烧结烟气氮氧化物减排技术路径探究.docx

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1、烧结烟气氮氧化物减排技术路径探究国家环境保护“十二五”规划明确提出在“十二五”期间要深化主要污染物的总量减排，规划期末包括氮氧化物在内的主要污染物排放总量应比上一轮规划期末有较大幅度的减少，其中氮氧化物的减排幅度将到达8%以上。钢铁行业作为“高消耗、高污染”的“两高”行业，其排放的污染物在全国的污染物排放总量中占有相当比重，以氮氧化物为例，20*年钢铁行业排放的氮氧化物占工业企业排放氮氧化物总量的6.3%,由此也成为氮氧化物减排的重点。根据对我国主要钢铁企业近几年的统计：在包括采选矿、烧结（球团）、焦化、炼铁、炼钢和轧钢在内的钢铁企业各生产工序中，烧结（球团）工序排放的氮氧化物占钢铁企业主工序

2、氮氧化物排放总量的一半（各主要工序氮氧化物排放情况见表1）,因此控制和减少烧结（球团）工序氮氧化物产生与排放是整个钢铁行业氮氧化物减排的关键环节。为控制和减少我国钢铁行业氮氧化物的排放量，国家环保部和质检总局于20*年中联合公布实施了钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准、炼焦化学工业污染物排放标准、炼铁工业大气污染物排放标准、轧钢工业大气污染物排放标准等涉及钢铁、焦化行业的系列污染物排放标准，对各主要生产工序排放烟气中所含有的氮氧化物浓度设置了排放限值，如钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准就明确规定：现有烧结、球团所排放烟气的氮氧化物浓度在20*年前应控制在500mgm3以内，自20*年起则

3、应控制在300mg3以内，新建烧结、球团所排放烟气的氮氧化物浓度应控制在300mgm30国家环境保护“十二五”规划中也明确要求新建烧结机应配套建设脱硫脱硝设施。纵观我国目前烧结工序氮氧化物控制的实际状况与国家的要求存在很大的差距，刚处于起步阶段，我国90m2以上烧结机已达500多台，但仅有太钢在其450m2及660m2烧结机上配套建设了脱硫脱硝一体化治理设施。虽然烟气脱硝的方法很多，但由于烧结烟气自身固有的复杂性和特殊性，决定了它不能完全照搬电厂的方法,各种脱硝技术在烧结领域的应用尚不成熟，加之其较高的初期投资及长期运行成本，在一定程度上阻碍了烧结烟气氮氧化物控制与减排工作的全面展开。1烧结烟

4、气的特性与电厂锅炉烟气产生过程不同的是，烧结烟气是在将置于烧结台车上的各种粉状含铁原料、燃料和熔剂点火熔化、高温烧结成型过程中所产生的含有多种污染成分的气体，它与电厂烟气相比具有许多自身的特点，其烟气成分更复杂，变化波动更大，处理更困难。其主要特点是：1）烟气量及其变化大：由于漏风率高（40%50%）和固体料循环率高，有相当一部分空气没有通过烧结料层，使烧结烟气量大大增加，每产生一吨烧结矿大约产生40006000m3烟气，即使设备状况较好、漏风率较低的大型烧结机，其实际吨烧结矿产生的烟气量也要到达280Om3。此外,由于烧结料透气性的差异及铺料不均等原因，造成烧结烟气系统的阻力变化较大，最终导

5、致其烟气量变化较大，变化幅度可高达40%以上。2）氮氧化物浓度变化大：烧结所使用的燃料中氮的含量不同、烧结过程温度的波动、烧结矿产量的变化等都会直接影响到氮氧化物的产生，由此造成烧结机排放烟气中氮氧化物浓度的不同与变化。以某大型钢厂的三台烧结机为例，其排放烟气中氮氧化物浓度的变化范围可从500mg3,三台烧结机中平均排放浓度最低的仅为192mgm3,最高可达299mgm3o烧结烟气排出的氮氧化物主要是一氧化氮和二氧化氮，其中又以一氧化氮为主。3）烟气成分复杂：由于使用铁矿石为原料，因此烧结烟气的成分相比照较复杂，除氮氧化物、二氧化物和烟尘外,还含有氯化氢、氟化氢、多环芳煌（PAH）等气态污染物

