鋼鐵企業燒結煙氣脫硝工藝的探討

摘要：燒結煙氣是鋼鐵企業的重要污染物，為了響應國家去產能、減排政策的實施，燒結煙氣脫硝已成為國內外脫硝研究領域的一個熱點。本文結合實際工程，從鋼鐵企業燒結煙氣目前存在的問題入手，對現今主要脫硝技術進行分析對比，并指出臭氧氧化脫硝是燒結煙氣脫硝的一種新思路，脫硝效率達到了70%以上，為鋼鐵企業燒結煙氣脫硝治理指引了新的研究方向。

關鍵詞：燒結煙氣；脫硝；臭氧氧化

中圖分類號：X701 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）05-0082-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.049

Abstract： The sintering flue gas is the major pollutant in steel enterprises. The flue gas denitration is a hotpot due to the national policy. This paper discussed the problems of sintering flue gas treatments and flue gas denitration technology combined with the actual situation， then points out that the ozone oxidation is a new method of sintering flue gas denitration. The denitration efficiency reached more than 70%， pointing out developing direction in this field.

Key words： Sintering flue gas； Denitration； Ozone oxidation

近年來，大氣污染備受關注，二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）是煙氣中主要的空氣污染物，它會引起人類和動物的呼吸系統疾病，也會導致一系列的環境問題，如光化學煙霧、酸雨和臭氧破壞，這對工農業生產及人民的身體健康造成了嚴重的影響[1，2]。其污染源主要是燃煤發電行業和鋼鐵行業，燃煤行業的脫硫脫硝已有比較成熟的工藝，而鋼鐵行業的煙氣處理尚未得到足夠的重視。據統計，在鋼鐵工業的各種生產過程中，燒結煙氣過程中NOX排放約占鋼鐵廠NOX排放總量的一半左右[3]，盡管燒結煙氣脫硫在技術上已經成熟，方法也有多種，但在燒結煙氣脫硝的建設方面進展不大。

2012年，國家環保部頒發的《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》（GB 28662-2012）和煉焦化學工業污染物排放標準-GB16171》要求現有企業和新建企業的SO2、NOX排放限制分別為200 mg/m3、300 mg/m3[3]。隨著NOX和SO2的排放標準的要求越來越嚴格，繼電廠煙氣處理后，對鋼鐵企業燒結煙氣同時脫硫脫硝的新技術開發將是一個具有挑戰性和迫切性的問題，使得燒結煙氣中NOX的控制成為繼煙（粉）塵和SO2脫硫之后鋼鐵企業環保治理的重點，并且越來越多的工作致力于開發更高效的NOx去除技術，這彰顯著對燒結煙氣脫硝處理刻不容緩。

1 鋼鐵企業燒結煙氣目前存在的問題

鋼鐵行業中燒結煙氣是將置于燒結臺車上的各種粉狀（含鐵原料）、燃料和溶劑點火熔化，在高溫燒結成型過程中所產生的含有多種污染成分的氣體，其中包含的主要大氣污染物有SO2、NOX、重金屬和二噁英等有害物質，因此燒結煙氣的治理與凈化是鋼鐵行業大氣污染物減排工作的重中之重。目前，濕法煙氣脫硫（FGD）是鋼鐵工業中較為成熟、應用最廣泛的一種控制二氧化硫排放的技術，靜電除塵對Pb、Cd、Cr的去除率均為50%以上，選擇靜電除塵結合濕法脫硫裝置，可以達到協同去除重金屬效果。國際上（包括中國）常用的去除煙氣中二噁英的技術是活性炭噴射加布袋除塵器，這種技術可以比較方便地運用于實際工程，也可較容易的實現煙氣中二噁英的濃度低于0.1ngI-TEQ/m3的排放標準[4]。南方某大型鋼鐵企業已具備循環流化床脫硫塔，流化床對NOX有一定的脫除作用，但脫除率僅在10%左右，不能夠實現較好的脫硝效率，故擬在3號燒結脫硫入口煙道增設脫硝裝置。在燒結過程中產生的NOx主要包括NO和NO2，其中90%以上是NO，5%-10%是NO2，把這些有害的化合物轉化成無害的氮。在它們排放到大氣中之前是非常必要的。然而，由于燒結煙氣中的NOX主要以不溶于水的低價氧化物形式存在[5]，因此吸收塔對氮氧化物的吸收作用不大。由于燒結煙氣的特殊性，每個行業應結合自身工程特點，開發出適合的脫硝技術路線。

