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钢铁企业脱硫脱硝技术应用探讨

北极星大气网  来源:世界金属导报  作者:原志勇 江波  2020/6/8 8:16:11  我要投稿  

北极星大气网讯:1前言

钢铁企业产污环节多、污染物排放量大,经过多年的烟粉尘治理,二氧化硫和氮氧化物排放已超过日常所见的烟粉尘,成为主要大气环境污染物(据某钢铁联合企业环保数据,经过治理后的烟粉尘年排放量约430t,而同期二氧化硫年排放量约820t,氮氧化物年排放量约1400t)。为实现这两种主要污染物的减排,近几年,经过环保专业人员艰辛努力,相应的治理技术得到了全新发展,环保治理市场呈现出治理技术多样化和治理效果不一的特点,因此,选择和应用适合企业特点和发展的烟气脱硫脱硝技术、实现企业综合效益最大化,成为助推钢铁企业实现绿色、高质量发展的重要内容。

2二氧化硫和氮氧化物排放的主要工序及特点

2.1烧结工序排放烟气

主要为烧结机头烟气,特点是烟气量大(以200m²烧结机为例,占本工序废气量约38%,占整个钢铁联合企业废气量约16%),烟气成分复杂,烟气中二氧化硫含量受原料(包括铁料、焦粉、原煤等)成分影响波动大(多为500-1500mg/m³,特殊地区可达3000-5000mg/m³),烟气温度多在120-150℃;氮氧化物含量一般为150-300mg/m³。

2.2炼铁工序中高炉热风炉排放烟气

其特点是烟气中二氧化硫含量主要受燃料(焦炭、喷吹煤和煤气)硫分影响大(多为30-100mg/m³),烟气温度多在140-220℃;氮氧化物含量一般小于100mg/m³。

2.3石灰窑工序排放烟气

其特点是烟气中二氧化硫含量主要受燃料(煤和煤气)硫分影响大(多为30-300mg/m³),烟气温度多在100-250℃;氮氧化物含量小于400mg/m³。

2.4轧钢工序中加热炉排放烟气

其特点是烟气中二氧化硫含量主要受燃料(煤气)硫分影响大(多为30-300mg/m³),烟气温度多在140-220℃;氮氧化物含量一般小于150mg/m³。

2.5发电工序中燃气(燃煤)锅炉排放烟气

其特点是烟气中二氧化硫含量主要受燃料(煤气)硫分影响大(多为30-300mg/m³),烟气温度多在140-200℃;氮氧化物含量一般小于150mg/m³。

2.6焦化工序中焦炉生产排放烟气

其特点是烟气中二氧化硫含量主要受燃料(煤和煤气)硫分影响大(多为300-1000mg/m³),烟气温度多在210-350℃;氮氧化物含量一般为300-1000mg/m³。

2.7焦化工序中化工车间脱苯管式炉排放烟气

其特点是烟气中二氧化硫含量主要受燃料(煤气)硫分影响大(多为30-300mg/m³),烟气温度多在270-280℃;氮氧化物含量一般小于150mg/m³。

2.8焦化工序中干熄焦排放烟气

干熄焦烟气中二氧化硫主要是焦炭冷却过程中产生,受焦炭中硫成分影响大(多为100-400mg/m³),烟气温度多在150-300℃;氮氧化物含量一般小于150mg/m³。

3当前二氧化硫和氮氧化物治理主要工艺技术

3.1脱硫技术

3.1.1烟气循环技术

属于源头治理技术,主要是将排出的部分烟气作为燃烧配风,返回加热燃烧环节(图1),脱除效率约50%,还能利用烟气所带的热能。在燃煤锅炉、燃气炉窑均有应用实例。

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3.1.2循环流化床技术

属于末端治理技术,半干法脱硫的一种,主要工艺是将烟气引入脱硫塔,在脱硫塔内通过烟气与流化床层的脱硫剂充分接触,使烟气中二氧化硫转化为以亚硫酸钙为主要成分的干态脱硫灰排出系统,达到脱除二氧化硫的目的(图2)。脱除效率一般为98%-99%,烟气温度降至110℃以下或喷水量下降时,脱硫效率会降低。

