燒結(jié)煙氣脫硫脫硝工藝路線分析與探究
摘 要：燒結(jié)機(jī)頭煙氣是鋼鐵行業(yè)SO2與NOx的主要排放源，在燒結(jié)反應(yīng)下燒結(jié)礦與燃料混合料會產(chǎn)生大量的SO2、NOx及顆粒物等污染物，嚴(yán)重污染自然生態(tài)環(huán)境。所以，冶金鋼鐵行業(yè)等應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)國家出臺的有關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，并充分掌握燒結(jié)煙氣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)，基于此主要對相關(guān)工藝加以分析。
關(guān)鍵詞 ：燒結(jié)煙氣 ；脫硫 ；脫硝
隨著環(huán)保部頒布實(shí)施了《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，各地后續(xù)也陸續(xù)出臺了更為嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)，要求進(jìn)一步嚴(yán)格控制燒結(jié)行業(yè)污染物排放指標(biāo)。但是現(xiàn)有的燒結(jié)煙氣脫硫脫硝設(shè)施無法滿足排放的要求，各燒結(jié)煙氣治理工藝還存在較多的問題。因此，深入研究燒結(jié)煙氣聯(lián)合脫硫脫硝工藝勢在必行。
1 燒結(jié)煙氣特征分析
燒結(jié)是將不同的含鐵原料以及其他必須組分，混合后投入到燒結(jié)機(jī)中進(jìn)行高溫反應(yīng)的生產(chǎn)過程，該過程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程。燒結(jié)煙氣中含有大量的SO2、NOx、HCl、二噁英等多種污染物和粉塵，燒結(jié)煙氣的排放會對大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染，燒結(jié)煙氣主要成分與重度表如表1所示。
表1 燒結(jié)煙氣主要成分與重度表
1.1 SO2和NOx變化范圍大
因燒結(jié)原料及配比的變化，不同燒結(jié)煙氣的 SO2濃度一般在400~5 000mg/m3波動，NOx濃度一般在150~600mg/m3。
1.2 具有較高溫度
因燒結(jié)是在高溫條件下發(fā)生的，導(dǎo)致在該過程中煙氣的排放溫度相對偏高，煙氣整體溫度維持在120~180℃。
1.3 具有較大含濕量及含氧量
主要是因?yàn)闊Y(jié)工藝的需要，在燒結(jié)前，出于提升材料自身的透氣性，會增加其中的水分含量，燒結(jié)煙氣通常含濕量為9%~15%，燒結(jié)煙氣的含氧量一般為15%~18%。
1.4 具有較高粉塵濃度并含有多種污染物
燒結(jié)過程中鐵及相關(guān)化合物隨著煙氣逸出，形成高濃度粉塵。燒結(jié)煙氣中除含有 SO2、NOX、粉塵外，還含有重金屬、HCl、二噁英等。
2 有關(guān)工藝技術(shù)分析
2.1濕法脫硫+SCR脫硝組合工藝
傳統(tǒng)的脫硫工藝較多，其中應(yīng)用最廣的主要有鈣法和氨法脫硫，目前燒結(jié)廠現(xiàn)有的單獨(dú)脫硫工藝中多采用鈣法，其占比可達(dá)72.4%。鈣法脫硫的效率一般為90%~98%，能夠滿足燒結(jié)煙氣對 SO2的脫除要求。但是也存在系統(tǒng)組成復(fù)雜、能耗較高、設(shè)備易腐蝕等問題。
目前國內(nèi)應(yīng)用最多的脫硝工藝，主要是 SCR 脫硝和 SNCR 脫硝。SNCR 雖然系統(tǒng)簡單，投資較少，但是脫硝效率一般只有30%~50%，不能滿足燒結(jié)煙氣高濃度 NOx脫除的要求。SCR 脫硝工藝的脫硝效率較高，一般可達(dá) 70%~90%，但是對溫度要求較高，一般需要溫度在320~420℃。采用濕法脫硫 +SCR 脫硝組合工藝，需要將脫硫后50~80℃ 的低溫?zé)煔猓ㄟ^ MGGH、GGH 及熱風(fēng)爐等設(shè)備進(jìn)行組合升溫至320~420℃，進(jìn)一步增大了投資和系統(tǒng)的能耗。此種組合工藝，僅適用于燒結(jié)廠已經(jīng)配套有脫硫裝置，但根據(jù)環(huán)保要求，需新增脫硝裝置的狀況。
2.2 高能輻射–化學(xué)脫硫脫硝工藝
該項(xiàng)技術(shù)是最近幾年才出現(xiàn)，從屬于脈沖電暈等離子體脫硫脫氮技術(shù)。具體原理是借助高壓脈沖將放電產(chǎn)生等離子體電暈，從而形成數(shù)量較大的氧化性粒子，將煙氣當(dāng)中的氧分子與水分子等進(jìn)行裂解，NOx與 SO2等氧化形成 NO2與 SO3等，之后在 NH3的環(huán)境下送入氧化產(chǎn)物，形成硫酸銨、硝酸銨等有關(guān)微粒，然后通過電除塵器進(jìn)行收集，達(dá)到清除排放尾氣含有的有毒有害物質(zhì)，這項(xiàng)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)脫除效率的提升，也是未來基于燒結(jié)煙氣聯(lián)合脫硫脫硝工藝的主要研究內(nèi)容。
2.3 干法聯(lián)合脫硫脫硝工藝
2.3.1 電子活化氧化