2 結合鋼鐵企業燒結煙氣特點，選擇合理脫硝技術

鋼鐵企業燒結煙氣與普通電廠煙氣相比，有其自身的特點[6，7]：

煙氣量大且分布不均勻。每生產一噸燒結礦大約產生4000-6000m3煙氣，因透氣性差異和輔料不均等原因，最終倒是煙氣系統阻力變化較大，從而煙氣量變大。

溫度變化范圍大。一般為80-180℃，但達不到電廠鍋爐煙氣脫硝SCR反應所需要的溫度350℃。

含氧量高。一般為15%-18%。

濕度大且不穩定。為了提高燒結混合料的透氣性，混合料在燒結前必須加適量的水制成小球，所以水分含量一般為10%-13%。

污染物成分復雜。原料鐵礦石的運用，使煙氣中含有HCl、HF、NOX等腐蝕性氣體，粉塵濃度高，SO2含量大。

目前煙氣脫硝技術按照脫除原理可以分為催化分解、催化還原、非催化還原、吸收法、吸附法、電子束法等[8]，本文從下面幾種應用較廣泛的脫硝技術中，結合鋼鐵企業燒結煙氣的特點，為本項目工程選擇合理的脫硝技術。

2.1 選擇性催化還原脫硝（SCR）

SCR工藝在20世紀70年代于日本率先實現工業化，主要應用于工業鍋爐和電站鍋爐煙氣脫硝，是在催化劑作用下，以NH3為還原劑，在一定溫度范圍內（一般為300-450℃），使NOX發生還原反應，生成N2和H2O。該技術脫硝效率高，一般為70%-90%，不產生二次污染，系統穩定。國內約有300多家電廠采用SCR法，約占所有脫硝技術的98%[9] 。然而，由于我國燒結煙氣溫度較低，不能達到SCR的操作溫度且投資運行成本高，故無法直接應用到燒結煙氣脫硝。

2.2 選擇性非催化還原脫硝（SNCR）

SNCR是指在一定溫度下，無催化劑存在，利用氨或尿素等氨基還原劑選擇性地將煙氣中的NOX還原為N2和H2O，而基本上不與煙氣中的氧氣作用。SNCR技術主要應用于火電廠煙氣脫硝，該技術投資少、設備簡單、無催化劑，但脫硝效率相對較低，通常在40%左右，且反應溫度較高，主要應用于窯爐設施，因此不適用于燒結煙氣的工況。

2.3 活性炭脫硝

NOX在活性炭官能團的選擇性催化作用下被噴入的氨還原而被脫除，沒有氨氣的條件下為吸附脫除，脫硝效率為40%-60%。其優點一是可以實現二氧化硫、氮氧化物、二噁英等多種污染物同時脫除；二是煙氣溫度能夠滿足脫硝反應要求，不需要外加熱源；三是無需工藝水和廢水處理。截至目前，采用活性炭干法燒結脫硫脫硝的大型鋼鐵公司包括日本新日鐵住金、韓國浦項鋼鐵、澳大利亞的博思格鋼鐵以及中國太鋼等[10]。但活性炭裝置建設費用和運行費用十分高昂，是其他燒結煙氣治理裝置的3～5倍，活性炭消耗量大，噴射氨增加了粘附力，造成吸收塔內氣流分布不均勻，再加上環保投入效益較低，難以普及。

