冶金煙氣脫硫脫硝概述

薄鳳華

（1：北京中冶設備研究設計總院有限公司 北京100029；2：北京市鋼鐵冶金節能減排工程技術研究中心 北京100029）

1 前言

十九大要求：“堅持全民共治、源頭防治，持續實施大氣污染防治行動，打贏藍天保衛戰。”目前，京津冀地區在鋼鐵、電力行業已實施超低排放，環保形勢愈發嚴峻，SO2濃度需達到35mg／m3以下，NOx濃度需達到50mg／m3以下，粉塵濃度需達到10mg／m3以下。

鋼鐵冶金的SO2主要在燒結、球團等工序產生，SO2濃度基本在400mg／m3～5000mg／m3的范圍內，我國的有色金屬冶煉煙氣脫硫治理分兩部分，冶煉煙氣中高濃度的SO2可用于制酸，而低濃度SO2煙氣基本采用脫硫治理。

鋼鐵行業的NOx主要集中在燒結（球團）、煉鐵（熱風爐）等工序，而且排放量較大；石灰（白云石）焙燒工序有較高濃度的NOx排放但排放量不大，軋鋼工序有NOx排放，排放量不大且分散。鋼鐵行業整體NOx濃度在200g／m3～5000g／m3的范圍內。燒結煙氣中的NOx，主要是由燒結固體燃料及含鐵原料中的氮和空氣中的氧在高溫下反應產生。燃料型NOx可以占到80%，熱力型NOx也可能占60%～70%。每生產一噸燒結礦約產生NOx0.4%～0.65%。燒結煙氣中NOx的濃度一般在200g／m3～310g／m3，這與燃料中的氮的含量有關。

2 濕法煙氣脫硫脫硝技術

2.1 原理

利用液體吸收劑將NOX溶解的原理來凈化燃煤煙氣。其障礙是NO很難溶于水，往往要求將NO首先氧化為NO2。為此一般先將NO通過與氧化劑O3、ClO2或KMnO4反應，氧化生成NO2，然后NO2被水或堿性溶液吸收，實現煙氣脫硫脫硝。濕法為氣液反應，反應速度較快，脫硫脫硝效率高，一般均高于90%，工藝和基本原理都較為簡單，可在一套設備中同時脫除煙氣中的NOX和SO2，并且不存在催化劑中毒、失活等問題，技術應用成熟，應用范圍廣。濕法脫硫技術是脫硫脫硝技術種類中成熟的技術之一，生產運行安全可靠，在眾多的脫硫技術中，始終占據主導地位占脫硫總裝機容量的80%以上。

2.2 優點

濕法煙氣脫硫脫硝技術具有以下特點：

1）脫硫效率高；

2）節省吸附劑，能耗低；

3）性能可靠，使用方便；

4）生成穩定的商用石膏。

濕法煙氣脫硫脫硝技術具有不改變原有結構、不改變現行的操作方式、無需占用大量的場地，占地面積小、脫NOX成本低、設施簡單等優點。煙氣脫硫脫硝技術是應用于多氮氧化物、硫氧化物生成煙氣凈化技術。

2.3 缺點

濕法煙氣脫硫技術缺點是脫硫過程中產生的物質為液體或淤渣，這種殘渣處理較難，會對設備造成嚴重性腐蝕，洗滌后煙氣需再熱，能源消耗高，脫硫脫硝設備占地面積大，投資和運行費用高，對企業成本投入有一定要求。整體系統操作復雜、設備龐大、耗水量大、一次性投資費用高。

2.4 分類

根據吸收原理不同，可將濕式吸收法同時脫硫脫氮技術主要分為氧化吸收法、絡合吸收法和還原吸收法三大類。

氧化吸收法是將煙氣先通過強氧化性環境，將NO轉化為NOx，進而再將NOx與H2O反應生成NO，再用堿性溶液吸收。氧化吸收工藝的同時脫除效率較高，一般此方法獲得的脫硫效率可到達98%左右，脫硝效率在80%左右。但是因為強氧化劑的造價和運輸安全等問題的原因，在開發出新型廉價的氧化添加劑之前，該工藝難為推廣應用。

還原吸收法是用液相還原劑將NOx還原為N2，目前研究較多的還原劑主要是尿素。脫硫效率接近100%，脫硝效率能達到50%以上，該工藝的副產品硫銨可用作肥料，不產生二次污染；吸收液的pH值為5－9，在中性附近，腐蝕性小，設備的造價較低；吸收劑尿素和副產品硫銨易運輸和儲放，并且尿素在吸收反應時不易揮發；工藝流程簡單，投資（為常用濕法脫硫設備的1／3）和運行費用有競爭性。

絡合吸收法是向溶液中添加絡合吸收劑，將煙氣中的NO先進行固定而后再進行吸收的工藝。此法鐵離子易被溶解氧等氧化，實際操作中需向溶液中加入抗氧劑或還原劑，再加上Fe（EDTA）和Fe（NTA）的再生工藝復雜、成本高，給工業推廣帶來一定的困難。

