烧结烟气脱硫脱硝处理技术

冯婷，孙华，寿冬金，沈科卫(浙江天蓝环保技术股份有限公司，浙江 杭州 311202)

0 引言

近些年来，在可持续发展理念逐步落实的时代背景下，各行各业都在积极转变生产观念和方式，以达到经济效益和生态效益同步发展的目的。但从目前来看，部分钢铁厂在烧结烟气脱硫脱硝处理方面仍存在一定的不利因素，基于此，有必要对其展开更加深层次的探索。

1 案例分析

某钢铁厂地处我国某地区国际旅游景区的周边，为确保工业生产同周边的环境相适应，决定开展钢铁厂的烧结烟气污染物减排工作。烧结烟气本身便有着排放量大的特点，其中包含诸多的颗粒物、氮化物以及硫化物等，是钢铁厂日常生产过程中主要的污染源之一。在2012年，当时该地区的烟气排放标准为：颗粒物排放需在50 mg/m3以下，NO2、SO2的排放分别控制在300 mg/m3和200 mg/m3以内。结合当前社会发展的实际情况，在污染物减排标准逐渐提升的时代背景下，务必要探索出一条更加先进高效的烟气处理路径。

早前，由于不用建设脱硝设施即可使氮氧化物排放达标，该钢铁厂在进行烧结烟气污染物处理的过程中都会将重点放在脱硫方面。新标准的提出和实施对于烟气处理提出了更高要求，特别是在当前已经完成建设的脱硫设施方面，其在运行的过程中经常会受到运行、建设、用地以及技术等方面因素的制约，导致烟气处理系统在应用过程中面临着较高的处理成本等压力。基于此，相关工作人员应立足于项目建设的实际特点，将那些已经完成脱硫系统建设的烧结机与新建的烧结机进行区别对待，对完成了脱硫系统建设的烧结机可采用现有脱硫设施结合相应的脱硝处理技术，对新建项目采用合适的烧结烟气脱硫脱硝处理技术。当前我国常见的烧结烟气脱硫工艺大多选用干法、半干法以及湿法，未来在此基础上进行相关技术的创新，不断完善钢铁行业中烧结烟气脱硫脱硝工程技术和理论原理，最终起到推动整体行业科技进步的作用。

2 烧结烟气脱硫脱硝处理技术的应用

2.1 干法脱硫联合脱硝技术

干法脱硫联合脱硝技术能够在烧结烟气脱硫脱硝处理工作中得到良好的处理效果，其主要工艺路线包括以下两种。

2.1.1 固体吸附法

固体吸附法主要是利用活性焦分别对烟气中的SO2和NOx进行处理的过程，该工艺包括烟风系统、吸附系统、解析系统、吸附剂储存及输送系统、硫回收系统等。

活性焦脱硫原理：基于烧结烟气含氧量和含湿量都较大的特点，当烧结机尾燃烧后的废烟气进入活性焦移动床时，分别发送物理吸附和化学吸附，使得烟气中的SO2被氧化为SO3，再与水结合生成硫酸，最后被水分稀释，反应如下：

活性焦脱硝原理：烟气在活性焦作用下脱硫的同时，注入NH3可使烟气中的NO与NH3发生反应生成N2和H2O，反应如下：

在有氧和水汽的条件下，烟气中的NH3有助于提高活性焦的脱硫活性，同时降低活性焦的化学吸附消耗，在移动床内发生如下反应：

反应完成后的活性焦可在一定条件下进行再生处理，常采用加热处理，释放出活性焦内吸收的SO2，并回收制成硫酸。固体吸附法充分展现出碳质材料本身所具有的吸附作用，例如活性焦炭的脱硫和脱硝效率分别能够达到98%以及80%。但在应用固体吸附法的过程中其仍然存在一定的局限性，例如需要投入大量的资金、物料更换频次高等各种问题，此外若是固体吸附剂长时间作业，势必会使其吸附能力的提升受到制约，最终产生大量的运行成本投入[1]。

2.1.2 碳酸氢钠干法脱硫联合SCR脱硝工艺技术

碳酸氢钠干法脱硫工艺是指在合适温度区间内(130～200 ℃)向烟道内喷入较细粒径的碳酸氢钠粉末，在烟道内及布袋除尘器滤袋表面，碳酸氢钠与烟气中的SO2发生化学反应，生成亚硫酸钠和硫酸钠等产物，以此达到脱硫目的。该法脱硫效率可达90%以上，对烟气中初始SO2浓度不高的工况有较好的脱硫效果。脱硫除尘后的烟气，经换热器、热风炉升温至200～220 ℃，再进入SCR反应器，在催化剂作用下继续脱除烟气中的NOx，生成氮气和水，最后经烟囱排放。该技术运行过程中，不用考虑废水处理问题，相比其他脱硫系统，干法脱硫系统设备减少，系统投资费用更低，平时运行维护工作量相对更少，但由于烧结机烟气量一般较大，脱硫系统的物料消耗也随之较多，运行成本较高[2]。

