鋼鐵企業(yè)脫硫脫硝技術(shù)應(yīng)用探討
1前言
鋼鐵企業(yè)產(chǎn)污環(huán)節(jié)多、污染物排放量大，經(jīng)過(guò)多年的煙粉塵治理，二氧化硫和氮氧化物排放已超過(guò)日常所見(jiàn)的煙粉塵，成為主要大氣環(huán)境污染物（據(jù)某鋼鐵聯(lián)合企業(yè)環(huán)保數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)治理后的煙粉塵年排放量約430t，而同期二氧化硫年排放量約820t，氮氧化物年排放量約1400t）。為實(shí)現(xiàn)這兩種主要污染物的減排，近幾年，經(jīng)過(guò)環(huán)保專業(yè)人員艱辛努力，相應(yīng)的治理技術(shù)得到了全新發(fā)展，環(huán)保治理市場(chǎng)呈現(xiàn)出治理技術(shù)多樣化和治理效果不一的特點(diǎn)，因此，選擇和應(yīng)用適合企業(yè)特點(diǎn)和發(fā)展的煙氣脫硫脫硝技術(shù)、實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合效益最大化，成為助推鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色、高質(zhì)量發(fā)展的重要內(nèi)容。
2二氧化硫和氮氧化物排放的主要工序及特點(diǎn)
2.1燒結(jié)工序排放煙氣
主要為燒結(jié)機(jī)頭煙氣，特點(diǎn)是煙氣量大（以200m²燒結(jié)機(jī)為例，占本工序廢氣量約38%，占整個(gè)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)廢氣量約16%），煙氣成分復(fù)雜，煙氣中二氧化硫含量受原料（包括鐵料、焦粉、原煤等）成分影響波動(dòng)大（多為500-1500mg/m³，特殊地區(qū)可達(dá)3000-5000mg/m³），煙氣溫度多在120-150℃；氮氧化物含量一般為150-300mg/m³。
2.2煉鐵工序中高爐熱風(fēng)爐排放煙氣
其特點(diǎn)是煙氣中二氧化硫含量主要受燃料（焦炭、噴吹煤和煤氣）硫分影響大（多為30-100mg/m³），煙氣溫度多在140-220℃；氮氧化物含量一般小于100mg/m³。
2.3石灰窯工序排放煙氣
其特點(diǎn)是煙氣中二氧化硫含量主要受燃料（煤和煤氣）硫分影響大（多為30-300mg/m³），煙氣溫度多在100-250℃；氮氧化物含量小于400mg/m³。
2.4軋鋼工序中加熱爐排放煙氣
其特點(diǎn)是煙氣中二氧化硫含量主要受燃料（煤氣）硫分影響大（多為30-300mg/m³），煙氣溫度多在140-220℃；氮氧化物含量一般小于150mg/m³。
2.5發(fā)電工序中燃?xì)猓ㄈ济海╁仩t排放煙氣
其特點(diǎn)是煙氣中二氧化硫含量主要受燃料（煤氣）硫分影響大（多為30-300mg/m³），煙氣溫度多在140-200℃；氮氧化物含量一般小于150mg/m³。
2.6焦化工序中焦?fàn)t生產(chǎn)排放煙氣
其特點(diǎn)是煙氣中二氧化硫含量主要受燃料（煤和煤氣）硫分影響大（多為300-1000mg/m³），煙氣溫度多在210-350℃；氮氧化物含量一般為300-1000mg/m³。
2.7焦化工序中化工車間脫苯管式爐排放煙氣
其特點(diǎn)是煙氣中二氧化硫含量主要受燃料（煤氣）硫分影響大（多為30-300mg/m³），煙氣溫度多在270-280℃；氮氧化物含量一般小于150mg/m³。
2.8焦化工序中干熄焦排放煙氣
干熄焦煙氣中二氧化硫主要是焦炭冷卻過(guò)程中產(chǎn)生，受焦炭中硫成分影響大（多為100-400mg/m³），煙氣溫度多在150-300℃；氮氧化物含量一般小于150mg/m³。
