燒結煙氣脫硫脫硝一體化技術探究

陳 偉，陳 媛，田 朝

（1.唐山鋼鐵集團有限責任公司，河北 唐山 063000；2.遼寧深廣索奧檢測技術有限公司，遼寧 沈陽 110000）

鋼鐵工業雖然是發展國民經濟和國防建設的支柱產業，但也是僅次于發電行業的世界第二大SO2、NOX等污染物排放大戶，其排放量占總排放量的比例高達14%[1]。目前，我國鋼鐵行業仍然以高爐—轉爐長流程型為主導，高爐爐料中燒結礦占比可達80%[2]。傳統燒結工序存在高污染、低余熱利用率等諸多問題，40%~60%的SO2、48%的NOx排放均來自于燒結工序[1]。因此，燒結煙氣的治理成為鋼鐵行業大氣污染物達標排放的關鍵。

我國燒結煙氣已基本實現脫硫處理，但已投入使用的脫硝技術并不多[3]。隨著《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》、《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》以及各地區達標治理方案等政策性文件的發布，燒結煙氣排放標準已實現了粉塵、SO2、NOX等多指標覆蓋，治理目標也由除塵和脫硫為主逐漸向脫硝和二噁英等污染物脫除過渡[4]。因此，選用成熟、高效和節能的燒結煙氣治理技術已然成為鋼鐵企業實現綠色發展的重要舉措。

1 半干法脫硫+選擇性催化脫硝技術

循環流化床（CFB）、噴霧干燥脫硫（SDA）是目前應用最為廣泛的半干法脫硫技術[5]，克服了濕法脫硫過程中的副產物二次污染、廢水和石膏雨等問題。在CFB工藝中，燒結煙氣與脫硫劑顆粒形成一種湍流狀態，已完成反應的脫硫劑表面物質在連續碰撞磨損中剝落，內部脫硫劑繼續與煙氣中SO2等酸性物質反應，從而避免了脫硫劑的活性下降，脫硫劑通過多次循環延長了與煙氣的接觸時間，極大地提高了脫硫劑的利用率和脫硫效率。在SDA工藝中，硫劑漿液通過霧化裝置處理后形成30~80μm霧滴，提高了脫硫劑表面積，與燒結煙氣的SO2等酸性物質反應更加充分，運行阻力低，避免了CFB工藝中出現的塌床和死床問題，脫硫灰可部分回用。在鈣硫比為1.1~1.5時，脫硫效率可達90%以上[6]，運行過程中可根據運行情況和排放要求，脫硫效率在90%~97%范圍調節[7]。CFB與SDA工藝上原理相似，大多采用Ca(OH)2作為脫硫劑，其主要化學反應如反應式（1）—（5）。

選擇性催化還原法（SCR）采用NH3或尿素作為還原劑，V2O5-TiO2-WO3體系為降低反應活化能的催化劑，反應窗口溫度為350~400℃。燒結煙氣經脫硫后的溫度約為90℃，因此需要通過換熱（GGH）裝置和加熱裝置進行升溫[8]。燒結煙氣中的NOx主要成分為NO（約90%），脫硝過程需要氧氣參與，當NH3/NOx的摩爾比為1時，NOx的脫除率可達85%以上[8]，其主要化學反應如反應式（6）—（7）[9]。

半干法脫硫+選擇性催化脫硝技術適用于已有脫硫設施，為進行超低排放而新增脫硝設備的改擴建鋼鐵企業，其主要工藝流程如下頁圖1。

圖1 半干法脫硫+選擇性催化脫硝工藝流程圖

2 活性焦/炭脫硫脫硝一體化技術

應用于此項技術的活性炭/焦多為直徑7~9 mm圓柱形顆粒，在吸收塔內的反應原理可分為兩部分。第一部分，因燒結煙氣含氧量高（15%~18%）、濕度大（10%～13%）和溫度高（120~160℃）等特征，燒結煙氣通過以錯流方式或逆流方式與活性炭/焦接觸，在活性炭/焦孔隙內SO2與煙氣中的O2和H2O發生反應生成H2SO4，并被吸附在活性焦孔隙中。吸附飽和的活性炭/焦由傳送裝置送至解析塔中，通過加熱至400~450℃解析生成SO2送往制酸或制鹽系統，可用于生產98%硫酸、硫磺和焦亞硫酸鈉等副產品。解析后的活性炭重新輸送至脫硫塔頂部進行循環利用。第二部分，脫硫完成的煙氣在活性炭的催化作用下，于溫度為120~180℃時向煙氣內噴入NH3，將煙氣中NOx還原成氮氣，其脫硝效率可達80%，同時對未反應完全的SO2也具有一定的脫除作用。

活性焦/炭脫硫脫硝一體化技術充分利用了活性焦/炭的優良物理吸附、化學反應和催化還原性能，不僅可實現SO2和NOx的超低排放，而且兼具脫除二噁英、HCl、HF和重金屬等污染物[4]，較適用于新建燒結機配套脫硫脫硝項目。其具體工藝流程如圖2。

圖2 活性焦/炭脫硫脫硝一體化技術工藝流程圖

活性焦/炭脫硫脫硝一體化與半干法脫硫+選擇性催化脫硝工藝均屬于《排污許可證申請與核發技術規范鋼鐵工業》(HJ 846—2017)中可行技術[10]，滿足國家或地區執行特別排放限制的技術要求。鞍鋼、沙鋼、邯鋼、濟鋼等采用半干法脫硫+選擇性催化脫硝技術，寶鋼、太鋼、永鋼、唐鋼等采用活性焦/炭脫硫脫硝一體化技術，煙氣經處理后均能夠實現超低排放，并且有研究表明半干法脫硫+選擇性催化脫硝技術與活性焦/炭脫硫脫硝一體化技術運行成本相近[7]。

3 燒結煙氣循環耦合脫硫脫硝一體化技術

燒結煙氣治理過程中存在以下難點問題：燒結煙氣含氧量高，影響脫硝效果；部分風箱的污染物濃度低，風量大，處理成本高；燒結煙氣余熱利用率低。針對以上問題，日本、德國和中國都已根據本國實際情況進行了相應的煙氣循環技術開發，將部分低污染物濃度、高氧含量、高溫的煙氣循環至燒結料層循環使用[11]，不但可以回收余熱和降低能耗，而且可以降低末端治理費用，對于企業節能減排具有重大意義。

我國的寶鋼、寧鋼和沙鋼等大型鋼廠采用我國自主研發的BSFGR燒結煙氣循環工藝，將燒結機頭部和尾部的高溫、高氧和低污染物濃度的燒結煙氣回流至中部使用，循環風量占總燒結煙氣的30%~40%，實現噸燒結礦降低固體燃料消耗2.5 kg，SO2減排10%，NOx和二噁英降低30%以上，燒結礦質量未受到影響，節能減排效果顯著[2]。

4 結語

隨著鋼鐵行業超低排放改造和監測評估工作的推進，燒結煙氣作為鋼鐵工業污染治理的“短板”，新一輪的技術改造迫在眉睫，因此選用成熟、高效和節能的燒結煙氣治理技術尤為重要。煙氣循環耦合脫硫脫硝一體化技術不僅能夠回用燒結系統產生的部分煙氣，降低末端治理成本，而且能回收余熱，具有顯著的節能減排雙重效益，是實現超低排放乃至更高標準排放的重要手段，是鋼鐵企業發展循環經濟的重要實踐。