3 干法脫硫脫硝技術

3.1 優缺點

干法煙氣脫硫技術在鋼鐵行業中已經有應用于大型轉爐和高爐的例子，對于中小型高爐該方法則不太適用。干法煙氣脫硫技術為氣同反應，相對于濕法脫硫系統來說，設備簡單，占地面積小、投資和運行費用較低、操作方便、能耗低、生成物便于處置、無污水處理系統等。干法脫硫脫硝技術的優點是工藝過程簡單，無污水、污酸處理問題，能耗低，特別是凈化后煙氣溫度較高，有利于煙囪排氣擴散，不會產生“白煙”現象，凈化后的煙氣不需要二次加熱，腐蝕性小。

其缺點是脫硫效率較低，設備龐大、投資大、占地面積大，操作技術要求高。反應速度慢，脫硫率低，先進的可達60－80%。但此種方法脫硫效率較低，吸收劑利用率低，磨損、結垢現象比較嚴重，在設備維護方面難度較大，設備運行的穩定性、可靠性不高，且壽命較短，限制了此種方法的應用。

3.2 分類

常用的干法煙氣脫硫技術有活性碳吸附法、電子束輻射法、荷電干式吸收劑噴射法、金屬氧化物脫硫法等。

1）活性碳吸附法

原理：SO2被活性碳吸附并被催化氧化為三氧化硫（SO3），再與水反應生成H2SO4，飽和后的活性碳可通過水洗或加熱再生，同時生成稀H2SO4或高濃度SO2?？色@得副產品H2SO4，液態SO2和單質硫，即可以有效地控制SO2的排放，又可以回收硫資源。

2）電子束輻射法

原理：用高能電子束照射煙氣，生成大量的活性物質，將煙氣中的SO2和氮氧化物氧化為SO3和二氧化氮（NO2），進一步生成H2SO4和硝酸（NaNO3），并被氨（NH3）或石灰石（CaCO3）吸收劑吸收

3）荷電干式吸收劑噴射法

原理：吸收劑以高速流過噴射單元產生的高壓靜電電暈充電區，使吸收劑帶有靜電荷，當吸收劑被噴射到煙氣流中，吸收劑因帶同種電荷而互相排斥，表面充分暴露，使脫硫效率大幅度提高。此方法為干法處理，無設備污染及結垢現象，不產生廢水廢渣，副產品還可以作為肥料使用，無二次污染物產生，脫硫率大于90%，而且設備簡單，適應性比較廣泛。

4）金屬氧化物法

原理：根據SO2是一種比較活潑的氣體的特性，氧 化 錳 （MnO）、氧 化 鋅 （ZnO）、氧 化 鐵（Fe3O4）、氧化銅（CuO）等氧化物對SO2具有較強的吸附性，在常溫或低溫下，金屬氧化物對SO2起吸附作用，高溫情況下，金屬氧化物與SO2發生化學反應，生成金屬鹽。然后對吸附物和金屬鹽通過熱分解法、洗滌法等使氧化物再生。

分類：常用的干法煙氣脫硫技術有活性碳吸附法、電子束輻射法、荷電干式吸收劑噴射法、金屬氧化物脫硫法等。

4 脫硫脫硝新技術

4.1 新活性炭技術

4.1.1 優點

1）實現粉塵、SO2、NOx、重金屬和二惡英同時處理。

2）脫硫脫硝效率較高，SO2脫除效率可達95%以上，NOx脫除效率可達80%以上。

3）無廢水、廢渣、廢氣等二次污染產生，脫硫副產物可綜合利用，廢活性炭可回收利用。

4）工藝簡單、流程順暢、布局緊湊、占地少?；钚蕴棵摿蛎撓跫夹g是一種資源化的一體化干法煙氣凈化技術，具有獨特的優勢，是煙氣凈化技術的發展方向。

4.1.2 缺點

1）噴氨稀釋風取自解析塔冷卻段出口熱風，稀釋風溫度最好在180℃以上，而解析塔冷卻段出口熱風溫度受解析塔操作影響較大，操作比較困難。

2）SRG管道從出解析塔至進入一次凈化距離較遠，溫度從約410℃降至290℃，溫降過大，威脅SRG管道安全。

4.2 “超炭”技術

中晶環境自主創新研發的超炭材料是以城市固廢和農業、工業廢棄物作為基料，混合活性添加劑制成的一種用于冶金行業煙氣污染治理的綠色新型吸附材料。其穿透硫容、穿透硝容分別是傳統活性炭的8倍和10倍，而且具備與活性炭一樣優質的吸附凈化效果，對煙氣中的二氧化硫、氮氧化物、汞、氟、二惡英、揮發性有機物及粉塵等污染物具有脫除功能，且脫除效率高，還具有無爆燃風險、運行成本低、系統占地面積小、副產物可循環利用等突出特點。此外，使用超炭材料處理VOCs更有明顯的成本優勢，與傳統的活性炭工藝相比，超炭工藝的運營成本可降低70%至80%。“超炭”技術目前已在遼寧鞍鋼、無錫新三洲特鋼等多個項目上成功應用，效果良好，并已通過煤炭科學研究總院北京煤化所、中科院山西煤科院的產品性能檢測。

5 結語

伴隨著我國冶金企業的快速發展，致使環境保護問題較為突出，目前主要是煙氣中的二氧化硫和氮氧化物排放，考慮到環保相關設施投資費用，企業在后期的研發工作中，應該注意脫硫脫硝工藝技術的升級與經濟效益降低等問題，并結合生產實際，針對不同的生產技術進行相應的技術改造。從而在保證冶金企業生產過程中降低污染物的排放，保證我國的冶金工業實現可持續發展。