淺談435㎡燒結機煙氣脫硫脫硝工程實例

孫偉

摘 要：本文結合某鋼廠435㎡燒結機煙氣脫硫脫硝實際工程，介紹了活性炭做催化劑的選擇性催化還原反應技術（SCR工藝）及其技術特點。

關鍵詞：燒結煙氣；SCR工藝；活性炭；煙氣脫硫脫硝

中圖分類號：X701 文獻標志碼：A

0 前言

燒結系統煙氣排放的主要特點是煙氣排放量大、二氧化硫排放濃度低且波動范圍寬、二氧化硫排放總量大等。因燒結工序排放的二氧化硫約占鋼鐵生產總排放量的60%以上，故燒結煙氣脫硫是鋼鐵行業實現二氧化硫減排指標的關鍵。為此，治理燒結煙氣作為發展循環經濟、節能減排的突破口，提出對燒結機配套建設脫硫脫銷系統，治理污染，使企業的發展建立在節能減排和環境保護的基礎上，實現協調和可持續發展。

1 工程概述和工藝的選擇

1.1 工程概述

某鋼廠為擴大燒結產能，擬新建一臺435m2燒結機。該燒結機生產過程中燒結機機頭將會產生燒結煙氣廢氣。由于燒結機煙氣中含有SO2、NOx、酸氣、重金屬等污染物，按照環保要求，需要設計建設一套煙氣凈化系統對燒結機煙氣進行綜合治理。

1.2 工藝的選擇

目前，燒結煙氣脫硫的技術種類較多，按脫硫過程是否使用工藝水和脫硫產物的干濕形態，煙氣脫硫分為：濕法、干法兩大類脫硫工藝。濕法煙氣脫硫發展較早，技術比較成熟，生產運行安全可靠，在當前許多企業中占主導地位。但其缺點是生成物較難處理，設備腐蝕性嚴重，占地面積大，投資和運行費用高，系統復雜設備龐大，耗水量大。干法煙氣脫硫技術相對于濕法脫硫系統而言其脫硫效率高，設備簡單，占地面積小，操作方便，能耗較低，無污水處理系統。而缺點是設備一次性投資大，設備操作技術要求高。脫硫方法有活性炭吸附法、荷電干式吸收劑噴射法、電子束輻射法等。綜合我國現階段的國策，干法脫硫技術無疑是未來的主導方向，因此本工程選用活性炭選擇性催化還原技術（SCR工藝）。

2 工藝介紹

2.1 該套煙氣凈化裝置中的主要設備

布袋除塵器、增壓風機、吸附塔（含脫硫段、脫硝段）、煙囪、解析塔、活性炭輸送系統、氨水供應系統、制酸系統。

2.2 工藝流程

煙氣脫硫、脫硝凈化系統是在一套裝置中完成吸附和催化還原反應過程。吸附劑和催化劑選用特殊性能的活性炭，煙氣自下而上，活性炭自上而下，兩者逆流接觸，活性炭連續地從吸附塔底部排出，輸送到解析塔進行解析，解析后的活性炭再進入系統循環使用。使用氨氣作為還原劑，在活性炭的催化下進行脫硝。

來自燒結機的煙氣分兩路進入煙氣凈化系統，每路煙氣流經的設備如下所述：活性炭吸附系統的前段工藝設備包括：靜電除塵器、主風機、加壓機和急冷塔。入口煙氣通過靜電除塵器除去來自燒結機的黏性粉塵和其他固體污染物。煙氣經過靜電除塵器后，需要加壓來補充后道工序設備（急冷塔、吸收塔）的壓降，煙氣加壓由兩臺平行工作的風機完成。為控制吸收塔入口煙氣溫度為130℃，兩套系都設置煙氣急冷塔。急冷塔中設置了霧化噴頭，在壓縮空氣作用下，水霧化成小水滴，通過蒸發，煙氣溫度被冷卻至130℃。由于脫硝的效率隨煙氣中水的含量的增高而降低，因此在界區入口處煙氣的溫度不宜過高。煙氣通過急冷塔后，兩路煙氣再各分為兩子系，共4路煙氣分別進入吸附塔。

