燒結(jié)煙氣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)的探討與選擇

鋼鐵行業(yè)SO2和NOX的排放主要來(lái)自于燒結(jié)過(guò)程，傳統(tǒng)脫硫脫硝技術(shù)會(huì)造成煙氣凈化系統(tǒng)復(fù)雜和治理成本提高，因此聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。文中結(jié)合燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)對(duì)聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)的適用情況進(jìn)行探討，最后對(duì)鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)路線(xiàn)的選擇提出了建議。

一、概述

鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，其SO2和NOX排放量分別占全國(guó)總排放量的8.8%及8%，均僅次于電力行業(yè)，位居全國(guó)第二。鋼鐵企業(yè)中有約80%的SO2和50%的NOX來(lái)自鐵礦燒結(jié)工藝，燒結(jié)煙氣已成為鋼鐵企業(yè)SO2和NOX的最大產(chǎn)生源。

二、鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣的特點(diǎn)

鋼鐵行業(yè)燒結(jié)過(guò)程是一個(gè)高溫燃燒條件下的復(fù)雜物理、化學(xué)過(guò)程，在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中產(chǎn)生含有SO2、NOX、HCl、HF、CO2、CO、二噁英等多種污染物和粉塵的廢氣。由于燒結(jié)工藝及原料成分和配比的不穩(wěn)定性，致使煙氣成分復(fù)雜，煙氣流量、溫度及污染物濃度大幅度波動(dòng)，主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)[1]：(1)煙氣溫度變化大，一般為120~180℃;(2)煙氣量波動(dòng)大，幅度可高達(dá)40%以上;(3)SO2濃度變化大，范圍在400~5,000mg/Nm3之間;(4)煙氣的含濕量大且不穩(wěn)定，一般為10%~13%;(5)煙氣含氧量高，一般為15%~18%;(6)含有多種污染物，除含有SO2、NOX、粉塵外，還含有重金屬、二噁英等。

三、聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)介紹

目前對(duì)燒結(jié)煙氣中各種污染物的控制一般采用單獨(dú)脫除的方法，會(huì)造成煙氣凈化系統(tǒng)復(fù)雜和治理成本提高，而系統(tǒng)的復(fù)雜化使得相互配合困難，進(jìn)而造成煙氣凈化系統(tǒng)整體可靠性的降低。因此，必須針對(duì)其自身的特點(diǎn)，進(jìn)行綜合考慮，聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)是一種可有效降低投資、簡(jiǎn)化系統(tǒng)流程的技術(shù)路線(xiàn)。

煙氣脫硫脫硝技術(shù)可分為兩大類(lèi)：傳統(tǒng)脫硫脫硝技術(shù)和聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)。傳統(tǒng)脫硫脫硝技術(shù)是應(yīng)用傳統(tǒng)的脫硫技術(shù)(FGD)和選擇性催化還原技術(shù)(SCR)各自獨(dú)立工作，分別脫除煙氣中的SO2和NOX。聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)是應(yīng)用一種技術(shù)在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)脫除SO2和NOX，分為干法聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)和濕法聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)。

1.傳統(tǒng)脫硫脫硝技術(shù)

在燒結(jié)煙氣處理中應(yīng)用比較廣泛的Wet-FGD工藝是石灰石-石膏法或氨-硫酸銨法。SCR是以氨作還原劑、釩鎢鈦體系為催化劑來(lái)消除尾氣中NOX的工藝，無(wú)法直接應(yīng)用于燒結(jié)煙氣中NOX的治理，需對(duì)燒結(jié)煙氣進(jìn)行加熱升溫，達(dá)到催化劑需要的反應(yīng)溫度。傳統(tǒng)脫硫脫硝技術(shù)(Wet-FGD+SCR)是利用堿性漿液或溶液脫硫和NH3選擇性催化還原脫硝的組合。該工藝的特點(diǎn)是脫硫脫硝效率高，吸收劑利用率高，其缺點(diǎn)是工程龐大，投資和運(yùn)行費(fèi)用高，且需要大量的水，并易形成二次污染。

2.干法聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)

干法聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)主要包括固相吸附再生法、氣/固催化法和等離子體法等。

固相吸附再生法的原理是將煙氣通過(guò)固體吸附劑與煙氣中的SO2/NOX反應(yīng)生成鹽類(lèi)物質(zhì)，然后在一定條件下通過(guò)不同的方法將SO2/NOX脫附出來(lái)再進(jìn)行轉(zhuǎn)化，主要有活性炭/焦(AC)法[2，3]和CuO/Al2O3法[4]。

氣/固催化法主要有SNRB、SNOX、DESONOX和煙氣循環(huán)流化床(CFB)聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)四種，主要是在高溫(300~500℃)和催化劑存在的情況下，脫硫劑和脫硝劑對(duì)SO2和NOX的聯(lián)合脫除[5]。

等離子體聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)可分為電子束法和脈沖電暈法。主要原理是利用電子束或高壓脈沖放電，采用其高能量的特性，使煙氣產(chǎn)生高活性O(shè)H、O、HO2等物質(zhì)，利用這些高活性物質(zhì)脫除SOX、NOX，其主要產(chǎn)物為硫酸、硝酸，該產(chǎn)物可以通過(guò)氨中和手段進(jìn)行回收[6]。

