燒結煙氣脫硝工藝的探討

王旭

（中國鋼研集團上海金自天正信息技術有限公司 上海 201900）

燒結煙氣脫硝工藝的探討

王旭

（中國鋼研集團上海金自天正信息技術有限公司 上海 201900）

研究表明，冶金企業排放的NOx總量在固定發生源中占第二位，僅次于SO2的排放量。其中，燒結機排放的NOx總量約占冶金企業NOx排放總量的50%左右。故對燒結機煙氣NOx排放量的控制將有效地降低冶金企業的NOx的排放量。由于我國環保意識起步較晚，我們對燒結脫硝相關技術的研究認識還不夠，隨著國家對其環保要求日益嚴格，對這方面的研究也一定會隨之深入。本文首先分析了燒結機煙氣的特點，根據這些氣體的特點從原理、去除效率和對應的可行性進行對比，希望能夠為燒結煙氣脫硝工藝的選擇提供參考。

燒結；煙氣；脫硝工藝；分析

引言

隨著工業經濟的發展，鋼鐵行業也得到了很大的發展，燒結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，還導致溫室效應致使全球變暖。要想降低碳氧化物的排放就需要在燒結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。

1 燒結煙氣的特點

燒結機排放的NOx主要源自燒結過程中燃料的燃燒，燃燒過程中產生的氮氧化物主要是NO和NO2，統稱為NOx，在低溫條件下燃燒還會產生一定量的N2O。燃燒過程中產生的NOx的種類和濃度與燒結配料的燃料情況、燒結溫度和空氣系數等燃燒條件有密切關系。一般NO占NOx總量的90%以上，NO2占5%～10%，N2O占1%左右。和其它工業爐窯相比較燒結煙氣具有如下特點：

1.1 煙氣溫度變化大

煙氣會因為操作工藝的不同發生較大變化，一般煙氣溫度在120～180℃。

1.2 含濕量大，露點溫度較高

為了能夠增加混合料的透氣性，混料時我們通常加入適當的水制成小球形狀，這使得最終的排放尾氣中水分含量較高，一般在10%左右，露點溫度在60～80℃[1]。

1.3 含有腐蝕性氣體

高爐煤氣的點火過程中和混合料的燒結時除了氮氧化物還會產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 燒結煙氣脫硝工藝分析

煙氣脫硝技術大致可以分為濕法和干法，目前我國燒結脫硝技術還不是很完善，因此通過借鑒國內外的先進脫硝技術，運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

這項工藝的原理是通過液相氧化-還原吸收來達到脫硝的目的，氧化步驟主要選擇具有強氧化性的物質來把一氧化氮氧化成高價態的氮氧化物，一般來說是二氧化氮，吸收步驟主要是利用脫硫產生的亞硫酸鹽將高價態的氮氧化物還原吸收，使得其最終通過氮氣的形式脫離[3]。

燒結煙氣中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煙氣脫硝效率的關鍵技術。

據美國加州伯克利能源與環境公司勞倫斯實驗室David Little John 早期研究發現，在 SO32-、HSO3-、SO2和水共存的水溶液中，NOX的分壓下降，并確認體系中有（ON-SO3）2-生成，并且 NOX和 HSO3-之間的反應符合準一級反應。由于燒結煙氣中有Fe3+的存在,而Fe3+被發現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，使NOX和SO2同時處于邊吸收邊氧化的過程中。反應過程有一定的條件：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

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

低溫條件下臭氧與NO的關鍵反應進行研究。關鍵反應如下：

O3對NO按照逐級氧化過程進行，摩爾比（O3/NOx）是指O3與NOx之間摩爾數的比值，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，氧化脫除率可達到85%以上。

工藝特點

（1）技術成熟穩定，臭氧脫硝系統運行可靠性好。

（2）本項目只需對風機煙道進行改造，不會對燒結機進行改造，系統安裝簡便易行。

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

（4）臭氧脫硝設備全自動化程度高，系統易于操控，便于操作，工藝經濟安全無害。

2.3 SCR工藝

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

選擇性催化還原技術（SCR）的整體運行性較為穩定，可以依照環保標準運行。對于選擇性催化還原技術（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系。

選擇性催化還原技術（SCR）應用在燒結機煙氣時，可以有兩種工藝供選取。其一，要先進行煙氣脫硝再脫硝的工藝，在加熱裝置中的燒結煙氣加熱至300℃，隨后用選擇性催化還原技術脫硝，隨后利用換熱裝置進行降溫，煙氣達到降溫要求后，利用脫硝裝置進行凈化，從煙囪中排出。其二，先利用半干法對燒結煙氣脫硫，在SO2低于30mg/m3后，在利用加熱裝置加熱至200℃，然后進行選擇性催化還原技術進行脫硝，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月份上海寶鋼集團的4#燒結機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。再進行高溫解吸將活性焦所吸附的H2SO4與活性焦反應還原為SO2，同時硫酸銨會受熱發生分解，SO2回收利用，活性焦恢復吸附性能后可循環使用?；钚越沟募訜嵩偕磻喈斢趯钚越惯M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）發生選擇性催化還原反應生成氮氣和水，可大幅度降低煙氣中NOX含量，實現煙氣高效脫硝；

2.5 四種工藝比較

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

結語

燒結脫硝剛剛起步，無論是脫硝效率還是相關特點，四種工藝各有不同，在進行選擇時要根據各自的企業特點進行分析選擇。綜合上述內容來看，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一步的研究。

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

[2]鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準[S].中國環境利學出版社，國家環境保護部，2012.

[3]朱俊杰，張發有.燒結煙氣聯合脫硫脫硝工藝路線分析[J].工業安全與環保，2014(7).