O* → H2SO4*（n-1）H2O

*：為活性炭細(xì)孔內(nèi)的吸附狀態(tài)。

n：根據(jù)廢氣中的水分，SO2濃度，廢氣溫度的不同有所變化，但在通常的溫度下（100～150℃）可認(rèn)為是②。

B、為促進(jìn)脫硝反應(yīng)以及維持活性炭的活性，需要進(jìn)行加氨，如以下的化學(xué)反應(yīng)。是否作為NH4HSO4*或（NH4）2SO4*被吸附，由NH3與SO2的濃度比所決定。

H2SO4* + NH3 → NH4HSO4*

NH4HSO4 *+ NH3 → （NH4）2SO4*

③ 再生反應(yīng)

H2SO4→H2O+SO3

NH4HSO4→H2O+SO3+NH3

（NH4）2SO4→H2O+SO3+2NH3

SO3+C-AC→SO2+1/2CO2

3SO3+2NH3→3SO2+3H2O+N2

（3）、脫硝

① SCR反應(yīng)

活性炭有通常的Ti-V系金屬觸媒同樣的作用，使NO被還原為N2。

NO + NH3 + 1/4O2 → N2 + 3/2H2O

② Non-SCR反應(yīng)

活性炭再生時(shí)會(huì)生成還原性物質(zhì)，表示為C…Red。循環(huán)至吸附塔，與廢氣中的NO直接反應(yīng)還原生成N2。該反應(yīng)為活性炭特有的脫硝反應(yīng)，稱為Non-SCR反應(yīng)。

NO + C…Red → N2

（4）、脫二惡英

二惡英在常溫（100℃）以下均為固體，但在煙氣溫度范圍（100～150℃）內(nèi)，可作為固體狀，霧狀，或者氣狀存在。其中，固體狀與霧狀的PCDD/F為附著或者吸附在廢氣中灰塵粒子表面的狀態(tài)，稱之為灰塵狀PCDD/F。因此，灰塵狀PCDD/F通過活性炭移動(dòng)層的過濾集塵功能被除去，氣狀PCDD/F通過吸附被除去。

三、活性焦脫硫脫硝工藝流程及特點(diǎn)

（1）、活性焦脫硫脫硝工藝流程

（2）、活性炭（焦）脫硫技術(shù)的特點(diǎn)

①只需要一個(gè)系統(tǒng)就可以同時(shí)高效除去NOx、SOx、重金屬（如Hg、Pb等）和二惡英等，實(shí)現(xiàn)了脫除NOx、SOx、重金屬、二惡英和粉塵的一體化。SO2的脫除率可達(dá)到95%以上，能去除濕法難以除去的SO3，NOx的脫除率可達(dá)到55%以上，重金屬和二惡英的脫除率都可達(dá)到90%以上，除塵效率能達(dá)到60%以上，而其他如濕法、半干法均無(wú)法單獨(dú)完成，需新增設(shè)備，增加一大筆的投資進(jìn)行脫硝處理。

②工藝簡(jiǎn)單、流程流暢、布局緊湊；

③干式處理工藝，可節(jié)省大量水資源，煙囪無(wú)明顯水汽外排，而濕法脫硫技術(shù)存在大量水汽外排的硬傷，目前無(wú)論采用何種除霧設(shè)施均無(wú)法消除，帶來極壞的社會(huì)影響；

④活性炭（焦）解析熱能可利用廠區(qū)內(nèi)高爐煤氣燃燒產(chǎn)生的熱氣；

⑤產(chǎn)出的副產(chǎn)品為一種硫酸鹽或98%濃硫酸，是有效的循環(huán)經(jīng)濟(jì)方式，也將是今后煙氣凈化技術(shù)的發(fā)展方向，這也是其他煙氣凈化技術(shù)如濕法、半干法無(wú)法比較的優(yōu)勢(shì)；