3.濕法聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)

濕法脫硫工藝可以獲得較高的脫硫效率，但是由于NO難溶于水，很難同時(shí)獲得較高的脫硝率。針對(duì)煙氣中NO難溶于水從而限制聯(lián)合脫硫脫硝工藝的問(wèn)題，通過(guò)在液相中加入絡(luò)合劑或者大量具有強(qiáng)氧化性的添加劑，可有效提高脫硝率。根據(jù)液相中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的不同，這些方法可以分為堿液吸收法、絡(luò)合吸收法、還原吸收法[7]和氧化吸收法[8]。

四、燒結(jié)煙氣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)適用性的探討

燒結(jié)煙氣具有溫度(120~180℃)變化大、煙氣量變化大及SO2濃度變化大等特點(diǎn)，現(xiàn)對(duì)以上聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)的適用性進(jìn)行探討。

(1)傳統(tǒng)脫硫脫硝技術(shù)(Wet-FGD+SCR)：由于現(xiàn)有燒結(jié)工序中沒(méi)有適宜于SCR脫硝技術(shù)的溫度區(qū)間，需對(duì)燒結(jié)煙氣進(jìn)行再次加熱，耗費(fèi)大量能源。采用石灰石-石膏法脫硫+SCR脫硝技術(shù)系統(tǒng)復(fù)雜，投資和運(yùn)行費(fèi)用高，適用于已建成石灰石-石膏法脫硫，且排放要求較高的重點(diǎn)地區(qū)。

(2)干法聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)：固相吸附再生法存在一次性投資較大、長(zhǎng)期運(yùn)行固相吸附能力下降、吸附劑成本較高[4]等不足;氣/固催化法類(lèi)似于SCR脫硝技術(shù)，需要較高的反應(yīng)溫度區(qū)間，能耗較大，運(yùn)行費(fèi)用較高，且脫硫效率較低;等離子體法存在設(shè)備昂貴、系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)工作量大、能耗大和運(yùn)行效率不穩(wěn)定等[6]問(wèn)題，大規(guī)模工程化暫不成熟。

(3)濕法聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)：通過(guò)在液相中加入絡(luò)合劑或強(qiáng)氧化性的添加劑，解決NO難溶于水從而限制聯(lián)合脫硫脫硝工藝的問(wèn)題，有效提高脫硝率。結(jié)合目前已廣泛采用的氨-硫銨法濕法脫硫工藝，更具有實(shí)施聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)的條件和市場(chǎng)。氨-硫銨法濕法脫硫工藝具有一定的脫硝能力，脫硝效率一般為20%~40%，如對(duì)NOX進(jìn)行預(yù)處理，脫硝效率可達(dá)到50%~70%，可有效利用氨法脫硫的特點(diǎn)，結(jié)合新建或已建氨法脫硫裝置進(jìn)行聯(lián)合脫硫脫硝處理，投資和運(yùn)行費(fèi)用較低，有較好的發(fā)展前景。

五、工程實(shí)例分析

某鋼廠360m2燒結(jié)機(jī)煙氣進(jìn)行聯(lián)合脫硫脫硝處理，原煙氣參數(shù)如表1所示。

根據(jù)以上分析，可采用氨-硫銨法濕法脫硫工藝，配合氧化脫硝的技術(shù)，氨法煙氣脫硫工藝的脫硝原理如下：

2NO+O2=2NO2(1)

2NO2+H2O=HNO3+HNO2(2)

NH3+HNO3=NH4NO3(3)

NH3+HNO2=NH4NO2(4)

4(NH4)2SO3+2NO2=N2+4(NH4)2SO4(5)

主要包括以下系統(tǒng)：氨水制備儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、氧化劑投加系統(tǒng)、SO2/NOX吸收系統(tǒng)、濃縮系統(tǒng)、副產(chǎn)物離心干燥系統(tǒng)及包裝儲(chǔ)存系統(tǒng)等，圖1為煙氣凈化工藝流程圖。

原煙氣由增壓風(fēng)機(jī)從燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)后煙道引入脫硫塔，在脫硫塔內(nèi)添加氧化劑，經(jīng)過(guò)塔內(nèi)噴淋吸收后，去除煙氣中的SO2和NOX，然后經(jīng)濕煙囪排放，副產(chǎn)物經(jīng)濃縮結(jié)晶后進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)行固液分離，再經(jīng)過(guò)干燥機(jī)和包裝機(jī)完成副產(chǎn)物的制備。本項(xiàng)目處理后凈煙氣中SO2濃度≤100mg/Nm3，NOX濃度≤100mg/Nm3，滿(mǎn)足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB28662-2012)的要求。

六、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)目前廣泛開(kāi)展研究和工業(yè)化的煙氣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)的分析，結(jié)合鋼鐵行業(yè)燒結(jié)機(jī)煙氣的特點(diǎn)，對(duì)鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)路線(xiàn)的選擇進(jìn)行了探討，并進(jìn)行了工程實(shí)例分析，認(rèn)為結(jié)合新建或已建氨法脫硫裝置進(jìn)行聯(lián)合脫硫脫硝處理，有較好的發(fā)展前景。