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烧结烟气脱硫脱硝技术现状与发展趋势

北极星大气网  来源:建筑学研究前沿  作者:杨薇  2020/7/14 11:33:55  我要投稿  

北极星大气网讯:摘要:目前,在钢铁行业广泛应用了脱硝装置,烧结烟气脱硫脱硝技术也取得了很大发展和进步,有效减少了重金属污染物的排放量。因此,要探讨主要的烧结烟气脱硫脱硝技术,并就其主要的优缺点进行分析,探讨最有效的烧结烟气脱硫脱硝技术,不断改善钢铁冶金业的烟气治理和减排工作,为人们创造更加健康的生态环境。

引言

2017年6月,环保部发布了《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》,将烧结机和球团焙烧设备特别排放限值的颗粒物限值调整为20mg/m3、二氧化硫限值调整为50mg/m3、氮氧化物限值调整为100mg/m3,绝大多数钢铁企业将面临二氧化硫和氮氧化物排放超标的问题,并且随着“十二五”期间火电厂脱硝技术的广泛应用,钢铁行业氮氧化物排放所占的比重将会增加,国家对烧结烟气氮氧化物减排力度将更加重视。

1烧结烟气的特征

在钢铁行业生产过程中,烧结是将各类粉状并含有铁元素的原料,通过混合适宜的燃料与溶剂放入到烧结设备中点火燃烧的一个生产过程。通过对这个生产过程进行研究后可以发现,在烧结过程中,燃料的燃烧将会产生一系列化学反应,随着生产的开展,部分混合料的颗粒表面出现了软化、融化等液相出现,液相将会湿润其他尚未融化的矿石颗粒,并且一旦出现冷却,液相将会重新连接矿粉颗粒并形成新的烧结矿,烧结烟气就是在这种烧结矿的煅烧过程中出现的,在混合料点火之后,烧结烟气随着台车运行而产生。总体而言,烧结烟气的的污染大,并具有以下几种特征:

(1)烟气量大。在当前钢铁行业生产过程中,由于漏风率处于40~50%的范围内,再加之固体料的循环率相对较高,这会导致在生产过程中,一部分空气无法通过烧结料层直接参与生产过程,最终增加了烧结烟气的烟气量。现阶段在钢铁生产过程中,1t的烧结矿约产生5000~5500m3的烟气。

(2)烟气的温度浮动大。烧结烟气的温度一般在180℃以下,但基于生产工艺的变化,烧结烟气的温度可低至100℃。在这样的温度情况下,如不实施换热或加热措施,很难实施SCR脱硝技术。

(3)烟气粉尘的浓度高。烧结烟气中的粉尘多为铁及其化合物,并且受燃烧原料的不同,其中还会存在一定的微量重金属。

2烧结烟气脱硫脱硝技术现状及发展趋势

2.1活性炭纤维法烟气脱硫技术

在脱除烟气中的二氧化硫时,这一技术运用了脱硫活性炭纤维催化剂,同时将硫资源进行回收利用,进行硫酸或硫酸盐的生产。其脱硫率超过了95%,工艺过程和操作都比较简单,而且设备少,还可以实现硫资源的回收利用,主要运用在电厂锅炉烟气、有色冶炼烟气、钢铁厂烧结烟气、大中型工业锅炉的烟气污染控制中。活性炭纤维法烟气脱硝技术的工艺过程和原理都比较复杂,但是运用这一工艺进行烟气中SO2的脱除时,其有非常大的优势,活性炭具有吸附的特性,对于烟气中的NOX、二恶英和汞等污染物都可以进行有效的脱除,具有脱除多种污染物的功能。在活性炭催化还原脱除氮氧化物后,可以实现60%-70%的脱硝率,而二恶英的脱除率可以达到95%,用其来吸附氧化脱除重金属,脱除率也可以高达90%。