3當(dāng)前二氧化硫和氮氧化物治理主要工藝技術(shù)
3.1脫硫技術(shù)
3.1.1煙氣循環(huán)技術(shù)
屬于源頭治理技術(shù)，主要是將排出的部分煙氣作為燃燒配風(fēng)，返回加熱燃燒環(huán)節(jié)（圖1），脫除效率約50%，還能利用煙氣所帶的熱能。在燃煤鍋爐、燃?xì)鉅t窯均有應(yīng)用實(shí)例。
3.1.2循環(huán)流化床技術(shù)
屬于末端治理技術(shù)，半干法脫硫的一種，主要工藝是將煙氣引入脫硫塔，在脫硫塔內(nèi)通過(guò)煙氣與流化床層的脫硫劑充分接觸，使煙氣中二氧化硫轉(zhuǎn)化為以亞硫酸鈣為主要成分的干態(tài)脫硫灰排出系統(tǒng)，達(dá)到脫除二氧化硫的目的（圖2）。脫除效率一般為98%-99%，煙氣溫度降至110℃以下或噴水量下降時(shí)，脫硫效率會(huì)降低。
3.1.3密相干塔技術(shù)
屬于末端治理技術(shù)，半干法脫硫的一種，主要工藝是將煙氣引入密相塔，在密相塔內(nèi)通過(guò)煙氣與脫硫劑充分接觸，使煙氣中二氧化硫轉(zhuǎn)化為以亞硫酸鈣為主要成分的干態(tài)脫硫灰排出系統(tǒng)，達(dá)到脫除二氧化硫的目的（圖3）。脫除效率可達(dá)99%，煙氣溫度降至110℃以下或噴水量下降時(shí)，脫硫效率會(huì)降低。
3.1.4石灰石膏法技術(shù)
屬于末端治理技術(shù)，濕法脫硫的一種，主要工藝是將煙氣引入脫硫塔，在脫硫塔內(nèi)通過(guò)煙氣與消化后的石灰漿液充分接觸，再通過(guò)脫硫塔的氧化風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)，將石灰漿液轉(zhuǎn)化為以硫酸鈣為主要成分的漿液，排出漿液通過(guò)真實(shí)壓濾機(jī)形成脫硫石膏排出系統(tǒng)，達(dá)到脫除二氧化硫的目的。脫除效率可達(dá)99%，它需要外排脫硫漿液，以保證脫硫系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
3.1.5氨法技術(shù)
屬于末端治理技術(shù)，濕法脫硫的一種，主要工藝是將煙氣引入脫硫塔，在脫硫塔內(nèi)通過(guò)煙氣與逆流噴淋下的氨水微小液滴充分接觸，使煙氣中二氧化硫轉(zhuǎn)化為以硫酸氨為主要成分的液態(tài)副產(chǎn)品，副產(chǎn)品通過(guò)底部排出系統(tǒng)進(jìn)行分離，達(dá)到脫除二氧化硫的目的。適用于入口二氧化硫濃度不高于30000mg/m³，煙氣量50000m³/h以上，煙氣溫度80-170℃，顆粒物濃度不高于50mg/m³，脫除效率可達(dá)99%。
3.1.6旋轉(zhuǎn)噴霧干燥吸收（SDA）技術(shù)
屬于末端治理技術(shù)，半干法脫硫的一種，主要工藝是將煙氣引入脫硫塔，在脫硫塔內(nèi)向上流動(dòng)的煙氣與頂部噴下的石灰漿液霧滴充分接觸，使煙氣中二氧化硫轉(zhuǎn)化為以亞硫酸鈣為主要成分的干態(tài)副產(chǎn)品，副產(chǎn)品通過(guò)底部排出系統(tǒng)，達(dá)到脫除二氧化硫的目的。適用于入口二氧化硫濃度不高于30000mg/m³，煙氣量50000m³/h以上，煙氣溫度80-170℃，顆粒物濃度不高于50mg/m³，脫除效率可達(dá)99%。
3.1.7 SDS干法脫硫技術(shù)
屬于末端治理技術(shù)，干法脫硫的一種，主要工藝是將煙氣引入脫硫裝置，在脫硫裝置內(nèi)煙氣與噴入的碳酸氫鈉（小蘇打）反應(yīng)，使煙氣中二氧化硫轉(zhuǎn)化為以亞硫酸鈉為主要成分的干態(tài)副產(chǎn)品，副產(chǎn)品通過(guò)底部排出系統(tǒng)，達(dá)到脫除二氧化硫的目的。適用于入口二氧化硫濃度不高，煙氣溫度大于140℃，脫除效率一般在50%-80%。