煙氣通過冷卻塔冷卻后，借助電子束照射，通過陰極發(fā)射而且經(jīng)過電場高速匯成高能電子束，當(dāng)煙氣受到電子束輻照時(shí)會形成自由基，然后同 SO2、NOx發(fā)生反應(yīng)形成硫酸與硝酸，送入氨氣環(huán)境中，會生成（NH4）2SO4氨鹽等產(chǎn)品。雖然脫硫脫硝效果較為理想，可是實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用高昂而且用電量極高，加之脫硫設(shè)備價(jià)格昂貴，維護(hù)及運(yùn)行系統(tǒng)具有較大工作量這些都是其阻礙因素。
2.3.2 固體吸附工藝
利用活性炭等碳質(zhì)材料吸附煙氣當(dāng)中硫與硝的功能，煙氣處理不必進(jìn)行額外加熱也可以達(dá)到較高的脫硫、脫硝率，不僅不會生產(chǎn)額外粉塵而且其排出濃度低于10mg/m3。另外，固相吸附法還可以有效處理 SO2、HCl、汞等有害物質(zhì)，碳物質(zhì)在進(jìn)行吸附后還能回收再次進(jìn)行深度處理，十分適合將煤炭、天然氣作為燃料的電力企業(yè)。可是這一方案短時(shí)間內(nèi)難以克服高溫，并且需要較大的一次性投入，若是長時(shí)間運(yùn)行會降低吸附能力。
2.3.3 活性焦脫硫脫硝一體化工藝
活性焦工藝的基本原理為 ：燒結(jié)煙氣進(jìn)入吸附塔后，煙氣均勻地穿過活性焦吸附層，在吸附層內(nèi) SO2、NOx等污染物被脫除，在脫硫脫硝反應(yīng)中，是物理吸附和化學(xué)吸附的結(jié)合的復(fù)合反應(yīng)。該工藝同時(shí)還能兼有脫二噁英及重金屬的 作用。
具體工藝為 ：煙氣通過活吸附裝置后被凈化，吸附飽和的活性焦靠重力沉降至運(yùn)輸系統(tǒng)，運(yùn)至解吸再生裝置，通過高溫使活性焦再生，釋放出的高濃度 SO2混合氣體用于制備副產(chǎn)品硫酸，降低脫硫裝置的運(yùn)行費(fèi)用。再生后的活性焦經(jīng)篩選后由活性焦輸送系統(tǒng)送入活性焦吸附裝置循環(huán)使用，篩下的少量小顆粒活性焦及焦粉收集后排入煙塵罐，可作為燃料送至燒結(jié)廠進(jìn)行處理使用，同時(shí)也避免了活性焦中微量重金屬的富集。
活性焦脫硫技術(shù)的特點(diǎn)有 ：工藝簡單、流程流暢、布局緊湊 ；只需要一個(gè)系統(tǒng)就可以同時(shí)除去 SO2和 NOx，實(shí)現(xiàn)了脫除 SO2、NOx的一體化 ；可節(jié)省大量水資源，煙囪無明顯水汽外排；副產(chǎn)品為硫酸，有較高的利用價(jià)值；基本無廢水的產(chǎn)生，無自產(chǎn)固體廢物，因而無二次污染；設(shè)備運(yùn)行維護(hù)方便，維護(hù)成本低。
2.4 濕法聯(lián)合工藝
將強(qiáng)氧化性與絡(luò)合劑等添加劑加入液相中，主要目的是處理一氧化氮難溶于水的問題，顯著提升脫硝率。氨 – 硫銨祛濕法脫硫是當(dāng)前常見的處理工藝，該項(xiàng)脫硫工藝具備一定脫硝能力，通常情況下便脫硝效率能達(dá)到20%~40%，針對 NOx的預(yù)處理可實(shí)現(xiàn)50% 左右的脫硝，依據(jù)氨法脫硫特征和現(xiàn)有氨法脫硫裝置相結(jié)合實(shí)現(xiàn)聯(lián)合脫硫脫硝處理，不僅投資少而且運(yùn)行費(fèi)用投入偏低，市場發(fā)展前景較為廣闊。
3 小結(jié)
當(dāng)前燒結(jié)煙氣聯(lián)合脫硫脫硝工藝存在許多現(xiàn)實(shí)問題有待解決，例如運(yùn)行費(fèi)用投入高昂、設(shè)備投資大、運(yùn)行不穩(wěn)等，這在一定程度上阻礙了大規(guī)模普及現(xiàn)有技術(shù)。結(jié)合鋼鐵企業(yè)燒結(jié)具體情況，應(yīng)對技術(shù)要求、環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)成本等多方面因素充分考慮，應(yīng)從以下幾方面入手：首先，最大限度減少投資與運(yùn)行投入；其次，簡化工藝過程；再次，應(yīng)用來源方便價(jià)格低廉的脫硫脫硝劑，最好應(yīng)用生產(chǎn)工序產(chǎn)生的堿性產(chǎn)物；最后，提高脫硫脫硝率，降低排放總量。
4 結(jié)束語
鋼鐵行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著舉足輕重的作用，雖然提高了國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，可資源能源的大量消耗，惡化周邊自然生態(tài)環(huán)境的問題不能忽視。所以，應(yīng)提高對燒結(jié)煙氣治理的重視，積極探索針對性更強(qiáng)的脫硫脫硝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)及環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。通過對相關(guān)工藝的簡要探討，希望可以為有關(guān)行業(yè)的煙氣治理及減排提供參考，從而打造更為健康的自然生態(tài)。
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