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3.1.3密相干塔技术

属于末端治理技术,半干法脱硫的一种,主要工艺是将烟气引入密相塔,在密相塔内通过烟气与脱硫剂充分接触,使烟气中二氧化硫转化为以亚硫酸钙为主要成分的干态脱硫灰排出系统,达到脱除二氧化硫的目的(图3)。脱除效率可达99%,烟气温度降至110℃以下或喷水量下降时,脱硫效率会降低。

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3.1.4石灰石膏法技术

属于末端治理技术,湿法脱硫的一种,主要工艺是将烟气引入脱硫塔,在脱硫塔内通过烟气与消化后的石灰浆液充分接触,再通过脱硫塔的氧化风机鼓风,将石灰浆液转化为以硫酸钙为主要成分的浆液,排出浆液通过真实压滤机形成脱硫石膏排出系统,达到脱除二氧化硫的目的。脱除效率可达99%,它需要外排脱硫浆液,以保证脱硫系统长期稳定运行。

3.1.5氨法技术

属于末端治理技术,湿法脱硫的一种,主要工艺是将烟气引入脱硫塔,在脱硫塔内通过烟气与逆流喷淋下的氨水微小液滴充分接触,使烟气中二氧化硫转化为以硫酸氨为主要成分的液态副产品,副产品通过底部排出系统进行分离,达到脱除二氧化硫的目的。适用于入口二氧化硫浓度不高于30000mg/m³,烟气量50000m³/h以上,烟气温度80-170℃,颗粒物浓度不高于50mg/m³,脱除效率可达99%。

3.1.6旋转喷雾干燥吸收(SDA)技术

属于末端治理技术,半干法脱硫的一种,主要工艺是将烟气引入脱硫塔,在脱硫塔内向上流动的烟气与顶部喷下的石灰浆液雾滴充分接触,使烟气中二氧化硫转化为以亚硫酸钙为主要成分的干态副产品,副产品通过底部排出系统,达到脱除二氧化硫的目的。适用于入口二氧化硫浓度不高于30000mg/m³,烟气量50000m³/h以上,烟气温度80-170℃,颗粒物浓度不高于50mg/m³,脱除效率可达99%。

3.1.7 SDS干法脱硫技术

属于末端治理技术,干法脱硫的一种,主要工艺是将烟气引入脱硫装置,在脱硫装置内烟气与喷入的碳酸氢钠(小苏打)反应,使烟气中二氧化硫转化为以亚硫酸钠为主要成分的干态副产品,副产品通过底部排出系统,达到脱除二氧化硫的目的。适用于入口二氧化硫浓度不高,烟气温度大于140℃,脱除效率一般在50%-80%。

3.1.8罗氏干法脱硫技术

属于末端治理技术,干法脱硫的一种,主要工艺是采用氧化催化剂使烟气中的二氧化硫与烟气中残余的氧气反应,生成三氧化硫,然后被氢氧化钙吸收生成硫酸钙。

3.2脱硝技术

3.2.1低氮燃烧技术

属于源头治理技术,它通过低氮烧嘴,将燃烧用的燃气和空气分多次通入燃烧区,从而使燃烧过程分多个阶段完成,避免高温区和燃烧区域氧浓度过于集中,从而降低氮氧化物生成。可降低氮氧化物生成约50%。

3.2.2烟气循环技术

属于源头治理技术,它是将锅炉尾部的高温烟气重新引入燃烧室,通过烟气量的增加降低燃料燃烧的温度,减少氮氧化物生成;同时加入的烟气也降低了燃烧区域的氧气浓度,从而也减少了氮氧化物产生。

3.2.3选择性催化还原(SCR)技术

属于末端治理技术,主要是将催化剂设置在脱硝塔,当烟气通过脱硝塔时,烟气在催化剂作用下,与喷入脱硝塔的氨气(或尿素)反应,生成氮气和水,从而达到脱除目的(图4)。其脱除效率一般为80%-90%,脱除效率受脱硝塔入口温度和烟气含硫量影响。