2.4 臭氧氧化脫硝

臭氧氧化脫硝技術的基本機理是利用臭氧發生器產生的強氧化性臭氧將難溶于水的NO氧化成易溶于水的 NO2、N2O3、N2O5等高價態氮氧化物，然后在洗滌塔內將NOX被吸收劑Ca（OH）2吸收，實現脫硝的目標。其脫硝效率為60-90%，反應機理是：

NO+O3→NO2﹢O2

4NO2 + 2Ca（OH）2→Ca（NO3）2+Ca（NO2）2 + H2O

臭氧氧化脫硝工藝簡單，占地面積小，運行維護簡單，可同時實現SO2、NOX脫除，因此，可滿足本項目工程的脫硝技術需求。

綜上所述，結合鋼鐵企業燒結煙氣特點，選定臭氧氧化脫硝技術最為合適、合理，這種技術結合在國內鋼鐵行業應用案例較少。臭氧氧化脫硝工藝避免了SCR脫硝工藝缺點的同時可取得良好的NOx去除效果，為鋼鐵企業燒結煙氣治理的提供了新方法，并完善了鋼鐵企業對工業廢氣的處理。

3 實際項目工程對選定脫硝技術的案例驗證

臭氧作為強氧化劑的脫硝工藝不僅脫硝效率高，還具有可根據出口NOX濃度排放指標要求分步投運脫硝系統的優勢，其臭氧發生器發生量可調，控制靈活簡便，適應性強。南方某大型鋼鐵企業為其3號燒結機脫硫系統前增設一套完整的脫硝設施，該項目工程的臭氧氧化脫硝系統主要由氧氣源供應系統、臭氧發生系統、循環冷卻水系統以及噴射系統等組成。3號燒結機燒結煙氣處理工藝流程見圖1所示。

該脫硝系統在不同的NOX等污染物濃度和比例下，可以同時高效率脫除煙氣中的NOX、SO2和顆粒物等污染物，同時還不影響其他污染物控制技術，是傳統脫硝技術的一個高效補充或替代技術。

脫硝改造工程的實施，可提升煙氣處理系統脫硝效率由原來的10%升至71.5%以上，氮氧化物排放濃度將穩定達到《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》（GB28662-2012）中特別排放限值要求。

針對該鋼鐵公司實際情況，相比傳統催化氧化脫硝工藝，本工程采用臭氧氧化脫硝具有如下優點：①不需要催化劑液氨，避免化學藥劑風險問題；②新建脫硝設施對現有脫硫設施的運行生產基本無影響；③不需要對現有吸收塔進行改造，僅在吸收塔煙道入口設置臭氧噴射裝置，現有脫硫系統停機改造時間較短；④對現有系統阻損無影響，現有風機壓力無需改造；⑤新增脫硝設施后，現有吸收劑（鈣基）共同承擔脫硫脫硝作用，僅增加吸收劑用量且增加量已在脫硫設施改造時考慮到位，無需對現有脫硫劑設施進行改造；⑥副產物成分為硝酸鈣及亞硝酸鈣，可直接作為建材添加劑綜合利用。

4 結論

（1）燒結煙氣采取臭氧氧化脫硝工程，一方面降低NOx污染物排放總量，節省一定的排污費用；另一方面，對改善區域大氣環境起到積極作用。（2）該鋼鐵企業采用的臭氧氧化+干法脫硝法應用實例較少，為燒結煙氣脫硝處理提供了新思路。 （3）燒結煙氣處理方式種類多，應根據各行業實際情況，探究出適合的處理技術為更好解決燒結煙氣脫硝問題，同時需加大對新型技術的投資和研究，真正做大節能減排，同時保障鋼鐵企業的經濟效益。

參考文獻

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收稿日期：2018-04-08

作者簡介：楊小青（1981-），碩士研究生，研究方向為環保管理工作。