6、，同时还含有重金属、二恶英等危险污染物，烧结生产所排放的二恶英仅次于垃圾焚烧炉，排第二位。4）烟气温度变化范围大：随着生产工艺的变化，烧结烟气的温度变化范围一般在12018（TC,但有些钢厂从节约能源消耗、降低运行成本考虑，采用低温烧结技术后，使烧结烟气的温度大幅下降，可低至80。C左右。5）含氧量与含湿量高：为了提高烧结混合料的透气性，混合料在烧结前必须加适量的水制成小球，因此烧结烟气的含湿量较大，可到达7%13%含氧量一般为15%18%由于烧结烟气的特殊性，使得烧结烟气脱硝不能完全照搬电厂烟气脱硝的模式，必须针对自身的特点，开发适合自己的烟气脱硝技术路线。2烧结脱硝技术路线及其比较目前，在

7、烧结烟气脱硝方面存在着多种技术路线，如:选择性催化复原烟气脱硝技术(SCR)、选择性非催化复原烟气脱硝技术(SNCR)、催化氧化脱硝技术、活性炭脱硝技术、等离子法脱硝技术、生化法脱硝技术等,但相比照较成熟、易于与粉尘、二氧化硫、二恶英等其他污染物实现综合治理的主要有活性炭法、催化氧化法及选择性催化复原法，本文将对活性炭法、催化氧化法及选择性催化复原法的工艺原理、系统流程及组成以及优缺点开展论述,并就几种脱硝方法开展技术经济比较。2. 1活性炭联合脱硫脱硝工艺活性炭联合脱硫脱硝工艺主要由吸收、解吸和硫回收三部分组成。烟气由增压风机引入吸收塔，在吸收塔入口前喷入氨,经吸收塔净化后的烟气进入烟囱排放

8、。活性炭由塔顶参加到吸收塔中，并在重力和塔底出料装置的作用下向下移动。吸收了SO2、重金属等的活性炭经传送装置送往解析塔。在吸收塔中发生如下化学反应：S02S02*S02*+0*-S03*S03*+nH20*fH2S04*+(n-1)H20*H2S04*+NH3NH4HS04*NH4HS04*+NH3-(NH4)2S04*NO+NH312O*N2+32H2ONO+CRedfN2解析塔的作用是将活性炭吸附的S02释放出来，同时在适宜的温度和停留时间等条件下，二恶英可分解约80%,活性炭经筛分后重新再利用。在这个过程中需要对其开展加热及冷却。释放出来的S02可制硫酸或液体S02,解析后的活性炭经传

9、送装置送往吸收塔重新用来吸收S02和NOx等。在解析塔中发生如下化学反应：H2S04H20S03+2H20SO3+12C-SO2+12CO2（化学损耗）H2S04-H2O+12CSO2+2H2O+12CO2NH4HSO4SO3+NH3+H2OS03+23NH3fS02+H20+1/3N2NH4HSO4SO2+2H2O+13N2+13NH3- C0NH3=-CRed+H20- C,+O-C,0- C-0+23NH3=-C+H2O13N2活性炭联合脱硫脱硝工艺主要由烟气系统、吸附系统、解析系统、制酸系统、活性炭输送系统、控制系统等组成。活性炭联合脱硫脱硝工艺的主要特点：1）可以联合脱除SO2、NO

10、X和二恶英。S02脱除率可到达95%以上，NOX的实际脱除率小于40%,二恶英的设计排放浓度可小于0.5ng-TEQm3以下。2）为防止烟气中过多的颗粒物造成吸收塔中活性炭表面堵塞而导致活性炭的活性度减少，对进入联合脱硫脱硝设施烟气中的含尘浓度具有较高的要求，一般要求低于20mgm3,因此前置除尘器必须具有稳定且很高的除尘效率。3)解析后产生的高浓度SO2气体一般必须开展制酸后才能利用，因此须在烧结区域配置一套制酸设施，或将高浓度S02气体送至焦化厂的煤精制系统一并处理。由于制酸工艺较为复杂，需要有较高的运行维护技术水平。4)制酸系统会产生一定量的生产废水，需设置水处理设施开展处理。5)目前该

11、技术的建设投资与日常运行成本均较高。2.2选择性催化复原脱硝工艺(SCR)选择性催化复原脱硝工艺(SCR)即是在催化剂的作用下,向温度约320450。C的烟气中喷入NH3,利用NH3将NO和N02复原成N2和H20,其化学反应式为：4N0+4NH3+02f4N2+6H206N04NH3一5N2+6H206N028NH3-7N2+12H202N02+4NH3+023N2+6H20选择性催化复原脱硝设施主要由反应器系统、催化剂、氨液储存系统、氨与空气混合系统、氨气喷射系统及相应的控制系统等组成。选择性催化复原脱硝工艺的主要特点：1)是迄今为止一种比较成熟、应用最广的脱硝技术，具有较高的脱硝效率，其

