解析燒結(jié)煙氣脫硫脫硝技術(shù)新趨勢

杜瑞臣

（河鋼集團邯鋼公司煉鐵部，河北 邯鄲 056015）

在經(jīng)濟社會快速發(fā)展的背景下，工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的帶有危害物質(zhì)的煙氣已經(jīng)嚴重影響大氣環(huán)境，特別是氮化物、硫化物以及一些重金屬污染物質(zhì)，會對人們的身體健康造成極大的影響。因此，有必要進一步探討脫硫脫硝技術(shù)在實際工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，只有這樣才能從根本上改善人們的生活環(huán)境，對經(jīng)濟社會未來發(fā)展具有重要意義。

1 燒結(jié)煙氣排放危害

燒結(jié)過程作為我國鋼鐵冶金生產(chǎn)流程中的重要組成部分，能夠為社會提供穩(wěn)定且優(yōu)質(zhì)的燒結(jié)礦，但是會對生態(tài)環(huán)境造成極大的影響。隨著可持續(xù)發(fā)展以及綠色節(jié)能環(huán)保理念的逐漸深入，我國大多數(shù)企業(yè)已經(jīng)擁有較為完善的粉塵治理設(shè)施設(shè)備，但是在脫硫脫硝技術(shù)運用上存在許多問題，其中危害較大的氣體污染物包括二氧化硫、氮氧化物以及二噁英。二氧化硫是形成酸雨的主要成分，主要來源于燒結(jié)環(huán)節(jié)中使用的鐵精粉以及一系列的固體燃料，大量的二氧化硫排放到空氣中會嚴重危害人體健康。氮氧化物主要來源于燒結(jié)過程中的碳氫化合物，或是充分分解的氮化合物，一定量的氮氧化物排放到空氣中會形成光化學(xué)煙霧，還會與平流層的臭氧發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致地面上生物受到紫外線的危害，嚴重會造成細胞分裂。二噁英是一種很難降解的物質(zhì)，鋼鐵行業(yè)的冶煉過程會產(chǎn)生大量的二噁英，會對人身體的肝臟、內(nèi)分泌系統(tǒng)造成嚴重的危害，一般會使用前驅(qū)物反應(yīng)來消除該種物質(zhì)。因此，為保證脫硫脫硝技術(shù)運用效果，主要是對以上三種燒結(jié)煙氣中的有害污染物質(zhì)進行去除工作，以此保證工業(yè)生產(chǎn)的生態(tài)效益。

2 燒結(jié)煙氣脫硫脫硝技術(shù)

2.1 SO2的去除

2.1.1 濕法-石灰-石膏法

濕法石灰石膏法脫硫工藝是目前工業(yè)生產(chǎn)中最常應(yīng)用的方法，產(chǎn)生的脫硫效果較為顯著。在運用該種方法的過程中，主要是將石灰石作為脫硫吸收劑，然后向脫硫吸收塔中加入石灰石吸收漿液。水與磨細的石灰石能夠形成吸收漿液，從而在脫硫吸收塔中與燒結(jié)煙氣充分反應(yīng)，然后向其中一定量的空氣，以此保證二氧化硫能夠被充分氧化，最終形成容易脫出的石膏漿液，脫出石膏漿液使用到的機械設(shè)備為真空帶脫水機[1]。石灰-石膏濕法脫硫工藝具有操作成本低、投資合理、脫硫效果顯著等特點，最終產(chǎn)生的石膏也可被回收利用，但是在此過程中應(yīng)注意廢水處理。許多工業(yè)企業(yè)為進一步提高該種脫硫技術(shù)的運行效果，通過大量研究，可在去除二氧化硫的工藝中加入1：1的天然沸石與硅酸鹽，以此提升石灰石漿液的應(yīng)用效果。優(yōu)化后的脫硫工藝，需要配合使用煙道除霧器，并控制燒結(jié)煙氣脫硫后二氧化硫的濃度在40mg/Nm3以下。此外，還可通過增大脫硫塔中燒結(jié)煙氣的流速來提升技術(shù)應(yīng)用效果，主要是增加了液與氣之間的接觸面積，最終的脫硫效率高達90%以上。