3.1.8羅氏干法脫硫技術(shù)
屬于末端治理技術(shù)，干法脫硫的一種，主要工藝是采用氧化催化劑使煙氣中的二氧化硫與煙氣中殘余的氧氣反應(yīng)，生成三氧化硫，然后被氫氧化鈣吸收生成硫酸鈣。
3.2脫硝技術(shù)
3.2.1低氮燃燒技術(shù)
屬于源頭治理技術(shù)，它通過(guò)低氮燒嘴，將燃燒用的燃?xì)夂涂諝夥侄啻瓮ㄈ肴紵齾^(qū)，從而使燃燒過(guò)程分多個(gè)階段完成，避免高溫區(qū)和燃燒區(qū)域氧濃度過(guò)于集中，從而降低氮氧化物生成？山档偷趸锷杉s50%。
3.2.2煙氣循環(huán)技術(shù)
屬于源頭治理技術(shù)，它是將鍋爐尾部的高溫?zé)煔庵匦乱肴紵遥ㄟ^(guò)煙氣量的增加降低燃料燃燒的溫度，減少氮氧化物生成；同時(shí)加入的煙氣也降低了燃燒區(qū)域的氧氣濃度，從而也減少了氮氧化物產(chǎn)生。
3.2.3選擇性催化還原（SCR）技術(shù)
屬于末端治理技術(shù)，主要是將催化劑設(shè)置在脫硝塔，當(dāng)煙氣通過(guò)脫硝塔時(shí)，煙氣在催化劑作用下，與噴入脫硝塔的氨氣（或尿素）反應(yīng)，生成氮?dú)夂退，從而達(dá)到脫除目的（圖4）。其脫除效率一般為80%-90%，脫除效率受脫硝塔入口溫度和煙氣含硫量影響。
3.2.4選擇性非催化還原（SNCR）技術(shù)
屬于末端治理技術(shù)，主要是把含有氨基的還原劑（尿素）在不使用催化劑的前提下均勻噴入工業(yè)爐窯溫度為800-1100℃的區(qū)域，選擇性地把煙氣中的氮氧化物還原為無(wú)害的氮?dú)夂退，從而達(dá)到減排氮氧化物的目的（圖5）。其脫除效率一般為40%-50%，這種工藝會(huì)對(duì)工業(yè)爐窯熱效率產(chǎn)生一定影響。
3.2.5羅氏無(wú)氨脫硝技術(shù)
屬于末端治理技術(shù)，其核心是低溫氧化催化材料，工藝原理是煙氣在催化劑作用下，使其中的氮氧化物和一氧化碳發(fā)生反應(yīng)，生成對(duì)環(huán)境質(zhì)量無(wú)害的二氧化碳和氮?dú)。其特點(diǎn)是治理工藝不需噴氨和尿素，無(wú)氨排放的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
3.3脫硫脫硝一體技術(shù)
3.3.1活性炭（焦）脫硫脫硝技術(shù)
屬于末端治理技術(shù)，主要工藝是將煙氣引入活性炭塔，使活性炭與煙氣逆流接觸，活性炭自上而下流動(dòng)、煙氣自下而上流動(dòng)（圖6）。高二氧化硫濃度的煙氣與活性炭均勻接觸，活性炭飽和度好，再生負(fù)荷；新活性炭和再生活性炭與排出煙氣接觸，脫硫脫硝效果好，其中脫硫效率可達(dá)99%以上，脫硝效率多在85%-90%。這種工藝的優(yōu)勢(shì)是將煙氣中的硫最終轉(zhuǎn)化為硫酸，作為工業(yè)產(chǎn)品利用或外銷。它又分為逆流式和順流式，其中逆流式以邯鋼設(shè)計(jì)院為代表，順流式以中冶長(zhǎng)天為代表。
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3.3.2氧化法脫硫脫硝技術(shù)
它是先將煙氣進(jìn)行氧化，然后在脫硫脫硝塔內(nèi)通過(guò)煙氣與吸收劑（多為生石灰或消石灰）充分混合，形成以亞硫酸鈣和硝酸鈣為主的副產(chǎn)品，脫硫脫硝塔類似循環(huán)流化床脫硫塔，工藝主要是用強(qiáng)氧化劑（催化劑）氧化煙氣（圖7）。其脫硫效率可達(dá)99%以上，脫硝效率多在85%-90%，這種治理工藝以中冶節(jié)能、中晶公司和天津?yàn)I環(huán)院為代表。
4二氧化硫和氮氧化物排放治理技術(shù)比較分析和選擇要點(diǎn)