12、脱硝效率可达80%90%o2)脱硝需要的反应温度高，需到达32045(TC,而烧结产生的烟气温度较低，仅为120180oC,因此若烧结烟气采用SCR,则必须设置烟气加温及热交换设施对烧结烟气开展加热，使其到达适宜开展脱硝反应的温度，因此该种工艺能耗较高。3）催化剂易受烧结烟气中颗粒物、碱金属离子、重金属离子等各种物质的影响，产生钝化、堵塞、磨损、侵蚀、活性降低等现象，阻碍脱硝反应的开展。2.3催化氧化脱硝工艺催化氧化脱硝工艺的基本原理是通过脱硝添加剂的强氧化和催化作用，利用烟气中02将No转化为N02,再与钙基吸收剂发生中和反应完成脱硝过程。同时烟气中部分S02被氧化成更容易被吸收的S03,从

13、而可提高原有脱硫系统的脱硫效率。在脱硝过程中，脱硝添加剂起着启动反应和催化的重要作用。其主要反应化学方程式如下：2N0+02-2N02（在脱硝剂催化、氧化作用下）3N02+H202HN03+N0Ca（OH）2+2HNo3fCa（N03）2+2H20催化氧化脱硝系统主要有脱硝剂储存制备系统、输送喷入系统、控制系统等组成。催化氧化脱硝工艺目前在烧结行业尚未投入工业性应用，但从实验室试验及烧结现场短暂实际工况试验的情况说明，催化氧化工艺具有比较明确的脱硝成效，图1是在已建有循环流化床脱硫设施的450m2烧结机上开展催化氧化脱硝试验的情况，标阴影时间段为脱硝剂喷入的时间段（共分4次喷入），图中显示脱硝

14、剂的喷入可比较明显的降低排放烟气中氮氧化物的浓度，脱硝效率与脱硝剂的喷入量直接相关。催化氧化脱硝工艺的主要特点：1）催化氧化脱硝系统一般与脱硫系统配套成烟气综合治理设施开展应用，而钙基吸收剂可同时开展硫与氮的吸收。2）系统简单，占地少，建设投资省，较适合于现有烧结机控制氮氧化物达标排放的应用。3）长期连续大量的采用催化氧化工艺开展烟气脱硝，会导致脱硫脱硝副产物中产生大量的硝酸钙，对副产物的综合利用会产生一定的影响，其影响程度以及相应的对策途径还需作进一步的研究。2. 4脱硝技术路线的比较目前国外烧结烟气脱硝所采用的技术路线各不一样，并没有形成一种绝对主流技术统领市场的局面，这主要是由于烧结烟气

15、脱硝技术路径的选择不仅与烧结烟气自身特性有关，与企业对其建设与运行成本的承受能力有关，与原料及副产物的来源及出路有关，更是与该烧结企业所处国家及地区的环保法规及标准的控制要求有关，没有一种烧结烟气脱硝技术可以在脱除烧结烟气氮氧化物的同时不产生其他的环境、能源、设备等问题，每一种烧结脱硝技术都或多或少地存在着它的明显的缺陷和缺陷。本文将对上述三种脱硝方式的优劣开展比较。由于每一种脱硝技术在实际应用中由于附加功能、装备水平、控制要求、配套设施等的不同在建设投资、运行成本方面存在较大的差异，很难以准确的量化指标开展比较，只能在总体上开展相对的定性比较。脱硝技术路线的比较见表2。3烧结烟气氮氧化物排放控制技术途径选择的思路烧结烟气氮氧化物排放量的控制与减少，不能仅仅局限于对已产生的氮氧化物采取末端治理措施，单纯依靠建设脱硝设施来实现氮氧化物的减排，同时还应从烧结生产的源头入手，通过对生产工况的调整和采取合理的烧结配矿技术来减少烧结工序氮氧化物的产生，从而实现减少烧结工序向大气环境排放氮氧化物的目的。在选择烧结工序氮氧化物控制与减排技术路径时，必须在满足钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准及政府相关氮氧化物排放总量限额及脱硝设施建设等具体要求的前提下，根据自身烧结工艺及设备的实际状况、烧结烟气的具体特点、企业的承受能力和所追求的主要目标等，并充分考虑到在脱硝