程士伟
日照钢铁控股集团有限公司 山东日照 276806
摘要：现如今，我国的经济在迅猛发展，社会在不断进步，本文从烧结烟气的污染特征入手，介绍了当前烧结烟气污染物的排放形势，详细说明了现阶段常用的三种烧结烟气脱硫脱硝治理技术的机理，并对烧结烟气脱硫脱硝发展趋势进行了展望。
关键词：烧结烟气；脱硫脱硝
引言
作为国民经济重要支柱产业的钢铁工业，其污染物排放量大，污染物种类多。其中钢铁冶炼过程产生的主要污染物来自于烧结过程，烧结烟气污染物种类繁多，包括SO2、NOx、粉尘、HCL、HF、二噁英等。有数据统计钢铁生产总排放量中（体积分数）60%的SO2、50%的NOx和90%的二噁英来自烧结烟气，烧结烟气的治理极为关键，近年国家环保部门发布了《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》征求意见稿，其中对于将烧结机和球团焙烧设备特别排放限值的SO2限值调整到50mg/m3，NOx的限值调整到100mg/m3，粉尘限值调整到20mg/m3，因此多数企业烧结烟气污染物均出现超标的情况，新一轮的技术改造迫在眉睫。
1烧结烟气多污染物排放特征分析
烧结过程所释放的SO2气体主要是由含铁原料和燃料中的硫化物氧化生成，随燃烧过程进行SO2的持续释放，随烧结温度、时间、助燃空气氧含量和燃料颗粒尺寸等因素而变化。烧结烟气中的SO2的排放具有自持性规律，该规律认为当烧结过程中燃料用量，烧结原料水分、含硫量以及烧结矿酸碱度在正常范围内无论如何变动时，在接近烧结烟气温度峰值即烧结终点前，烟气中SO2浓度都会出现明显峰值。烧结烟气中释放的NOx，其中有95%左右的NOx为NO。在烧结过程中，烧结机各风箱烟气中NO的浓度比较均衡，且数值均较高。为降低NO排放浓度，可采取提高烧结矿碱度或者加厚烧结料层厚度的方法，创造有利条件生成更多CaO·Fe2O3，从而实现催化CO还原NOx的效果，减少烟气中NOx的排放。在烧结过程中，气体燃料、煤及焦炭燃烧过程产生COx，烟气中呈现出一种COx浓度先快速上升，然后下降后稳定，小幅波动的趋势。当达到烧结终点时，烧结烟气中氧含量恢复至21%左右，COx浓度接近于零。
2烧结烟气脱硫脱硝技术
2.1脱硫碱性吸收剂浓度
烧结烟气CFB半干法脱硫的吸收剂为消化后的Ca（OH）2粉料，与氮氧化物的反应原理如下：2NO2+H2O←→HNO2+HNO32NO2+SO2-3+H2O←→2+NO-2+SO2-4+2H+N2O5+H2O→2HNO3Ca（OH）2+2HNO3→Ca（NO3）2+2H2OCa（OH）2+2HNO2→Ca（NO2）2+2H2O脱硫脱硝后的CFB半干法脱硫灰中含有CaSO3、CaSO4、Ca（NO3）2、Ca（NO2）2等的混合物料。采用臭氧结合钙基吸收剂对锅炉烟气中的SO2、NOx、Hg等进行实验，采用Ca（OH）2浆液脱硫协同臭氧脱硝，对不同浓度的CaSO3浆液对NO2的吸收效率进行了研究，得出浆液浓度越高吸收效率越高，脱硫效率大于99%，脱硝效率大于86%。
2.2湿法脱硫+中低温SCR脱硝技术
目前钢铁企业大部分已经安装了脱硫环保设备，用于烧结烟气的脱硫治理。为了满足现行环保标准对于氮氧化物排放的要求，往往只需要在原有脱硫系统后串联新建脱硝设备即可。而对于烧结烟气的脱硫，目前湿法脱硫的应用最为广泛，据环保部相关数据统计，湿法脱硫约占总脱硫市场份额的87%。湿法脱硫可以根据脱硫介质的不同划分为氨法、氧化镁法、石灰石-石膏法等，其中又以石灰石-石膏法最为常见。湿法脱硫的核心设备是脱硫塔，在脱硫塔中，高温烟气与石灰石浆液发生逆流接触，烟气中所携带的SO2、SO3与浆液中的石灰石发生化学反应，形成亚硫酸钙和硫酸钙，同时烟气中的HCL和HF也与浆液中的石灰石反应而被吸收。其脱硫反应机理如下：
