燒結(jié)煙氣脫硝工藝的探討

王旭

（中國鋼研集團(tuán)上海金自天正信息技術(shù)有限公司 上海 201900）

燒結(jié)煙氣脫硝工藝的探討

王旭

（中國鋼研集團(tuán)上海金自天正信息技術(shù)有限公司 上海 201900）

研究表明，冶金企業(yè)排放的NOx總量在固定發(fā)生源中占第二位，僅次于SO2的排放量。其中，燒結(jié)機(jī)排放的NOx總量約占冶金企業(yè)NOx排放總量的50%左右。故對燒結(jié)機(jī)煙氣NOx排放量的控制將有效地降低冶金企業(yè)的NOx的排放量。由于我國環(huán)保意識起步較晚，我們對燒結(jié)脫硝相關(guān)技術(shù)的研究認(rèn)識還不夠，隨著國家對其環(huán)保要求日益嚴(yán)格，對這方面的研究也一定會隨之深入。本文首先分析了燒結(jié)機(jī)煙氣的特點(diǎn)，根據(jù)這些氣體的特點(diǎn)從原理、去除效率和對應(yīng)的可行性進(jìn)行對比，希望能夠?yàn)闊Y(jié)煙氣脫硝工藝的選擇提供參考。

燒結(jié)；煙氣；脫硝工藝；分析

引言

隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼鐵行業(yè)也得到了很大的發(fā)展，燒結(jié)煙氣中含有氮氧化物，它們大量排放到大氣中，不僅形成酸雨，破壞臭氧層，還導(dǎo)致溫室效應(yīng)致使全球變暖。要想降低碳氧化物的排放就需要在燒結(jié)操作中加入脫銷工藝，目前來說主要有四種脫銷工藝，各有特點(diǎn)。

1 燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)

燒結(jié)機(jī)排放的NOx主要源自燒結(jié)過程中燃料的燃燒，燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物主要是NO和NO2，統(tǒng)稱為NOx，在低溫條件下燃燒還會產(chǎn)生一定量的N2O。燃燒過程中產(chǎn)生的NOx的種類和濃度與燒結(jié)配料的燃料情況、燒結(jié)溫度和空氣系數(shù)等燃燒條件有密切關(guān)系。一般NO占NOx總量的90%以上，NO2占5%～10%，N2O占1%左右。和其它工業(yè)爐窯相比較燒結(jié)煙氣具有如下特點(diǎn)：

1.1 煙氣溫度變化大

煙氣會因?yàn)椴僮鞴に嚨牟煌l(fā)生較大變化，一般煙氣溫度在120～180℃。

1.2 含濕量大，露點(diǎn)溫度較高

為了能夠增加混合料的透氣性，混料時我們通常加入適當(dāng)?shù)乃瞥尚∏蛐螤睿@使得最終的排放尾氣中水分含量較高，一般在10%左右，露點(diǎn)溫度在60～80℃[1]。

1.3 含有腐蝕性氣體

高爐煤氣的點(diǎn)火過程中和混合料的燒結(jié)時除了氮氧化物還會產(chǎn)生一些其他有害氣體，例如氯化氫、硫氧化物等腐蝕性氣體，而且這些氣體含氧量比較高。

2 燒結(jié)煙氣脫硝工藝分析

煙氣脫硝技術(shù)大致可以分為濕法和干法，目前我國燒結(jié)脫硝技術(shù)還不是很完善，因此通過借鑒國內(nèi)外的先進(jìn)脫硝技術(shù)，運(yùn)用頻率較高主要有四種工藝路線，分別是濕法脫硝工藝、臭氧氧化脫硝工藝、選擇性催化還原工藝、活性焦工藝，前面兩種工藝是屬于濕法，后面兩種屬于干法脫硝[2]。

2.1 濕法脫硝工藝

這項(xiàng)工藝的原理是通過液相氧化-還原吸收來達(dá)到脫硝的目的，氧化步驟主要選擇具有強(qiáng)氧化性的物質(zhì)來把一氧化氮氧化成高價態(tài)的氮氧化物，一般來說是二氧化氮，吸收步驟主要是利用脫硫產(chǎn)生的亞硫酸鹽將高價態(tài)的氮氧化物還原吸收，使得其最終通過氮?dú)獾男问矫撾x[3]。

