【技术】烧结烟气脱硫脱硝处理技术的比较分析

关键词：烧结烟气;多污染物;脱硝

       在烧结过程中，在高温燃烧条件下，燃料与烧结混合料发生烧结反应而产生SO2、NOx、HCl、HF、CO2、CO、二噁英等多种污染物和粉尘等废气，其主要特性包括烟气量大、温度波动大、粉尘浓度高、气体腐蚀性高、二氧化硫排放量大等[1]。2012年国家环保部颁布实施了《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》，严格要求污染物排放标准。因此，对烧结烟气进行脱硫脱硝处理势在必行。

1烧结烟气脱硫脱硝处理的现状

我国烧结烟气脱硫早在2004年由广州钢铁厂在24m2烧结厂初步实施，于2007年全面实施。据环保部统计数据，至2014年，全国烧结机脱硫设施共有526台(见表1)，已有脱硫设施的烧结机面积达8.7万m2，占烧结机面积的63%。从公布的清单分析，干法、半干法占17%，湿法占87%。除部分已建的干法(活性炭法)烧结脱硫脱硝一体化处理设施外，烧结机烟气脱硫脱硝的实例较少。

《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》(GB28662—2012)自2015年10月1日起执行第二时段的排放标准，规定了NOx和二噁英的排放限值要求，严格要求SO2、颗粒物和氟化物的排放，而现有的烧结烟气脱硫设施无法满足新的排放标准，因此实现烧结烟气多污染物协同处置和一体化处理势在必行。

2烧结烟气脱硫脱硝的分析

目前，对烧结烟气的污染处理主要以脱硫为主。新标准的实施对烟气处理提出了更严格的要求，尤其是对于已建的脱硫设施，由于技术、用地、建设和运行成本等因素的限制，直接导致烟气处理系统变得复杂和处理成本增加。因此，应针对项目建设特点，对新建烧结机、已建成的脱硫设施区别对待，综合考虑一种一体化的处理技术。由于现有的烧结烟气脱硫工艺主要集中于传统的干法、半干法、湿法，因此分别选取干法、半干法、湿法脱硫脱硝一体化等技术进行分析对比。

 

2.1活性炭烟气净化技术

20世纪50年代德国开始研发活性炭吸附工艺，20世纪60年代日本也开始研发[2]。目前，国内外大型钢铁企业在烧结烟气脱硫脱硝中已取得多项工程应用，包括新日铁名古屋制铁所烧结机(1987年8月投运)、浦项钢铁(POSCO)烧结机(2004年投运)等。太钢从日本住友株式会社引进相关技术应用于3号、4号烧结机，于2010年建成活性炭烟气处理设施。其反应原理包括以下几方面：

1)烧结机排出的烟气经除尘器除尘后，由主风机排出。烟气中的SO2、H2O与O2在排烟温度为120～150℃时，被活性炭吸附富集，然后被催化转化为吸附态的SO3，之后和吸附态的H2O结合生成吸附态的H2SO4。

2)当SO2的出口浓度达到排放标准后，将活性焦移动至再生器，在温度达到450℃左右时按照反应式解吸出浓度在20%～25%之间的高浓SO2气体。这种SO2气源可以根据市场需求用作生产硫酸、硫磺、硫铵盐、液态SO2等硫化工原料。

3)脱硝反应被称之为选择性催化还原(SCR)反应，在活性焦催化作用下将NO(x包括NO、NO2等)和NH3转化为无害的N2和H2O，达到脱除NOx的目的。

2.1.1脱硫反应

脱硫反应有：(SO2)气→(SO2)吸附;(O2)气→(O2)吸附;(H2O)气→(H2O)吸附;(SO2)吸+l/2(O2)吸→(SO3)吸;(SO3)吸+(H2O)吸→(H2SO4)吸。

2.1.2再生反应

2(H2SO4)吸附+C→2SO2+2H2O+CO2.

2.1.3脱硝反应

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O;

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

根据太钢活性炭处理的监测参数得知，3号烧结机的脱硫率为98.8%、脱硝率为61.O%、除尘率为82.5%、脱二噁英率为90%，实现了良好的烟气脱硫、脱硝、脱二噁英和除尘的集成净化功能，环保效果显著。

活性炭吸附工艺的优点是污染物一体化处置效率高，缺点是建设和运行成本高。以太钢450m2烧结机为例，活性炭设施投资为3.4亿元，运行成本为4870万元/年。

2.2循环流化床脱硫+SCR脱硝工艺

循环流化床工艺主要由吸收剂制备与供应、吸收塔、物料再循环、工艺水、布袋除尘器以及副产物外排等构成。一般采用干态的消石灰粉作为吸收剂，也可采用其他对二氧化硫有吸收反应能力的干粉或浆液作为吸收剂。

由锅炉排出的烟气从吸收塔(即流化床)底部进入。吸收塔底部为一个文丘里装置，烟气流经文丘里管后速度加快，与细的吸收剂粉末互相混合，使颗粒之间、气体与颗粒之间产生剧烈摩擦，形成流化床，在喷入均匀水雾、降低烟温的条件下，吸收剂与烟气中的二氧化硫反应生成CaSO3和CaSO4。脱硫后携带大量固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出，进入再循环除尘器处理后被排放。

脱硫后烟气温度为75～80℃，经过GGH换热、加热炉将温度加热至160～300℃，以高炉煤气为热源进行加热，热烟气进入SCR反应器，与加入的脱硝剂在催化剂作用下进行高效脱硝反应，最后洁净烟气经系统引风机排往烟囱。SCR脱硝装置主要由GGH换热器、烟气加热炉、SCR反应器、氨站等组成。在催化剂的作用下，当烟气温度为280～300℃时，利用氨作为还原剂，与烟气中的NOx反应，产生无害的氮气和水。同时，二噁英经过催化剂会裂解成CO2、水及HCl。

脱硝机理为：

4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O;

2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O;

NO+NO2+2NH3=2N2+3H2O。

“循环流化床+SCR”工艺的优点为：一是脱硝技术成熟、污染物脱除效率高、适用范围广，可满足最严格的污染物排放标准要求，工程总投资和运行费用适中。二是对于目前已建设脱硫装置的烧结球团企业，为满足新标准对氮氧化物的排放要求，可继续建设脱硝部分，不存在重复建设问题，维护和运行简单。缺点是脱硫、脱硝副产物产生量大，尚无公认的最佳应用途径或资源回收价值，需作为废物进行处理。该工艺目前在宝钢集团梅钢公司、三钢、昆钢等大型钢铁厂得到成功应用