飽和的活性炭從吸附塔排出后通過輸送系統送入解析系統。活性炭首先在解析塔內被加熱至390℃～450℃，去除吸附的污染物及硫化物，被活性炭吸附的SO2被釋放出來，生成富含SO2的氣體送至制酸工段制取H2SO4，解析后的活性炭經冷卻后，通過振動篩篩分，將細小活性炭和粉塵去除，篩分后的活性炭送回到吸附塔循環使用。新的活性炭需要連續地加入到系統中補充篩分造成的損耗。系統分別設置了新鮮活性炭和飽和活性炭的緩沖倉，用于平衡檢修期間的活性炭輸送。并且需要設計真空活性炭除塵系統，以最大限度地減少進入吸附凈化系統的粉塵。

3.3 工藝的優點

3.3.1煙氣流出吸附塔時，即使其中所含的SO2或其他污染物濃度已經非常低，也會被頂部不斷裝入的新活性炭所吸附，保證了排出裝置時煙氣中污染物濃度的最低值。

3.3.2煙氣中粉塵流經活性炭床層時被不斷地過濾，連續地從裝置中排出，系統的壓降小（適用于較高含塵量煙氣的凈化）。

3.3.3 床層高度可調，可以根據用戶入口煙氣濃度條件進行設計。

3.3.4 吸附塔內煙氣不會產生偏流，保證操作安全。

4 SCR工藝核心技術介紹

4.1 活性炭

活性炭的主要來源是富含碳的有機材料，如煤，動物骨頭，椰殼，焦油等。通過900℃以上高溫的加熱，揮發份被去除，氧原子和剩下的碳結構反應產生微小的孔隙。每克活性炭中孔隙的內表面積在300m2～2200m2。大分子，諸如SO2、HF、揮發性有機碳、重金屬通過物理和化學鍵被吸附到活性炭內的孔隙中。

4.2 吸附塔技術原理和工藝過程

脫硫和脫硝過程將使用同一吸附劑并在同一單元中完成，此過程被稱作“同步過程”。活性炭通過移動床穩步向下移動，同時，煙氣逆向向上流動。該吸附方法有下列優點：

4.2.1過程簡單并可持續

4.2.2煙氣中的、粉塵引起床層堵塞的可能性非常低

4.2.3 壓降小

4.2.4煙氣與吸附劑充分接觸，吸附效率高

凈化過程的第一步是SO2吸附到活性炭的氣孔內。化學反應方程式如下：

SO2 + ? O2 + H2O → H2SO4

SO2在活性炭的表面與O2、H2O反應生成H2SO4后被儲存在活性炭的氣孔內。上述反應的發生溫度在80℃～150 ℃。

凈化過程的第二步是脫硝，該過程是以活性炭為催化劑，NOX與NH3發生化學反應。離開第一步活性炭床層的煙氣，在混合段與氨氣混合后進入第二層活性炭床層與NH3 發生反應（第二步）。該主反應從100℃溫度開始。

6NO + 4 NH3→ 5N2+ 6 H2O

NO2+ NO + 2 NH3→ 2N2 + 3H2O

4NO + 4 NH3 + O2→ 4N2 + 6H2O

2NO2 + 4 NH3 + O2→ 3N2 + 6H2O

此外，煙氣中第一步殘留的SO2也可與NH3反應，此過程會造成氨的額外消耗，化學方程式如下：

NH3 + SO3+ H2O → NH4HSO4

2NH3 + SO3 + H2O → （NH4）2SO4

由于煙塵顆粒的作用，該反應產物是黏性的固體。這些產物會給脫硝炭床層帶來負面影響，導致活性炭的堵塞。因此對該反應進行監控是非常必要的。

4.3 解析塔

從吸附塔排出的活性炭物理吸附了SO2，H2O，O2和各種碳氫化合物。這些被吸附的成分在經過進一步化學反應后生成具有不同物理性質的產物。

解析塔的作用是脫除活性炭中的SO2和吸附的其他雜質。SO2解吸失敗會對吸附塔操作產生嚴重影響，破壞CSCR系統的平衡，中斷吸附過程。解析塔可視為CSCR技術的心臟。由于解析塔的重要性，設兩個解吸塔，每個解吸塔均可承擔100%的負荷，以便在一座解析塔維修時，仍能保證整個CSCR系統的的正常運行。解析塔內的活性炭被加熱到390℃～450℃，將SO4-轉換為SO2以便將H2SO4從活性炭的微孔當中脫除。解析塔是這一過程當中最重要的設備，他再生活性炭，并且將硫從活性炭當中脫出。

結語

某鋼廠435m2燒結機煙氣脫硫脫硝工程采用活性炭做催化劑的選擇性催化還原反應技術，項目建成后，將有效改善空氣質量，是廠區綜合治理的又一個精品工程。

參考文獻

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