烧结烟气用软锰矿SDA法同步脱硫脱硝技术

北极星环保网讯:【摘要】论文对烧结烟气的形成及特点进行了表述，对目前工业中常见的分步及同步脱硫脱硝工艺进行了分析比较;结合现有的脱硫脱硝技术提出了将软锰矿SDA法同步脱硫脱硝技术用于烧结烟气。软锰矿SDA法同步脱硫脱硝技术以软锰矿为吸收剂、SDA塔为吸收器吸收脱除烧结烟气中SO2和NOX。该方法可用于烧结烟气的SO2和NOX的废气治理与副产品异地开发利用，回收利用硫、氮资源及综合利用软锰矿资源，可实现污染物的全部资源化，符合当前节能减排、循环经济政策。

0 引言

近年来，全国各地雾霾天气频频发生，对环境保护与治理提出了巨大挑战。钢铁行业是国家重要的基础产业，又是高耗能、高排放、增加环境负荷源头的行业。钢铁生产在其烧结过程中消耗大量的燃料和矿石，同时排放大量的空气污染物。因此，如何实现高效经济的控制钢铁企业烧结烟气排放的硫、氮含量这一问题亟待解决。

郝继锋[1]等人指出，烧结工艺过程产生的SO2排放量约占钢铁企业年排放量的40%～60%，控制烧结机生产过程的SO2的排放，是钢铁企业SO2污染控制的重点。胡长庆等[2]分析表明，在钢铁冶炼过程中约有48%的NOX，及51%～62%的SOX来自铁矿烧结工艺。基于烧结烟气相对较为特殊，其脱硫脱硝技术发展相对比较缓慢，20世纪70年代日本建成世界上首套烧结烟气脱硫系统。当前主要用于烧结烟气脱硫工艺有石灰石-石膏法、旋转喷雾干法、MEROS干法、循环流化床半干法等[3-4]。金婷等[5]以采用脱硫剂浆态进料，脱硫塔反应后采用双旋风分离、双侧返料工艺特点的某钢厂循环流化床烧结烟气脱硫灰为对象，针对循环流化床烧结烟气脱硫灰理化性能进行了研究。徐智英等[6]研究了循环流化床脱硫技术在烧结烟气净化中的应用，作者结合河北省某钢铁厂工程案例分析了循环流化床脱硫除尘技术的脱硫除尘技术指标和经济指标。吴复忠等[7]针对烧结烟气利用软锰矿浆开展了烟气脱硫的试验研究，并采用菱锰矿作为调节循环矿浆pH的添加剂。结果表明，矿浆的pH会对脱硫过程以及后期吸收液的资源化处理产生很大的影响。

研究表明，对烟气中的氮化物(NOX)及硫化物(SOX)目前大多采用分步脱除，即采用不同的工艺分别脱除烧结烟气中的NOX和SOX，该方法会使得系统投资大，运行费用高。而现有的几种联合脱除技术也存在一定的缺陷，不利于大规模推广。本文综合比较前人研究结果，提出了一种针对烧结烟气的利用软锰矿SDA法同步脱硫脱硝技术，并对其工艺流程和脱除机理进行论述。

1 烧结烟气形成及特点

烧结烟气来源于烧结混合料点火后随台车运行的高温烧结成型过程，该过程是一个高温燃烧条件下的复杂物理化学过程。铁矿石中的硫和氮通常以化合物和含氧酸形式存在，固体燃料(焦粉)带入的硫则以单体硫或有机硫的形式存在;氮主要以硝酸盐和有机氮的形式存在，硝酸盐主要来自铁矿粉，有机氮主要来自固体燃料。烧结过程中以单体或化合物形式存在的硫和氮通常在氧化反应中以气态氧化物的形式释放，二以酸式盐形式存在的硫和氮则在分解反应中以气态氧化物的形式释放。

烧结烟气与其它工业炉窑产生的废气相比具有以下特点[9]：1)烟气量大，每生产1t烧结矿约产生4000～6000m3的烟气;2)烟气温度较高，随工艺操作状况的变化，烟气温度一般在150℃左右;3)烟气携带粉尘较多;4)含湿量大，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，所以含尘烟气的含湿量较大，水分体积比约10%;含有腐蚀性气体，高炉煤气点火及混合料的烧结成型过程，均将产生一定量的NOX、SOX，故遇水会形成酸，对金属结构会造成腐蚀;6)含SO2浓度较低，根据原料和燃料差异而变化，一般范围在1～3g/m3。

2 联合脱硫脱硝技术现状

目前，对烧结烟气中SOX、NOX排放的联合控制技术主要有活性炭法、循环流化床(CFB)联合脱硫脱硝法、半干喷雾脱硫脱硝法、高能辐射—化学脱硫脱硝法、西门子奥钢联的MEROS烟气净化技术等。

1)活性炭干法脱硫脱硝技术(PAFP-FGD)。该技术由德国Bergbau-Forschung公司开发，其原理为在活性炭吸附器中用活性炭吸附SO2，并在氨还原NOX过程中期催化作用，实现同时脱硫脱硝，消耗的吸附剂可通过高温再生[11]。该工艺的缺点在于SO2的脱除反应优先于NOX的脱除反应，因此需要采用二级吸收塔，若烧结烟气中SO2含量较大，则活性炭消耗量大，会使得系统投资大、并增加运行费用;此外，尽管回收了烟气中的SO2、脱除了NOX，但是副产物粉尘仍然无法再利用。

2)烟气循环流化床联合脱硫脱硝技术(CFB-FGD)。该技术由德国Lurgi公司开发，其主要机理为SO2与循环流化床内Ca(OH)2颗粒的反应过程是一个外扩散控制的化学反应过程，流化床内具有较大的滑落速度，强化了气-固间的传热、传质速率和气固混合;另外，流化床中巨大的表面积、湍动激烈的颗粒，为水的快速汽化和快速可控的降温提供了根本保证，从而创造了良好的化学反应温度条件，使酸性氧化物与Ca(OH)2的反应转化为瞬间完成的离子型反应。该方法用消石灰作为吸附剂，喷入氨气以还原剂，以FeSO4˙7H2O为脱氮的催化剂[12]。但该工艺为了喷入氨气，要增设一套氨制备系统，氨有异味、有毒、易爆;使得整个系统投资大，而且脱硫脱硝副产物利用价值不高，还待进一步开发利用。

3)半干喷雾脱硫脱硝技术(SDA-FGD)。系统由石灰浆制备、喷雾干燥塔和除尘器三部分组成，除尘器可以是布袋除尘或静电除尘。通过高速旋转喷雾头将石灰浆喷雾干燥塔，与烟气中酸性物充分接触并起中和反应，利用烟气余热使石灰浆液中的水份蒸发，脱硫后的烟气经除尘后排放，但该方法的脱硝效果不明显。通过提高温度和引入亚氯酸钠作为添加剂，可以提高NOX的脱除，但会抑制SO2的补集，因此，该方法很难实现SO2和NOX的同时高效脱除[13]。

4)高能辐射-化学脱硫脱硝技术(PPCP-FGD)。该技术脱除氮、硫氧化物的机理为由纳秒级高压脉冲电晕放电产生的等离子体裂解烧结烟气中的O2、H2O等分子，产生大量的氧化性粒子，氧化SO2和NOX成为SO3和NO2，并注入氨气体，生成硫酸铵、硝酸铵及其复盐的微粒，再通过电除尘收集[14]。该方法尽管提高了脱硫效率，但因引入氨气，使得系统初投资和运行费用增加，并易造成二次污染。

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