2.2 循环流化床脱硫联合SCR脱硝工艺

循环流化床脱硫工艺的构成相对来说较为复杂，其中涉及到吸收剂制备与供应、工艺水、物料再循环、吸收塔以及布袋除尘器等。通常情况下该工艺会选用干态的消石灰粉作为吸收剂，或者是选择那些在二氧化硫吸收反应方面能力较强的浆液或干粉作为吸收剂。烟气从烧结机机尾排出之后会经由吸收塔底部进入，吸收塔底部是一个文丘里装置，烟气在流经文丘里管之后便会加快速度，进而同细的吸收剂之间相互混合，在这种状态下，气体和颗粒以及颗粒与颗粒之间便会通过剧烈的摩擦进而产生相应的流化床。当采取均匀水雾喷入以及降低烟温等措施之后，吸收剂同烟气中的二氧化硫便会产生一定的反应，然后生成CaSO3以及CaSO4。在脱硫之后，烟气将会伴随着大量的固体颗粒从吸收塔顶部向外排出，然后通过除尘器对其进行处理，最终进行排放。烟气温度在脱硫之后的温度将会维持在80 ℃以上，通过使用GGH、加热炉对其进行加热，使其温度能够达到160～220 ℃的温度要求，采用高炉煤气作为热源展开相应的加热工作，当热烟气进入到SCR反应器中之后，受到催化剂作用的影响，热烟气便会同所加入的脱硝剂产生高效脱硝反应，反应所生成的洁净烟气将会通过系统引风机向烟囱进行排放。SCR脱硝装置的构成较为复杂，主要包括氨站、SCR反应器、烟气加热炉以及GGH换热器等等，受到催化剂作用的影响，烟气的温度处在160～220 ℃之间的时候，便可以将氨作为还原剂，同烟气中的NO2产生反应，进而生成水和氮气。

该工艺具体的脱硝机理如下所示：

循环流化床+SCR工艺在当前烧结烟气脱硫脱硝处理中有着较高的应用价值，具体体现在两方面内容上：一方面在于其有着较为广泛的适用范围，并且脱硝技术相对成熟，可达到高水平的脱除效率，同当前我国严格的污染物排放标准相适应，并且其在工程总投资以及运行所花费的费用方面也有着较强的合理性；另一方面，针对那些已经完成脱硫装置建设的企业来说，若想使得其氮氧化物排放能够满足新标准，可以对脱硝部分展开继续建设工作，不会产生重复建设的问题，能够在极大程度上为后续的运行和维护提供支持。该工艺在应用过程中也面临着部分不利因素，比如脱硫以及脱硝会产生大量的副产物等，当前并没有统一标准以及方案对其进行评判，应当将其作为废物展开相应的处理工作。目前我国已经有诸多钢铁厂都实现了对于该工艺的成功应用，并达到了良好的应用效果[3]。

2.3 湿法脱硫联合SCR脱硝工艺

在原有国标要求下，目前烧结行业的大多数烧结机烟气已建有湿法脱硫及除尘设施，在经过脱硫除尘之后，烟气温度一般情况下会在50～80 ℃范围之内，且经过前布袋、或电袋除尘器及湿电除尘器的净化处理，烟气中SO2和粉尘浓度可达到现有排放要求，但NOx浓度远达不到最新污染物排放要求，需要进一步增加脱硝环保设施。考虑现有烧结烟气能达到低硫低尘的程度，可采用选择性催化还原法(SCR)对其进行脱硝处理。目前，SCR技术在其他行业(如火电行业)已经有了较广泛的应用，且在应用的过程中可以起到良好的脱硝效果，但未在烧结行业广泛推广。考虑现有技术条件下催化剂的使用要求应不低于200 ℃，需使用换热器及加热装置对烟气先做升温处理，再通过应用SCR装置达到良好的脱硝效果，接下来运用换热装置对烟气降温，使得烟囱最终的排烟温度约为80～110 ℃。

目前我国已经有诸多钢铁厂都采用了该方法进行烧结烟气脱硫脱硝处理工作。以某钢铁厂360 m2的烧结机为例，原湿法脱硫装置利旧，并新增SCR脱硝装置，在SCR脱硝投资方面总共投入了6 000万元左右，脱硝运行成本约为12 元/t烧结矿。

该方式在我国烧结烟气脱硫脱硝处理中有着较强的应用优势，因为当前湿法脱硫在我国的应用比例很大，如果能够实现成功推广，便能够使其同绝大部分现存的脱硫设施相适应，有着极高的适用性。而其局限性在于需要对烟气进行加热，存在能耗高的特点，不利于运行成本的有效控制。与此同时，烟气中所包含的盐分还会增加SCR催化剂堵塞的可能性，导致系统的运行面临着严重的风险，对其运行的安全性以及稳定性造成了一定的负面影响。此外，SCR催化剂在使用之后是一种危险废物，需要采取妥善的措施对其进行处理。

3 结语

综上所述，灵活采用烧结烟气脱硫脱硝处理技术，能够有效提高烧结烟气脱硫脱硝的处理效果，对于钢铁厂的持续平稳运行有着积极的促进作用。因此，相关工作人员务必要在实践过程中积极探索更加科学合理的工艺，进而同相关废气排放要求和标准相适应。