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烧结烟气脱硫脱硝方面的研究进展

北极星大气网  来源:智富时代  作者:苏立祥 赵莹  2020/3/13 13:07:31  我要投稿  

北极星大气网讯:摘要:烧结烟气中含有大量的NOx和SO2等有害气体,难以治理,如何有效地去除烟气中的氮硫化物一直是国内外相关研究的热点。本文主要介绍了烧结烟气的特点以及危害,从循环流化床法、石灰/石膏法和微波法等方面总结了近年来有关烧结烟气脱硫脱硝的研究进展和各技术的优缺点。重点介绍了微波法的特点、应用现状、存在问题,得出微波法有望成为处理烧结烟气脱硫脱硝的新工艺。

1、引言

钢铁行业作为国家的基础行业在经济方面和社会发展中具有重要的作用,但钢铁行业产生的大量SO2和NOx等具有极大的危害。调查显示,钢铁冶炼过程中大约有50%~61%的SO2和有47%的NOx是来自铁矿烧结工艺。目前各种处理工艺都不能完全去除SO2和NOx,大量的氮硫化物排放到环境中,这些物质排放后将对大气造成污染,对人类健康也构成潜在的威胁。因此,在不影响钢铁行业运行的前提下,研究可行高效的去除方法,实现经济与环境友好发展,减少氮硫化物的排放已刻不容缓。

2、烧结烟气的特点及危害

烧结烟气是烧结混合料点火并且在高温燃烧的条件下烧结成型的复杂过程中产生的工业废气[1]。SO2浓度在烧结机中呈“中部高,两端低”的分布,NOx浓度则是从头至尾依次降低。排放出来的烟气夹杂着粉尘、有害有机物和大量的氮硫化物等多种有害气体,污染成分多。

由于烧结烟气的这些特点,在治理方面尚不成熟,从而造成严重的大气污染,尤其是排放出的硫化物和氮氧化物使得许多重工业区以及建筑物多次遭受酸雨的侵蚀,粉尘颗粒使得雾霾在冬天也是常见的现象,对人们的健康以及居住环境都有很严重的影响。所以对烧结烟气脱硫脱硝技术的掌握和研究变得尤为重要。

3、烧结烟气脱硫脱硝的现状及方法

烧结烟气脱硫技术的发展趋势已经由原来的传统的湿法技术转变为半干法和干法,甚至被新湿法所取代。而脱硝技术则由于受烟气温度的影响,以及投资费用的限制,国内外可以应用的技术较少。现有几种方法比较常用:

3.1循环流化床法

循环流化床技术的原理是利用氢氧化钙与烟气中的SO2通过吸收剂在循环流化床内进行中和反应,从而实现脱硫的目的。此技术不仅可以快速脱硫,而且还可以采用还原剂氨与催化剂FeSO4·7H2O共同处理进行脱氮[2]。

赵毅[3]等探究了烟气循环流化床同时脱硫脱硝的机理,采用自主研制的高活性吸收剂,并分析了脱除SO2和NOx效率的影响因素,发现最佳工艺条件为:反应器内温度为50℃;烟气湿度为6%;SO2和NOx的浓度均可为1000~3500mg/m3;Ca/(S+N)=1.1;反应器内气速为1.8m/s循环倍率为130;烟气量为400m3/h。

该技术的优点是操作简便,投资费用低,不会产生废水,脱硫脱硝的效率可以高于80%避免了“结垢”和“粘壁”,还可以有效的降低粉尘。但是容易出现塌床问题,其副产品成分复杂,经济利用价值不高。

3.2石灰-石膏法

其原理是将石灰石通过脱硫剂制备循环系统制成浆液送入到吸收塔中以达到脱硫脱硝的目的[4]。

姜秀玲[5]对该技术在某球团脱硫工程实践运行为例,分析工艺参数、原理以及运行质量的影响因素。实践证明液气比、循环浆液pH值、石灰浆液浓度都控制适宜,排放出的烟气符合标准。

石灰-石膏法是目前国内外最成熟的脱硫工艺之一,它脱硫效率高,储量大,由于烟气不稳定的特点,该技术可以自动调节烟气流量、SO2浓度、烟温来达到系统稳定运行。其副产品为脱硫石膏,处理难度大,易造成二次污染。

3.3微波法

微波通常是指波长在1mm~1m的电磁波,介于红外与无线电波之间,目前国内经常使用的两种微波频率为915MHz和2450MHz。微波技术是一项成熟的技术,随着烧结烟气脱硫脱硝行业的不断发展,特别是在处理难降解SO2和NOx方面有了很大的突破,在烟气处理方面具有巨大的发展前景。

4、微波法处理烧结烟气中氮硫化物的研究进展

微波法降解烟气中的有机污染物有两种方式,直接作用于烟气时,会使烟气中某些极性较强的分子形成高温,从而诱发分子极化旋转作用,加剧有机物分子活性,促使分子化学键断裂,降解有机污染物[6]。有些烟气中的有机物不能直接地吸收微波,可先用微波辐射吸波介质(活性炭、钢渣等)通过吸波介质将微波能传递给待降解有机物,以达到降解烟气有机物的目的。

王鑫[7]等采用正交实验法,利用微波的热效应来研究活性炭的脱硫效率。研究结果表明微波功率越大,活性炭层温度越高,后趋于稳定,当温度为550℃时影响最为强烈,分别观察原炭及微波改性后活性炭的SEM照片,发现改性活性炭更有利于吸附有害气体。

以上研究结果表明,用微波辐照活性炭进行脱硫脱硝的效率高,处理后的废气也符合排放的要求。微波技术与传统方法相比,不仅降解速率高、反应时间短,而且减少大规模烟气处理设施,节省成本,实现了烟气处理工程小型化,尤其适应了目前企业氮硫化物处理需求。虽然微波技术处理烟气效果很好,但在处理烟气中SO2、NOx方面主要还在试验阶段,在实际应用较少,相关微波烟气处理技术及工艺尚不成熟,还需进一步研究。

5、结论

通过烧结烟气的特点以及处理处理技术可以发现:一般判断烟气处理技术高效利用的三个要求为生产成本低、处理效果好、不会造成二次污染。循环流化床法、活性炭法、石灰石膏法虽然都能处理烧结烟气中的NOx和SO2,但存在着处理效果差、生产成本高和生产效率低等缺点,在实际应用方面存在着不足。

微波在处理烧结烟气脱硫脱硝方面有着良好的效果,污染物的去除率很高,从而增强了微波法去除烧结烟气中氮硫化物的研究。研究表明,用微波法处理烟气中的NOx和SO2具有其他方法不可比拟的优点,微波和吸波介质(活性炭)共同作用下去除NOx和SO2的效果更加明显。

隨着排放标准的日益严格,各国学者在处理烧结烟气中NOx和SO2等方面进行了一些积极的探索。虽然微波法处理氮硫化物的技术还不够成熟,但是其在烧结烟气处理中的潜在价值和优势不容忽视。随着微波法的逐渐成熟,在烧结烟气处理领域不断发展,作为一种极具潜力的处理方法,微波技术有望成为处理烧结烟气脱硫脱硝的新工艺。

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