2.1.2 半干法-SDA旋轉(zhuǎn)噴霧法

半干法-SDA旋轉(zhuǎn)噴霧法與濕法-石灰-石膏法相比，具有較高的脫硫效率與速度，兩種脫硫技術(shù)最大的不同在于，半干法脫硫工藝是在干態(tài)下完成的，并且最終去除二氧化硫的產(chǎn)物無廢水排出、沒有危害環(huán)境的酸性物質(zhì)。半干法脫硫工藝中應(yīng)用到的SDA旋轉(zhuǎn)噴霧法，是一種典型的處理燒結(jié)煙氣硫化物質(zhì)的干態(tài)處理技術(shù)，工藝運行流程為：在電除塵裝置中進行燒結(jié)機頭煙氣的除塵處理，經(jīng)過除塵處理的燒結(jié)煙氣進入到主抽風(fēng)機，然后進入到SDA旋轉(zhuǎn)噴霧吸收塔中，使得經(jīng)過霧化之后的煙氣能夠與石灰漿液充分接觸、反應(yīng)。在該種脫硫工藝運行過程中，生石灰與水混合而成的石灰漿液是旋轉(zhuǎn)噴霧經(jīng)常使用脫硫物質(zhì)，在此過程中，石灰漿液霧滴能夠與煙氣快速發(fā)生物理反應(yīng)，經(jīng)過一系列凈化裝置凈化后，從煙囪排放。經(jīng)過大量工廠實踐表明，半干法脫硫工藝具有適應(yīng)性強、占地面積小、流程簡短等特點，并且不會侵蝕脫硫設(shè)備，若在原有的工藝基礎(chǔ)上增設(shè)供給石灰漿液的循環(huán)系統(tǒng)，能夠進一步提高燒結(jié)煙氣中含硫物質(zhì)的去除效果，對今后工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2.1.3 氨法脫硫技術(shù)

氨法脫硫技術(shù)是去除燒結(jié)煙氣中二氧化硫以及一系列含硫中間產(chǎn)物的一種重要方法，主要是運用氨水、液態(tài)氨作為含硫物質(zhì)的吸收劑，使得燒結(jié)煙氣在強烈的氧化作用下形成硫酸銨，進而達到去除二氧化硫的目的。運用氨法脫硫工藝中較為重要的技術(shù)要點包括灰渣護理技術(shù)、亞硫酸銨的氧化以及吸收劑的選擇、結(jié)晶技術(shù)的應(yīng)用等。通過大量實踐表明，氨法脫硫技術(shù)具有高效簡便、適用性強、處理效果明顯、無廢水等優(yōu)勢，符合當(dāng)下時代發(fā)展的綠色節(jié)能環(huán)保理念。該種脫硫技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用之后，能夠保證燒結(jié)煙氣去除含硫物質(zhì)的效率超過95%，經(jīng)過凈化后的燒結(jié)煙氣中二氧化硫的含量小于200mg/Nm3，對保護大氣環(huán)境具有十分重要的現(xiàn)實意義，為今后脫硫技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

2.2 NOx的去除

根據(jù)不完全統(tǒng)計，目前工業(yè)生產(chǎn)，每一噸燒結(jié)礦就會產(chǎn)生4000m3～6000m3的有害燒結(jié)煙氣，并且其中含有大量的氮氧化物、一氧化碳等有害物質(zhì)，對大氣環(huán)境造成極為嚴重的影響。含有大量有害物質(zhì)的燒結(jié)煙氣引起復(fù)雜的成分，在不同環(huán)境溫度下會發(fā)生不同的反應(yīng)，進而不利于經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展目標的實現(xiàn)。

