燒結(jié)脫硝工藝選擇的研究

王天廣

摘要：本文從當(dāng)前環(huán)保現(xiàn)狀出發(fā)，從技術(shù)性及經(jīng)濟(jì)性兩方面分析了燒結(jié)煙氣的脫硝工藝。在燒結(jié)脫硝的開始階段希望能給企業(yè)一些建議，希望與各位同仁交流，提高技術(shù)水平，為環(huán)保事業(yè)貢獻(xiàn)力量。

關(guān)鍵詞：燒結(jié);脫硝;臭氧;SCR;NOx

鋼鐵行業(yè)作為國(guó)家工業(yè)的一個(gè)重要部分，國(guó)家對(duì)其環(huán)保要求也日益嚴(yán)格。研究表明，鋼鐵廠中各種設(shè)備放出的NOx 總量在固定發(fā)生源中占第二位，僅次于SO₂的排放量。據(jù)歐盟IPPC 調(diào)查顯示燒結(jié)煙氣NOx 排放約占鋼鐵廠NOx 排放總量的一半左右。因此，對(duì)燒結(jié)煙氣NOx 排放量的嚴(yán)格控制可有效降低鋼廠NOx 的排放量。

燒結(jié)過程中的NOx 主要來源于燒結(jié)過程中燃料的燃燒。燒結(jié)生產(chǎn)中的燃料分為點(diǎn)火燃料和燒結(jié)燃料兩種。一般情況下，燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物主要是NO 和NO₂，這二者統(tǒng)稱為NOx。燃燒過程中產(chǎn)生的NOx 的種類和數(shù)量除了與燃料性質(zhì)相關(guān)外，還與燃燒溫度和過量空氣系數(shù)等燃燒條件密切相關(guān)。在通常的燃燒溫度下，燃燒產(chǎn)生的NOx 中NO 占90%以上，NO₂占5%～10%。燒結(jié)煙氣中NOx 的濃度相對(duì)較低，一般在140～500mg/Nm³。鋼廠在制定NOx 減排方案時(shí)，應(yīng)首先從源頭上降低煙氣中NOx 的產(chǎn)生，主要通過以下兩種方式進(jìn)行控制：1）可選擇低N 含量的燃料和原料;2）在不影響生產(chǎn)的

前提下，對(duì)燃燒過程進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整。如以上采用方式仍無法滿足NOx 排放要求，則應(yīng)考慮建設(shè)相應(yīng)的煙氣脫硝裝置。

從世界范圍看，燒結(jié)煙氣脫硝應(yīng)用不多。目前，SCR 具有較高而且穩(wěn)定的脫硝效率，燒結(jié)煙氣脫硝處理裝置主要采用低溫SCR。隨著新型的脫硫脫硝一體化工藝受到越來越高的關(guān)注，太鋼、寶鋼湛江等將活性焦工藝應(yīng)用燒結(jié)機(jī)的煙氣治理上，但該工藝一級(jí)吸附塔時(shí)，脫硝效率較低、氨逃逸高，且同樣存在工藝流程復(fù)雜，投資及運(yùn)行費(fèi)用高等問題，并不經(jīng)濟(jì)。

1. 脫硝工藝選擇對(duì)比

1.1 SCR 脫硝工藝

選擇性催化還原（SCR）工藝主要是在一定溫度和催化劑存在的情況下，向煙氣中通入還原劑NH₃，將煙氣中的NOx還原為無害的氮?dú)猓∟₂）和水（H₂O）。它是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為成熟的煙氣脫硝工藝。其主要反應(yīng)如下：

4NH₃+4NO+O₂=4N₂+6H₂O

8NH₃+6NO₂=7N₂+12H₂O

4NH₃+2NO₂+O₂=3N₂+6H₂O

現(xiàn)有煙氣脫硝工藝中，脫硝效率最高，運(yùn)用最廣的為SCR 脫硝工藝，但其主要應(yīng)用于燃煤電廠煙氣處理的高溫SCR，反應(yīng)溫度要求在320～400℃間，燒結(jié)煙氣中需要采用低溫SCR，但其反應(yīng)溫度仍需要200～280℃，為了避免煙氣中粉塵及高濃度SO₂對(duì)催化劑引起的中毒堵塞，通常布置在脫硫裝置之后，并配有煙氣加熱裝置，其典型SCR 脫硝系統(tǒng)主要由還原劑制備系統(tǒng)和脫硝反應(yīng)系統(tǒng)兩部分組成。脫硝反應(yīng)系統(tǒng)由SCR 催化反應(yīng)器、噴氨系統(tǒng)、稀釋空氣供應(yīng)系統(tǒng)、煙氣加熱、換熱系統(tǒng)等所組成，采用液氨做還原劑時(shí)，還原劑制備系統(tǒng)包括液氨儲(chǔ)罐、液氨蒸發(fā)槽、氨氣緩沖槽、氨氣稀釋槽、廢水泵和廢水池等。

1.2 臭氧脫硝工藝

煙氣中氮氧化物主要為NO，NO 難溶于水，難以被吸收反應(yīng)，臭氧脫硝技術(shù)的基本機(jī)理是，通過額外添加的脫硝劑的氧化作用，將煙氣中難溶于水的NO 轉(zhuǎn)化為高價(jià)態(tài)易溶于水的NOx，再以循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)激烈湍動(dòng)的、擁有巨大的表面積的吸附劑顆粒作為載體，將高價(jià)NOx 與鈣基吸收劑快速反應(yīng)脫除，完成脫硝過程。

臭氧是最強(qiáng)氧化劑之一，高效轉(zhuǎn)化NO 至高價(jià)態(tài)的過程中不遺留任何二次污染物。

NO+O₃→NO₂+O₂（1）

NO₂+O₃→NO3+O₂（2）

NO₃+NO₂→N₂O₅（3）

3NO₂+ H₂O + Ca（OH）₂→Ca（NO₃）₂（4）

1.3 脫硝工藝對(duì)比選擇

為了便于對(duì)比、選擇，現(xiàn)將兩種脫硝工藝路線技術(shù)進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)對(duì)比如下：

1） 技術(shù)性分析比較

2. 總結(jié)

從以上對(duì)比可以看出，臭氧脫硝工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本略低于低溫SCR 脫硝工藝，但運(yùn)行電耗較高，且需要有穩(wěn)定的氧氣及冷卻水供應(yīng)。低溫SCR 脫硝雖然需要煙氣加熱消耗熱能，系統(tǒng)阻力較大，系統(tǒng)復(fù)雜，含加熱爐、GGH、SCR 反應(yīng)器、稀釋風(fēng)機(jī)等設(shè)備，且運(yùn)行成本相較于臭氧脫硝工藝略高，但SCR 脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定，脫硝效率高，可更好的滿足排放指標(biāo)要求。綜合考慮技術(shù)的成熟可靠性、一次性投資、副產(chǎn)物處理、運(yùn)行成本及現(xiàn)場(chǎng)占地等方面進(jìn)行比較和分析，燒結(jié)煙氣建議選擇SCR 脫硝工藝。

參考文獻(xiàn)

[1]《煙氣催化脫硝關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用》李俊華等 著，科學(xué)出版社;

[2]《煙氣脫硫脫硝技術(shù)手冊(cè)》蔣文舉 主編，化學(xué)工業(yè)出版社。

（作者單位：河北天柱鋼鐵集團(tuán)有限公司）