燒結(jié)煙氣中NO占NOX總量的90%以上，所以脫硝的目的主要就是去除煙氣中的NO，而NO對于水的溶解度比較低，如何提高NO在溶液中的溶解度是提高燒結(jié)煙氣脫硝效率的關(guān)鍵技術(shù)。

據(jù)美國加州伯克利能源與環(huán)境公司勞倫斯實(shí)驗(yàn)室David Little John 早期研究發(fā)現(xiàn)，在 SO32-、HSO3-、SO2和水共存的水溶液中，NOX的分壓下降，并確認(rèn)體系中有（ON-SO3）2-生成，并且 NOX和 HSO3-之間的反應(yīng)符合準(zhǔn)一級反應(yīng)。由于燒結(jié)煙氣中有Fe3+的存在,而Fe3+被發(fā)現(xiàn)可以作為一種催化劑和氧化劑能提高NO在溶液中的氧化吸收反應(yīng)，使NOX和SO2同時處于邊吸收邊氧化的過程中。反應(yīng)過程有一定的條件：液相中必須有SO32-、HSO3-存在并且其含量大于一次性的脫硫濃度；煙氣中必須有SO2和NOX同時存在；煙氣中必須有Fe3+；在濕法吸收塔中煙氣與吸收液充分接觸并有足夠的停留時間。

2.2 臭氧氧化脫硝工藝

這項(xiàng)工藝的原理是通過臭氧作為一種強(qiáng)氧化劑來達(dá)到脫硝的目的，煙氣中NOx的主要組成是NO，NO難溶于水，反應(yīng)活性較差。而臭氧作為一種強(qiáng)氧化劑，可以容易的將 NO氧化成高價態(tài)的 NO2、N2O3、N2O5等，且溶于水生成HNO2和HNO3，溶解能力大大進(jìn)步，從而可與后期的SO2同時被吸收，達(dá)到同時脫硫脫硝的目的。臭氧作為一種清潔的強(qiáng)氧化劑，可以快速有效地將NO氧化到高價態(tài)的氮氧化物。

低溫條件下臭氧與NO的關(guān)鍵反應(yīng)進(jìn)行研究。關(guān)鍵反應(yīng)如下：

O3對NO按照逐級氧化過程進(jìn)行，摩爾比（O3/NOx）是指O3與NOx之間摩爾數(shù)的比值，它反映了臭氧量相對于NOx量的高低。NOx的氧化率隨O3/NOx的升高上升。

O3與NO完全反應(yīng)的摩爾比理論值為1，在0.9≤O3/NO＜1的情況下，氧化脫除率可達(dá)到85%以上。

工藝特點(diǎn)

（1）技術(shù)成熟穩(wěn)定，臭氧脫硝系統(tǒng)運(yùn)行可靠性好。

（2）本項(xiàng)目只需對風(fēng)機(jī)煙道進(jìn)行改造，不會對燒結(jié)機(jī)進(jìn)行改造，系統(tǒng)安裝簡便易行。

（3）完全可以滿足燒結(jié)機(jī)50%-100%BMCR負(fù)荷情況下的脫硝要求，保證NOx含量滿足排放要求。

（4）臭氧脫硝設(shè)備全自動化程度高，系統(tǒng)易于操控，便于操作，工藝經(jīng)濟(jì)安全無害。

2.3 SCR工藝

SCR為選擇性催化還原技術(shù)。其操作工藝是在催化劑作用下，在燒結(jié)煙氣中噴入氨，并產(chǎn)生反應(yīng)。選擇性催化還原法的脫硝效率是比較高的，最高可以達(dá)到90%，目前主要應(yīng)用在日本、德國、北歐等國家與地區(qū)的燃煤電廠。脫硝反應(yīng)的產(chǎn)物是氮?dú)夂退CR催化劑分為高溫催化劑和低溫催化劑，其對應(yīng)的反應(yīng)溫度窗口為270～400℃和200～260℃。選用條件主要是依照煙氣的SO2濃度，在反應(yīng)溫度較低時，由于亞硫酸氫銨在催化劑表面凝結(jié)堵塞催化劑的微孔而導(dǎo)致催化劑的活性降低甚至導(dǎo)致催化劑中毒。