⑥基本無(wú)廢水的產(chǎn)生，無(wú)自產(chǎn)固體廢物，因而無(wú)二次污染；

⑦煙氣工藝處理前后無(wú)需加熱，整體能耗較低，是良好的節(jié)能系統(tǒng)；

⑧設(shè)備腐蝕性弱，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用較低，運(yùn)行維護(hù)方便，維護(hù)成本低。

四、幾種脫硫脫硝方法的技術(shù)、初投資及運(yùn)行費(fèi)用比較

（1）、傳統(tǒng)脫硫脫硝技術(shù)（Wet-FGD+SCR）：由于現(xiàn)有的燒結(jié)工序中沒有適宜于SCR脫硝技術(shù)的溫度區(qū)間，需對(duì)燒結(jié)煙氣進(jìn)行再次加熱，耗費(fèi)大量能源。若低溫SCR催化劑能有突破性的技術(shù)發(fā)展，此法將有很大的發(fā)展空間。

（2）、循環(huán)流化床半干法脫硫+低溫SCR脫硝：與傳統(tǒng)SCR脫硝技術(shù)類似，能耗較大，運(yùn)行費(fèi)用較高，且脫硫效率較低；

（3）、等離子體法存在設(shè)備昂貴、系統(tǒng)裕興和維護(hù)工作量大、和運(yùn)行效率不穩(wěn)定等問題【3】，大規(guī)模工程化暫不成熟。

（4）、活性焦脫硫脫硝技術(shù)，技術(shù)成熟，已經(jīng)在太鋼和連云港聯(lián)峰鋼廠投入使用，效果良好；初投資較低，國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)和在建的活性焦脫硫脫硝項(xiàng)目初投資呈現(xiàn)急劇下降的趨勢(shì)，主要是因?yàn)榧夹g(shù)和設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，國(guó)內(nèi)許多環(huán)保公司已經(jīng)具備一定的技術(shù)和專利，尤其是目前鋼鐵價(jià)格在低位運(yùn)行，初投資將降低至一個(gè)合理水平；運(yùn)行費(fèi)用合理，根據(jù)現(xiàn)行活性焦脫硫脫硝設(shè)施運(yùn)行情況，目前噸燒結(jié)礦的運(yùn)行費(fèi)用約為10-12元/噸，隨著活性焦技術(shù)的推廣，活性焦的價(jià)格將有進(jìn)一步的下降空間，且工藝水平和運(yùn)行水平的提高，總體運(yùn)行費(fèi)用也將降低。遠(yuǎn)景運(yùn)行費(fèi)用約為8-9元/噸，此時(shí)，活性焦將和傳統(tǒng)脫硫運(yùn)行費(fèi)用接近，將更有競(jìng)爭(zhēng)力。

五、結(jié)語(yǔ)

活性焦（炭）一體化干法煙氣凈化工藝，技術(shù)先進(jìn)，污染治理措施成熟可靠，各主要污染源排出的主要污染物的排放量或排放濃度均達(dá)到國(guó)家最高排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，外排煙氣無(wú)白霧。初投資較低，在治理的過程中不產(chǎn)生新的污染物，不僅消除了煙氣中SO2、NOx、二惡英、重金屬等帶來的危害，而且變廢為寶，同時(shí)脫硫脫硝的運(yùn)行費(fèi)用更低。因此從環(huán)境效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益三者綜合比較，并從長(zhǎng)遠(yuǎn)環(huán)保要求越來越高來看，活性焦（炭）一體化干法煙氣凈化工藝是值得應(yīng)用和推廣的先進(jìn)技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[ 1 ] 陳凱華，宋存義，張東輝。燒結(jié)煙氣聯(lián)合脫硫脫銷工藝的比較[J].燒結(jié)球團(tuán)，2008，5（33）：29-32

[ 2 ] 閆曉淼，李玉然，朱廷鈺，等.鋼鐵燒結(jié)煙氣多污染物排放及協(xié)同控制概述[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，5（2）85-90

[ 3 ] 柏源，李忠華，薛建明。煙氣同時(shí)脫硫脫硝一體化技術(shù)研究[J].電力科技與環(huán)保，2010，3（26）：8-12