一般情況下，會運用催化還原法來處理燒結(jié)煙氣中的氮氧化物，具有脫硝效果顯著、運行穩(wěn)定等特點。在運用催化還原法的過程中，主要是運用SCR技術(shù)，以此充分發(fā)揮出氨的氧化作用。與此同時，催化還原工藝中還將釩鎢鈦體系作為催化劑，并對反應(yīng)溫度進行合理控制，進而促使燒結(jié)煙氣中的氮氧化物發(fā)生充分的還原反應(yīng)。若脫硝工藝運行中的溫度低于350℃，則會導(dǎo)致氨與氧氣發(fā)生反應(yīng)形成氨氣，若高于350℃，氨則會發(fā)生另一個副反應(yīng)，一旦脫硝工藝中的溫度高于450℃，整個過程就會變得劇烈起來[2]。燒結(jié)煙氣經(jīng)過氨的處理之后，使用靜電除塵器將其引入到脫硝處理系統(tǒng)中，在空氣預(yù)熱器以及煙道燃燒器的作用下，溫度便可達到450℃，這樣氮氧化物就會發(fā)生充分的反應(yīng)，與一定量的空氣混合后通過頂部煙道進入到下一處理環(huán)節(jié)中，最終通過風(fēng)門排出。

在國家對工業(yè)生產(chǎn)氮氧化物排放標準逐漸嚴格的背景下，SCR脫硝催化劑因其具有的高效低溫效果被廣泛應(yīng)用于脫硝技術(shù)中。通常情況下，SCR脫硝催化劑包括分子篩催化劑、碳基催化劑、錳基催化劑等。經(jīng)過大量研究與實踐表明，在不同的脫硝階段加入一定量的錳基脫硝催化劑能夠有效促進氮氧化物與氨的反應(yīng)，以此充分發(fā)揮出氨的還原作用。值得注意的是，錳基脫硝催化劑在溫度較低時選擇氨氣的能力較差。針對這一問題，許多研究人員對錳基脫硝催化劑進行了一系列的改進，進一步提升了SCR脫硝催化劑整體應(yīng)用效果。例如，脫硝技術(shù)運行中開始使用碳基材料來作為脫硝催化劑，碳基材料因其良好的導(dǎo)熱性以及優(yōu)良的比表面積，為吸附劑作用的發(fā)揮提供更好的載體，真正實現(xiàn)氮氧化物轉(zhuǎn)化率升高的目標，對今后脫硝技術(shù)的發(fā)展與進步具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2.3 二噁英的去除

二噁英作為燒結(jié)煙氣中另一種含量較多的有害物質(zhì)，一般采用以下三種方法進行治理，進而從整體提升脫硫脫硝技術(shù)的應(yīng)用效果。首先，對燒結(jié)原料進行合理選擇。由于燒結(jié)料中各種配加的含鐵物料，會在一定程度上促進二噁英的釋放。因此，應(yīng)盡量選擇含銅、氯等元素較低的礦石進行生產(chǎn)，或是取消點除灰塵、高爐爐塵的方法來降低二噁英的釋放量。其次，對去除工藝進行合理選擇。在選擇去除二噁英的工藝時，應(yīng)綜合考慮工業(yè)生產(chǎn)中脫硫脫硝工藝流程，以此實現(xiàn)整體去除有害物質(zhì)效果的增強。經(jīng)過大量試驗表明，可運用活性炭流動床或是布袋除塵器來提升捕捉有害物質(zhì)的效率，證明二噁英的去除效果能夠達到90%以上，去除二氧化硫的效率高達95%。最后，對燒結(jié)工藝進行有效改進。在傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝中，存在許多二噁英超額排放的環(huán)節(jié)，通過調(diào)整燒結(jié)工藝之后，能夠形成更多可控制二噁英釋放量的途徑，并且燒結(jié)煙氣中二氧化硫與氮氧化物的排放量也有所減少。例如，可以在燒結(jié)混合料中加入一定能夠破壞金屬活化性的物質(zhì)，不僅能夠減少二噁英的生成，而且能夠抑制含硫以及氮氧化物的形成，是目前工業(yè)生產(chǎn)中較為有效的綜合治理技術(shù)，對今后脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展具有重要意義[3]。

2.4 綜合脫硫脫硝技術(shù)