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中低温SCR脱硝技术的烟气入口温度应控制在280～300℃，脱硝效率主要取决于催化剂及氨与氮氧化物的混合和分布效果。兼有低温脱硝和二噁英去除的催化剂目前市场上已经有较多的种类，可以自行选择。对于脱硝装置中氨的分布和混合，目前普遍采用的是喷氨隔栅法，即将烟道截面分成20～50个大小不同的控制区域，每个区域有若干个喷射孔，每个分区的流量单独可调，以匹配烟气中NOX的浓度分布。其脱硝机理如下：
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湿法脱硫的脱硫效率较高，可靠性更强，且脱硫副产物为石膏，可用于生产建材和水泥缓凝剂等，具有很好的经济效益。但湿法脱硫后的烟气会在烟囱口形成携带有SO2、SO3、CaSO4、cl-等污染物的雾状水汽，称为“白色烟羽”，目前有许多地区已经对白色烟羽的治理做出了相关要求，可能会导致采取湿法脱硫后，后期需增加白色烟羽消除的投资及运行费用，但湿烟羽的治理可以进一步去除烧结烟气中的污染物，保证超低排放目标的稳定实现，所以湿烟羽的治理是今后发展的必然趋势。中低温SCR脱硝技术可以在节约加热烟气所需能耗的同时实现较高的氮氧化物去除率，但中低温SCR催化剂对于烟气的含硫量（主要是SO2）和灰尘的含量要求较高，因为低温下二氧化硫容易与水、氨气形成粘稠的铵盐，附着在催化剂上，造成催化剂的中毒失活。由于烧结烟气前端往往已经对烟气进行了脱硫和除尘处理，所以可以保证进入脱硝系统的SO2和灰尘浓度整体处于较低的水平，满足低温SCR催化剂的工艺要求。故湿法脱硫+中低温SCR技术具有广阔的市场潜力，可以较好地应用于现有烧结厂进行超低排放工艺改造。
2.3活性焦脱硫脱硝协同治理技术
活性焦/炭烟气处理技术是能够兼具脱硫脱硝脱二噁英和吸附汞的一体化功能。活性碳脱硫脱硝技术是在活性炭表面吸附脱除烟尘、SO2、二噁英和汞等重金属，通过活性炭特有的催化剂作用，注入还原剂氨后，发生non-SCR反应实现脱硝。活性焦脱硫原理：具有吸附性能的活性焦对烟气中的SO2进行选择性吸附，吸附态的SO2在烟气中存在氧气和水蒸气的条件下被氧化为H2SO4并被储存在活性焦孔隙内；同时活性焦吸附层相当于高效颗粒层过滤器，在惯性碰撞和拦截效应作用下，烟气中的大部分粉尘颗粒在床层内部不同部位被捕集，完成烟气脱硫除尘净化。活性焦脱硝原理：活性焦具有催化活性，可作为选择性催化还原工艺中的催化剂。在100~150℃时向烟气中喷入氨，在活性焦的吸附、催化作用下烟气中的NOx与氨发生选择性催化还原反应生成氮气和水，可大幅度降低烟气中NOx含量，脱硝效率能达到80%以上。
结语
本文章所列举的烟气污染物排放技术，均能达到超低排放效果，但又各有各的特点，针对以上技术，提出以下意见和建议：（1）本着污染物协同脱除原则，建议对于新建烧结机，建设环保设施时，考虑第一种或第二种技术路径。（2）对于已建烧结机，如果现有湿法脱硫装置，为更好地实现脱硫脱硝效果，应选择臭氧低温氧化脱硝与之配合。（3）对于已建烧结机，如果现有半干法脱硫装置，应选择臭氧低温氧化脱硝技术或者后置SCR技术。（4）考虑到后续环保标准会愈发严格，因此应尽可能地把源头、过程与末端治理结合起来。
参考文献
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