燒結(jié)煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)研究及應(yīng)用

賀寶軍，賈占民，劉 坤

（唐山市德龍鋼鐵有限公司燒結(jié)廠，河北063600）

0 引言

唐山德龍地處4A 景區(qū)——唐山國際旅游島的周邊，如何實現(xiàn)與周邊環(huán)境和諧相處，與國際旅游島共榮共生，減排是第一要務(wù)。燒結(jié)煙氣含硫化物、氮化物、顆粒物較多且排放量大，是鋼鐵廠的第一大污染源。2017 年唐山市的煙氣排放標準是SO2≤80 mg/m3、NOx≤180 mg/m3、顆粒物≤20 mg/m3，但隨著環(huán)保減排標準的不斷提升，必須研究一種較先進的煙氣處理方法，因此研究開發(fā)了燒結(jié)煙氣脫硫脫硝一體化工藝技術(shù)，實現(xiàn)了在一塔內(nèi)脫除燒結(jié)煙氣中多種污染物的同時超低排放煙氣、不產(chǎn)生廢水、固廢零排放、降低投資和運行成本。通過工藝優(yōu)化和技術(shù)創(chuàng)新，將豐富和發(fā)展鋼鐵工業(yè)中燒結(jié)煙氣脫硫脫硝的技術(shù)工藝和理論，對推動行業(yè)科技進步起到示范作用。

1 技術(shù)方案

1.1 技術(shù)路線（見圖1）

圖1 技術(shù)路線

1.2 技術(shù)要求

燒結(jié)煙氣排放指標應(yīng)符合表1 的規(guī)定。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)

1.3.1 新型燒結(jié)脫硫脫硝一體化煙氣處理技術(shù)

燒結(jié)煙氣干法脫硫脫硝一體化工藝見圖2。燒結(jié)煙氣經(jīng)過電除塵除去粉塵后，進入離子發(fā)生器氧化脫硝區(qū)間，在該區(qū)間完成一氧化氮向高價氮氧化物的轉(zhuǎn)變；然后煙氣進入吸收塔，在高速湍流與BMP 脫硫脫硝劑的雙重作用下，高價氮氧化物、二氧化硫被吸收劑吸附的同時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硝酸鹽、硫酸鹽、及少量亞硝酸鹽、亞硫酸鹽等；煙氣進一步由吸收塔塔頂進入袋式除塵器，在袋式除塵器中粗顆粒的硫酸鹽、硝酸鹽、亞硫酸鹽、亞硝酸鹽與部分在水汽作用下團聚而成的BMP 抱團形成大顆粒物，從而提高袋式除塵器除塵效率；煙氣達到近零排放指標后經(jīng)煙囪排至大氣中。

具體工藝：通過離子發(fā)生器將兩種普通的復(fù)合鹽類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成了具有氧化性的一種氣體物質(zhì)，該氣體物質(zhì)在脈沖電壓的作用下產(chǎn)生了一定的電離離子，此離子可以明顯加強氧化劑的性能；再用空氣稀釋至一定比例并通過鼓風(fēng)機進入煙道與煙氣進行混合，此離子在一定的溫度、濕度、含氧量條件下將煙氣中的一氧化氮轉(zhuǎn)化為高價氮氧化物，該氣態(tài)離子對于NO 和SO2的氧化有選擇性，先氧化NO，過量后才會氧化SO2；煙氣進入吸收塔內(nèi)，被氧化的NO 變?yōu)楦邇r氮氧化物，可很快被BMP 吸收，反應(yīng)生成硝酸鹽、亞硝酸鹽，亞硝酸鹽會進一步被氧化劑氧化成為硝酸鹽；由于該氣態(tài)離子相對穩(wěn)定，不易湮滅，可隨煙氣進入吸收塔而不消失，隨著煙氣上升而繼續(xù)氧化NO，直至全部NO 被氧化生成高價氮氧化物，生成的高價氮氧化物99.5%可被BMP 吸附。離子發(fā)生器產(chǎn)出的氣態(tài)離子型氧化劑與煙氣接觸時間0.3 s 時，足以將NO 氧化成易被堿性物質(zhì)吸收的高價氮氧化物且反應(yīng)充分進行，氣態(tài)離子氧化劑是脫硝效率高達99.5%的關(guān)鍵，氣態(tài)離子氧化劑在低中溫120～160 ℃的條件下，離子發(fā)生器產(chǎn)生的氧化劑的分解率較低，僅有0.2%以內(nèi)，因此在燒結(jié)機及球團、燃煤鍋爐等爐窯排煙溫度小于160 ℃的前提下，此氣態(tài)離子氧化劑的溫度適應(yīng)性較強，不需要對煙氣進行窯降溫或者升溫，也不必用催化劑，運行成本優(yōu)于目前幾種主流脫硫脫硝一體化技術(shù)如活性炭、SCR+等技術(shù)，是目前商業(yè)化應(yīng)用的脫硝技術(shù)中成本最低的。