選擇性催化還原技術(shù)（SCR）的整體運(yùn)行性較為穩(wěn)定，可以依照環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行。對于選擇性催化還原技術(shù)（SCR）的投資比較高，而且脫硝效率的高低與投資造價有之間關(guān)系。

選擇性催化還原技術(shù)（SCR）應(yīng)用在燒結(jié)機(jī)煙氣時，可以有兩種工藝供選取。其一，要先進(jìn)行煙氣脫硝再脫硝的工藝，在加熱裝置中的燒結(jié)煙氣加熱至300℃，隨后用選擇性催化還原技術(shù)脫硝，隨后利用換熱裝置進(jìn)行降溫，煙氣達(dá)到降溫要求后，利用脫硝裝置進(jìn)行凈化，從煙囪中排出。其二，先利用半干法對燒結(jié)煙氣脫硫，在SO2低于30mg/m3后，在利用加熱裝置加熱至200℃，然后進(jìn)行選擇性催化還原技術(shù)進(jìn)行脫硝，隨后用換熱裝置回收余熱，用煙囪將凈化的煙氣排出。去年9月份上海寶鋼集團(tuán)的4#燒結(jié)機(jī)即選用上述的第二種工藝。

2.4 活性焦工藝

（1）變溫吸附性能，在低溫時吸附氣體中SOX（SO2、SO3），吸附態(tài)的SO2在煙氣中氧氣和水蒸氣存在的條件下被氧化為H2SO4，并被儲存在活性焦孔隙內(nèi)。再進(jìn)行高溫解吸將活性焦所吸附的H2SO4與活性焦反應(yīng)還原為SO2，同時硫酸銨會受熱發(fā)生分解，SO2回收利用，活性焦恢復(fù)吸附性能后可循環(huán)使用?；钚越沟募訜嵩偕磻?yīng)相當(dāng)于對活性焦進(jìn)行再次活化，活性焦的吸附和催化活性不但不會降低，還會有一定程度的提高；

（2）活性焦還具有催化活性，通過向煙氣中噴入氨后，在活性焦的吸附、催化作用下氨與 NOX（NO、NO2）發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)生成氮?dú)夂退?，可大幅度降低煙氣中NOX含量，實(shí)現(xiàn)煙氣高效脫硝；

2.5 四種工藝比較

這四種工藝總的來說各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中濕法脫銷工藝的優(yōu)點(diǎn)是可以將二氧化硫和氮氧化物都脫除，工藝相對來說簡單，設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用比較低，維護(hù)起來也比較簡單，但缺點(diǎn)是會產(chǎn)生廢水，而且這項(xiàng)技術(shù)使用時間還比較短，具體工藝還有待考察；SCR工藝的優(yōu)點(diǎn)是這項(xiàng)技術(shù)相對來說比較成熟，還原劑使用量較低，缺點(diǎn)是需要預(yù)熱煙氣耗能高；臭氧氧化工藝優(yōu)點(diǎn)是脫硝效率高，工藝簡單投資成本低，缺點(diǎn)是耗電量大；活性炭工藝優(yōu)點(diǎn)是可以同時脫除多種有害物質(zhì)，而且不需要處理廢水但缺點(diǎn)是投資高，運(yùn)行費(fèi)用大。這些工藝在進(jìn)行選擇時還是要從具體項(xiàng)目需要出發(fā)。

結(jié)語

燒結(jié)脫硝剛剛起步，無論是脫硝效率還是相關(guān)特點(diǎn)，四種工藝各有不同，在進(jìn)行選擇時要根據(jù)各自的企業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行分析選擇。綜合上述內(nèi)容來看，濕法脫硝工藝的投資成本比較低，因此前景相對來說也更加廣闊，但是具體的效果還需要進(jìn)一步的研究。

[1]解煒.改性活性焦脫硝性能試驗(yàn)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2012(4).

[2]鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].中國環(huán)境利學(xué)出版社，國家環(huán)境保護(hù)部，2012.

[3]朱俊杰，張發(fā)有.燒結(jié)煙氣聯(lián)合脫硫脫硝工藝路線分析[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2014(7).