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3.2.4选择性非催化还原(SNCR)技术

属于末端治理技术,主要是把含有氨基的还原剂(尿素)在不使用催化剂的前提下均匀喷入工业炉窑温度为800-1100℃的区域,选择性地把烟气中的氮氧化物还原为无害的氮气和水,从而达到减排氮氧化物的目的(图5)。其脱除效率一般为40%-50%,这种工艺会对工业炉窑热效率产生一定影响。

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3.2.5罗氏无氨脱硝技术

属于末端治理技术,其核心是低温氧化催化材料,工艺原理是烟气在催化剂作用下,使其中的氮氧化物和一氧化碳发生反应,生成对环境质量无害的二氧化碳和氮气。其特点是治理工艺不需喷氨和尿素,无氨排放的环境风险。

3.3脱硫脱硝一体技术

3.3.1活性炭(焦)脱硫脱硝技术

属于末端治理技术,主要工艺是将烟气引入活性炭塔,使活性炭与烟气逆流接触,活性炭自上而下流动、烟气自下而上流动(图6)。高二氧化硫浓度的烟气与活性炭均匀接触,活性炭饱和度好,再生负荷小;新活性炭和再生活性炭与排出烟气接触,脱硫脱硝效果好,其中脱硫效率可达99%以上,脱硝效率多在85%-90%。这种工艺的优势是将烟气中的硫最终转化为硫酸,作为工业产品利用或外销。它又分为逆流式和顺流式,其中逆流式以邯钢设计院为代表,顺流式以中冶长天为代表。

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3.3.2氧化法脱硫脱硝技术

它是先将烟气进行氧化,然后在脱硫脱硝塔内通过烟气与吸收剂(多为生石灰或消石灰)充分混合,形成以亚硫酸钙和硝酸钙为主的副产品,脱硫脱硝塔类似循环流化床脱硫塔,工艺主要是用强氧化剂(催化剂)氧化烟气(图7)。其脱硫效率可达99%以上,脱硝效率多在85%-90%,这种治理工艺以中冶节能、中晶公司和天津滨环院为代表。

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4二氧化硫和氮氧化物排放治理技术比较分析和选择要点

企业在选择治理技术前,应结合本企业生产工艺特点,全面开展适用性分析,详细认真对比治理方案优缺点,确保其满足环保治理工程建设和治理效果,具体有以下几个方面:

1)依据企业发展规划和生产实践中原燃料特性变化情况,结合烟气特性变化,针对性选择适宜的治理技术。

2)治理技术工艺应满足企业现场客观条件,不影响原有生产系统和新建环保治理系统正常运行。

3)新建治理项目不产生新的污染治理负担,产生的副产品有较通畅的利用和处置渠道;不降低本企业在同类企业的相对竞争力(经济效益方面)。

4)对兼有脱硫和脱硝需求的末端治理技术,应考虑选用脱硫和脱硝技术的匹配性,避免前后治理工艺配置不合理导致系统难以正常运行,应优先考虑脱硫脱硝一体化技术。

5钢铁企业脱硫脱硝治理技术应用建议

按照中国环保产业协会2020年1月印发的《钢铁企业超低排放改造技术指南》的通知(中环协〔2020〕4号)中的总体思路,优先推进源头治理技术落实。

首先,应做好生产过程中的工艺管控,切实提升清洁生产能力,避免原燃料成分、操作和设施异常波动导致烟气成分波动,超出工艺控制和配套治理设施处理能力,这是确保稳定达标排放的基础。

其次,对产生氮氧化物的工业炉窑燃烧温度调节实施精准控制。通过技术创新和技术改造,强化日常管理,确保工业炉窑温度调节精准到位,避免工业炉窑热工制度管理不到位导致波动或超标排放。

另外,要加强与同行业优秀企业的交流学习,及时掌握实践应用中烟气循环、低氮燃烧等源头治理新技术的先进经验,实施最经济合理、又易于管控的源头减排。

对源头治理不能实现治理目标的生产工序,结合各类脱硫脱硝末端治理技术的特点和应用实效,综合安全、现场等因素,通过综合评价进行优选。

原标题:钢铁企业脱硫脱硝技术应用探讨

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