2.2循环流化床脱硫+SCR脱硝工艺

这一工艺的吸收剂是干态的消石灰粉,当然也可以运用其他对二氧化硫有吸收反应能力的干粉或浆液。

通常锅炉排出的烟气会从具有文丘里装置的吸收塔(即流化床)底部进入,此时其速度加快,在与细的吸收剂粉末混合后,颗粒间、气体与颗粒间会出现剧烈摩擦,此时喷入水雾要均匀,并降低烟温,就会反应生成CaSO3和CaSO4。而脱硫后的烟气会携带大量固体颗粒,经由吸收塔顶部排出,由再循环除尘器进行处理排放。这一工艺具有比较成熟的脱硝技术,适用范围广,污染物脱除效率比较高,最严格的污染物排放可以运用这一技术,而且工程总投资和运行费用适中。目前已建设脱硫装置的烧结球团企业可以继续建设脱硝部分,不会出现重复建设的问题,其维护运行方便。但是这一工艺还产生很多副产物,没有最的佳应用途径和资源回收价值,只能进行废物处理。

2.3活性焦脱硫脱硝一体化技术

活性焦脱硫脱硝一体化技术的关键,主要利用活性焦中规格为5~9mm的圆柱型炭质吸附材料对烧结烟气中的重金属等污染物进行吸附。从效果来看,活性焦是一种具有良好物理性能的原材料,具有耐压、耐磨损等优点,并且与活性炭相比,活性焦的比表面积更小,因此在脱硫脱硝中的效果更佳显著。通过使用活性焦材料,不容易降低脱硫脱硝过程中吸附性能,尤其是在加热的温度状态下,其吸附效果还会有所增加,因此在钢铁行业烧结烟气脱硫脱硝过程中,使用活性焦技术有助于进一步提高处理效果。

基于活性焦技术而出现的活性焦脱硫脱硝一体化技术主要由吸附、解吸与硫回收三部分组成,在该技术体系中,当烟气进入到富含活性焦的移动床吸收塔中之后,烧结烟气的温度将会得到一定的下降,达到了110~150℃(但是部分地区在使用该一体化技术时,可以通过空气预热器适当的提高温度),此水平的温度处理效果最理想,能够获得更好的脱硫脱硝效果。之后一体化技术中的吸收塔主要分为两个部分,其中活性焦在垂直吸收烧结烟气中的污染物质之后,会在重力的作用下从顶部下降到底部,在这个过程中,烟气中的二氧化硫被吸收,之后就会水平通过吸收塔的第一段;在进入到第二段后,通过向烧结烟气中喷入氨气,除去烧结烟气中的氧化氮物质。到了再生阶段,饱和状态下的吸附剂将会被传送到再生器中进行加热,当加热温度超过450℃之后,活性焦就能解吸出浓缩的二氧化硫气体,最终再生之后的活性焦通过循环装置被传送到反应器之中。从效果来看,活性焦脱硫脱硝一体化技术充分体现了活性焦的先进性,并能够在同一温度区域内同时完成脱硫脱硝,降低了烧结烟气处理对温度的要求,因此具有先进性。同时该技术与半干法脱硫+SCR脱硝技术相比,还具有运行管理简单、占地面积小等优点,并且两者之间的脱硫脱硝效果相差不大,均能够同时清除烧结烟气中的重金属等污染物,达到保护环境的目的。同时根据上文介绍可知,采用该方法还能获得高度浓缩的二氧化硫,可以将其作为副品销售,在一定程度上增加了企业的效益。

2.4湿法脱硫+SCR联合脱硝工艺

这一工艺技术成熟,脱硝效率比较好,但在烧结烟气处理中应用还比较少。因为湿法脱硫后的烟气温度一般在50-80℃间,而SCR技术在320-450℃的温度下才能反应。反应温度较高催化剂会产生烧结或者结晶现象,但是反应温度太低,在催化剂表面硫酸铵会凝结堵塞催化剂的微孔,使得催化剂的活性大幅度降低。如果在脱硫工艺前运用烟气脱硝工艺,需要将烧结烟气经加热装置升温,先脱硝再运用换热装置进行降温处理,此时烟气就得到了净化。

结语

钢铁行业烧结烟气的脱硫脱硝已经成为全社会关注的热门问题,对于相关工作人员而言,在未来工作中应该充分了解上述几种脱硫脱硝技术的特征,并根据企业的具体要求,科学的选择脱硫脱硝技术,最终为实现绿色生产奠定基础。

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