企業(yè)在選擇治理技術(shù)前，應(yīng)結(jié)合本企業(yè)生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，全面開(kāi)展適用性分析，詳細(xì)認(rèn)真對(duì)比治理方案優(yōu)缺點(diǎn)，確保其滿足環(huán)保治理工程建設(shè)和治理效果，具體有以下幾個(gè)方面：
1）依據(jù)企業(yè)發(fā)展規(guī)劃和生產(chǎn)實(shí)踐中原燃料特性變化情況，結(jié)合煙氣特性變化，針對(duì)性選擇適宜的治理技術(shù)。
2）治理技術(shù)工藝應(yīng)滿足企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)客觀條件，不影響原有生產(chǎn)系統(tǒng)和新建環(huán)保治理系統(tǒng)正常運(yùn)行。
3）新建治理項(xiàng)目不產(chǎn)生新的污染治理負(fù)擔(dān)，產(chǎn)生的副產(chǎn)品有較通暢的利用和處置渠道；不降低本企業(yè)在同類企業(yè)的相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)力（經(jīng)濟(jì)效益方面）。
4）對(duì)兼有脫硫和脫硝需求的末端治理技術(shù)，應(yīng)考慮選用脫硫和脫硝技術(shù)的匹配性，避免前后治理工藝配置不合理導(dǎo)致系統(tǒng)難以正常運(yùn)行，應(yīng)優(yōu)先考慮脫硫脫硝一體化技術(shù)。
5鋼鐵企業(yè)脫硫脫硝治理技術(shù)應(yīng)用建議
按照中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)2020年1月印發(fā)的《鋼鐵企業(yè)超低排放改造技術(shù)指南》的通知（中環(huán)協(xié)〔2020〕4號(hào)）中的總體思路，優(yōu)先推進(jìn)源頭治理技術(shù)落實(shí)。
首先，應(yīng)做好生產(chǎn)過(guò)程中的工藝管控，切實(shí)提升清潔生產(chǎn)能力，避免原燃料成分、操作和設(shè)施異常波動(dòng)導(dǎo)致煙氣成分波動(dòng)，超出工藝控制和配套治理設(shè)施處理能力，這是確保穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)。
其次，對(duì)產(chǎn)生氮氧化物的工業(yè)爐窯燃燒溫度調(diào)節(jié)實(shí)施精準(zhǔn)控制。通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)改造，強(qiáng)化日常管理，確保工業(yè)爐窯溫度調(diào)節(jié)精準(zhǔn)到位，避免工業(yè)爐窯熱工制度管理不到位導(dǎo)致波動(dòng)或超標(biāo)排放。
另外，要加強(qiáng)與同行業(yè)優(yōu)秀企業(yè)的交流學(xué)習(xí)，及時(shí)掌握實(shí)踐應(yīng)用中煙氣循環(huán)、低氮燃燒等源頭治理新技術(shù)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)施最經(jīng)濟(jì)合理、又易于管控的源頭減排。
對(duì)源頭治理不能實(shí)現(xiàn)治理目標(biāo)的生產(chǎn)工序，結(jié)合各類脫硫脫硝末端治理技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用實(shí)效，綜合安全、現(xiàn)場(chǎng)等因素，通過(guò)綜合評(píng)價(jià)進(jìn)行優(yōu)選。
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