燒結煙氣脫硫脫硝工藝路線分析與探究

劉 晨

（中鋼集團天澄環保科技股份有限公司，湖北武漢 430205）

隨著環保部頒布實施了《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》，各地后續也陸續出臺了更為嚴格的地方標準，要求進一步嚴格控制燒結行業污染物排放指標。但是現有的燒結煙氣脫硫脫硝設施無法滿足排放的要求，各燒結煙氣治理工藝還存在較多的問題。因此，深入研究燒結煙氣聯合脫硫脫硝工藝勢在必行。

1 燒結煙氣特征分析

燒結是將不同的含鐵原料以及其他必須組分，混合后投入到燒結機中進行高溫反應的生產過程，該過程是一個復雜的物理化學反應過程。燒結煙氣中含有大量的SO2、NOx、HCl、二噁英等多種污染物和粉塵，燒結煙氣的排放會對大氣環境造成嚴重污染，燒結煙氣主要成分與重度表如表1所示。

表1 燒結煙氣主要成分與重度表

1.1 SO2和NOx變化范圍大

因燒結原料及配比的變化，不同燒結煙氣的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

因燒結是在高溫條件下發生的，導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

主要是因為燒結工藝的需要，在燒結前，出于提升材料自身的透氣性，會增加其中的水分含量，燒結煙氣通常含濕量為9%～15%，燒結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

燒結過程中鐵及相關化合物隨著煙氣逸出，形成高濃度粉塵。燒結煙氣中除含有 SO2、NOX、粉塵外，還含有重金屬、HCl、二噁英等[1]

2 有關工藝技術分析

2.1 濕法脫硫+SCR脫硝組合工藝

傳統的脫硫工藝較多，其中應用最廣的主要有鈣法和氨法脫硫，目前燒結廠現有的單獨脫硫工藝中多采用鈣法，其占比可達72.4%[2]。鈣法脫硫的效率一般為90%～98%，能夠滿足燒結煙氣對SO2的脫除要求。但是也存在系統組成復雜、能耗較高、設備易腐蝕等問題。

目前國內應用最多的脫硝工藝，主要是SCR脫硝和SNCR 脫硝。SNCR雖然系統簡單，投資較少，但是脫硝效率一般只有30%～50%，不能滿足燒結煙氣高濃度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℃ 的低溫煙氣，通過MGGH、GGH及熱風爐等設備進行組合升溫至320～420℃，進一步增大了投資和系統的能耗。此種組合工藝，僅適用于燒結廠已經配套有脫硫裝置，但根據環保要求，需新增脫硝裝置的狀況。

2.2 高能輻射-化學脫硫脫硝工藝

該項技術是最近幾年才出現，從屬于脈沖電暈等離子體脫硫脫氮技術。具體原理是借助高壓脈沖將放電產生等離子體電暈，從而形成數量較大的氧化性粒子，將煙氣當中的氧分子與水分子等進行裂解，NOx與SO2等氧化形成NO2與SO3等，之后在NH3的環境下送入氧化產物，形成硫酸銨、硝酸銨等有關微粒，然后通過電除塵器進行收集，達到清除排放尾氣含有的有毒有害物質，這項技術能實現脫除效率的提升，也是未來基于燒結煙氣聯合脫硫脫硝工藝的主要研究內容。

2.3 干法聯合脫硫脫硝工藝

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，通過陰極發射而且經過電場高速匯成高能電子束，當煙氣受到電子束輻照時會形成自由基，然后同SO2、NOx發生反應形成硫酸與硝酸，送入氨氣環境中，會生成（NH4）2SO4氨鹽等產品[3]。雖然脫硫脫硝效果較為理想，可是實際運行費用高昂而且用電量極高，加之脫硫設備價格昂貴，維護及運行系統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

利用活性炭等碳質材料吸附煙氣當中硫與硝的功能，煙氣處理不必進行額外加熱也可以達到較高的脫硫、脫硝率，不僅不會生產額外粉塵而且其排出濃度低于10mg/m3[4]。另外，固相吸附法還可以有效處理SO2、HCl、汞等有害物質，碳物質在進行吸附后還能回收再次進行深度處理，十分適合將煤炭、天然氣作為燃料的電力企業。可是這一方案短時間內難以克服高溫，并且需要較大的一次性投入，若是長時間運行會降低吸附能力。

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：燒結煙氣進入吸附塔后，煙氣均勻地穿過活性焦吸附層，在吸附層內SO2、NOx等污染物被脫除，在脫硫脫硝反應中，是物理吸附和化學吸附的結合的復合反應。該工藝同時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輸系統，運至解吸再生裝置，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品硫酸，降低脫硫裝置的運行費用。再生后的活性焦經篩選后由活性焦輸送系統送入活性焦吸附裝置循環使用，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廠進行處理使用，同時也避免了活性焦中微量重金屬的富集。

活性焦脫硫技術的特點有：工藝簡單、流程流暢、布局緊湊；只需要一個系統就可以同時除去SO2和NOx，實現了脫除SO2、NOx的一體化；可節省大量水資源，煙囪無明顯水汽外排；副產品為硫酸，有較高的利用價值；基本無廢水的產生，無自產固體廢物，因而無二次污染；設備運行維護方便，維護成本低。

2.4 濕法聯合工藝

將強氧化性與絡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前常見的處理工藝，該項脫硫工藝具備一定脫硝能力，通常情況下便脫硝效率能達到20%～40%，針對NOx的預處理可實現50%左右的脫硝，依據氨法脫硫特征和現有氨法脫硫裝置相結合實現聯合脫硫脫硝處理，不僅投資少而且運行費用投入偏低，市場發展前景較為廣闊。

3 小結

當前燒結煙氣聯合脫硫脫硝工藝存在許多現實問題有待解決，例如運行費用投入高昂、設備投資大、運行不穩等，這在一定程度上阻礙了大規模普及現有技術。結合鋼鐵企業燒結具體情況，應對技術要求、環境效益與經濟成本等多方面因素充分考慮，應從以下幾方面入手：首先，最大限度減少投資與運行投入；其次，簡化工藝過程；再次，應用來源方便價格低廉的脫硫脫硝劑，最好應用生產工序產生的堿性產物；最后，提高脫硫脫硝率，降低排放總量。

4 結束語

鋼鐵行業在國民經濟發展中發揮著舉足輕重的作用，雖然提高了國民經濟發展速度，可資源能源的大量消耗，惡化周邊自然生態環境的問題不能忽視。所以，應提高對燒結煙氣治理的重視，積極探索針對性更強的脫硫脫硝技術，實現經濟及環境協調發展。通過對相關工藝的簡要探討，希望可以為有關行業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。