表1 燒結(jié)煙氣排放指標 /mg·Nm-3

圖2 燒結(jié)煙氣干法脫硫脫硝一體化工藝

1.3.2 新型脫硫脫硝組合劑開發(fā)

BMP 是一種復(fù)合型堿性吸收劑（見圖3），其1 g超微顆粒表面積的總和可達到100 m2，如此高的比表面積會出現(xiàn)隧道效應(yīng)，使超細塵顆粒由外及內(nèi)在電離子作用下填充進BMP 內(nèi)部隧道內(nèi)，具有超強吸附能力，見圖4。汞及其他重金屬污染物也同時被氣態(tài)離子氧化劑氧化、BMP 吸附。BMP 中有遇水體積膨脹的陰離子物質(zhì)，該物質(zhì)可以吸附流化床中PM1、PM2.5 等絕大部分細顆粒物，并絮凝成為大顆粒，增大吸收塔出口顆粒物粒度，有利于下游布袋除塵的高效超濾氣固分離實現(xiàn)近零排放。

圖3 BMP 圖

圖4 BMP 隧道效應(yīng)

1.3.3 燒結(jié)脫硫脫硝副產(chǎn)物應(yīng)用技術(shù)

要實現(xiàn)固廢零排放，必須要將固廢充分利用。經(jīng)過吸收塔后生成的物質(zhì)見圖5，主要生成物質(zhì)有硝酸鈣、硫酸鈣、硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸鈣、硅系硫酸鹽共占比例90%以上，亞硫酸鈣、亞硫酸鎂、硫酸鋁等約占8%，其他組份約占2%，這種副產(chǎn)物可以用作建材原料。

2 實施效果

圖5 副產(chǎn)物晶相圖

此技術(shù)在唐山市德龍鋼鐵有限公司應(yīng)用于230 m2燒結(jié)煙氣處理，截止目前，該整套技術(shù)應(yīng)用已達兩年以上，運行狀況穩(wěn)定，運行成本低，經(jīng)濟效益和社會效益明顯。燒結(jié)煙氣實際排放為：SO2的排放濃度≤3 mg/Nm3、NOx排放濃度≤42 mg/Nm3、顆粒物排放濃度≤8 mg/Nm3；減少了SO2排放1 369 t、NOx排放2 281 t、顆粒物排放1 771 t、水消耗33.84 萬m3、固廢5.4 萬t，脫硫脫硝副產(chǎn)物（固廢）可生產(chǎn)20萬m3高強輕質(zhì)新型綠色建材。隨著技術(shù)的實施，基本消除了燒結(jié)煙氣對環(huán)境的污染，且實現(xiàn)了固廢的零排放，社會效益明顯。

3 結(jié)論

開發(fā)出的新型燒結(jié)脫硫脫硝一體化煙氣處理系統(tǒng)，實現(xiàn)了一塔脫除多種污染物的干法工藝；開發(fā)出的新型脫硫脫硝組合劑，可以在燒結(jié)煙氣脫硫的過程中同時脫除NOx；開發(fā)出的燒結(jié)脫硫脫硝產(chǎn)物應(yīng)用技術(shù)實現(xiàn)了產(chǎn)物的綜合利用。