2.4.1 活性炭脫硫脫硝一體化技術(shù)

若能夠?qū)⒒钚蕴棵摿蛎撓跻惑w化技術(shù)運用到工業(yè)生產(chǎn)中，可在很大程度上去除燒結(jié)煙氣中的含硫物質(zhì)與氮氧化物。在實際運用該種一體化技術(shù)時，活性焦具有較強的抗沖擊能力、抗壓性能與抗磨損能力，并且其良好的比表面積特性能夠有效提升脫硫脫硝效果。一般情況下，工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常使用直徑為7mm的圓柱型活性焦，并且空氣預(yù)加熱塔的溫度應(yīng)控制120℃～160℃之間，以此保證綜合治理效果。此外，使用到的吸收塔主要分為量大部分，在進入第一部分時，燒結(jié)煙氣中的二氧化硫進行完全的反應(yīng)，剩下的煙氣就會在引風(fēng)機的作用下進入吸收塔的第二部分，在這一部分，活性焦會作為SCR工藝中的催化劑，若在100℃～120℃溫度之間向吸收塔中加入一定量的氨氣，會將剩余煙氣中的全部氮氧化物去除掉。在此之后，剩余煙氣會進入到下一再生產(chǎn)階段，控制此時的溫度在400℃左右，能夠?qū)怏w中濃縮的二氧化硫解吸出來，被運輸?shù)椒磻?yīng)器之后會進行下一階段的反應(yīng)，在循環(huán)操作中，進一步提升了資源的利用效率。因此，活性炭脫硫脫硝一體化技術(shù)不僅能夠有效提升鋼鐵企業(yè)的工作效率，而且不會對工業(yè)生產(chǎn)中的加熱設(shè)備、排水設(shè)備、脫硫脫硝設(shè)備等造成損害，去除粉塵、一系列有害物的效果也較為顯著。

2.4.2 循環(huán)流化床脫硫脫硝一體化技術(shù)

在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中，循環(huán)流化床脫硫脫硝一體化技術(shù)是另一種廣泛應(yīng)用的治理手段，能夠在很大程度上增強企業(yè)生態(tài)環(huán)保效果。在實際運用該種技術(shù)過程中，使用到的關(guān)鍵設(shè)備包括水系統(tǒng)、灰渣輸送系統(tǒng)、吸收劑儲存、循環(huán)系統(tǒng)等，使得燒結(jié)煙氣在風(fēng)機以及除塵器的作用下，與相應(yīng)的催化劑進行充分反應(yīng)，使得煙氣中的NO完全轉(zhuǎn)換為NO2，并在脫硫脫硝設(shè)備的底部進一步增強煙氣的反應(yīng)速率。與此同時，為保證脫硫脫硝的效果，會使用噴射裝置將吸收劑噴入反應(yīng)底端，促使二氧化硫、氮氧化物以及其他有害物質(zhì)在強烈的噴射作用下上升到反應(yīng)塔頂端。如此反復(fù)、循環(huán)進行，通常是經(jīng)歷150次之后，將處理后的煙氣排入袋式除塵器中，其中有少量氣體可以回收[4]。此過程產(chǎn)生的少量脫硫脫硝渣會在中間倉的作用下被送到渣倉中，達標的煙氣則通過煙道排放。因此，循環(huán)流化床脫硫脫硝一體化技術(shù)具有較強的燒結(jié)煙氣處理能力，含硫物質(zhì)去除效率高達98%，為今后脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展與進步奠定堅實基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

綜上所述，工業(yè)生產(chǎn)涉及到許多十分復(fù)雜的物理反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)，會在很大程度上增加環(huán)境保護的難度。因此，對去除二氧化硫、氮氧化物以及二噁英的脫硫脫硝技術(shù)進行分析，進一步明確使用綜合脫硫脫硝技術(shù)的重點，不僅能夠降低企業(yè)的運行成本，而且能進一步增加行業(yè)整體的運行效益，對進一步滿足燒結(jié)煙氣達到除塵以及超低排放標準具有重要意義。