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钢铁烧结烟气脱硝技术分析

北极星环保网来源:中国科技博览 李国亮2017/9/2 9:45:21我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:脱硝技术 钢铁烧结烟气 SCR

北极星环保网讯:现今,随着我国钢铁行业的快速发展,它在为我国经济发展做出重要贡献的同时,也产生了严重的大气污染问题。氮氧化物(NOx)是钢铁企业所排放的主要大气污染物之一,其中钢铁烧结工序所产生的NOx约占整个钢铁冶炼主工序的48%左右,是钢铁企业NOx排放控制的重点。这主要是因为我国目前大部分钢铁企业烧结生产线缺少脱硝设备,造成的NOx污染问题日趋严重。基于此,本文就钢铁企业开展烧结烟气氧化脱硝技术进行研究,旨在达到NOx减排的目的。

1钢铁烧结烟气的特点

烧结是将铁矿粉、煤粉(无烟煤)和石灰、高炉炉尘、轧钢皮、钢渣等按一定配比混匀,经烧结而成的有一定强度和粒度的烧结矿可作为炼铁的熟料。烧结烟气与燃煤锅炉烟气相比,具有以下特点:

(1)烟气量大。在较高的漏风率(40%~50%)和较高固体循环率的影响下,有相当一部分空气没有通过烧结料层,导致烧结烟气量激增,每生产1t的烧结矿可产生4000~6000m3的烟气。

(2)烟气成分复杂。含有多种腐蚀性气体如HCl、SOx、NOx、HF等,含有重金属物质如铅、汞、锌等以及含有有毒气体二恶英。同时烟气中还夹带大量粉尘,粉尘主要以铁及其化合物为主,浓度可达10g/m3。

(3)二氧化硫浓度变化较大。受原料中硫含量的影响,烟气中SO2浓度一般为1000~1500mg/m3,有的也可达3000~5000mg/m3。

(4)烟气温度波动范围大。受操作条件的影响,烧结烟气温度一般在120~180℃,采用低温烧结技术时也可达到80℃。

(5)含湿量高和含氧量高。由于混合料在烧结前必须加适量的水以提高烧结混合料的透气性,因此烧结烟气中的含湿量比较大,可达到7%~13%;含氧量一般可达到15%~18%。

2氧化脱硝的原理

烧结烟气中的氮氧化物(NOx)主要以一氧化氮(NO)的形式存在,其含量占到烧结烟气NOx含量的90%以上,由于NO很难溶于水,标准状况下的溶解度大概在4.7%左右,而且NO的化学性质稳定,虽然是酸性气体,但是不与一般的碱溶液反应,所以很难用液相吸收的方法直接从烟气中脱除NO,而同为酸性气体的NO2会和水或者碱性溶液剧烈反应,溶解度是100%,其在水中会发生如式(1)的反应,所以氧化脱硝的一般思路就是将烟气中的NO通过合适的氧化剂氧化成可溶于水的NO2。

2N02+H2O→HN03+HN02(1)

要想将NO氧化,需要知道氮的氧化物及其酸根离子的还原电势,只有氧化剂的还原电势大于NO的时候才能将其氧化。

3烧结烟气脱硝主要技术分析

3.1选择性催化还原脱硝(SCR

选择性催化还原脱硝技术是目前应用最为成熟的一项脱硝技术,通常与半干法或湿法脱硫结合,其基本工艺流程见图1。

脱硝

烧结烟气先经过除尘、脱硫設备除去颗粒物和二氧化硫,由于脱硫后的烟气温度较低,而SCR反应所需烟气温度一般为300~450℃,因此需要先对烟气进行加热升温。液氨储罐中的液氨通过蒸发器气化进入缓冲罐,再在混合器中与空气混合、稀释,通过氨喷射栅格,在烟气入口处喷入SCR反应装置。SCR反应装置中通常填充有多层催化剂(如V2O5-TiO2),烟气和氨在催化剂作用下发生反应,最终达到脱硝目的。其反应方程式如下:

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O(2)

4NO2+2NH3+O2→3N2+6H2O(3)

3.2等离子法脱硝

3.2.1电子束法

电子束法是通过电子加速器,产生高速运动的电子,撞击烟气中的NOx、N2、O2等分子,产生大量O、N、OH、HO2等自由基和活性粒子,这些自由基和活性粒子与NOx发生氧化反应,同时反应器中加入氨,最终与氧化产物反应生成硝酸盐。该技术产生于20世纪70年代,工艺设备包括冷却塔、反应器、电子加速器、电除尘设备以及供氨设备。此工艺最大的优点是不产生工业废水,缺点是电子发射装置容易产生故障,运行周期较短。

3.2.2脉冲电晕法

脉冲电晕法和电子束法在原理上类似,高压脉冲电源作用于电晕上,在电极之间产生高能电子(5~20eV),高能电子与烟气中NOx、N2、O2等分子发生碰撞,产生大量自由基和活性粒子,进而氧化NOx,再与NH3发应生成硝酸盐。相比电子束法,脉冲电晕法取消了电子加速装置,节约了设备投资。由于脉冲电压脉宽较窄,使得放电过程中的能量主要传递给了电子,气体分子并没有被加热,因此装置温度相对较低,反应能耗较少。

3.3微生物法脱硝

微生物法脱硝是利用微生物自身的生理作用,将烟气中的NOx代谢吸收或转化为无机物的过程。净化原理通常可以分为硝化作用和反硝化作用。硝化作用是指好氧型硝化细菌在有氧条件下,将NO氧化为NO,进而再氧化为NO,氮源实质上充当了硝化细菌的营养来源,硝酸盐和亚硝酸盐是硝化细菌的代谢产物。

反硝化作用是指在厌氧环境下,微生物将氮氧化物通过合成代谢,变成自身繁殖生长所需能源,再通过分解代谢将NOx还原成氮气。目前微生物法脱硝还处于实验室研究阶段,具有很大的研究价值和市场潜力,与其他脱硝手段相比,微生物法脱硝基本不需要高温、高压、催化剂等条件,同时装置占地面积小,工艺流程相对简单,经济性较好,更为重要的是环保性好,这在当前我国面临的环境压力下显得格外有意义。

3.4络合吸收法脱硝

络合吸收法起源于20世纪80年代,由于烟气中的NO很难溶于水,这就限制了湿法除氮的效率。络合吸收法利用络合剂与烟气中NO发生反应,生成络合物,从而增加NO在水中的溶解能力,进而提高脱硝效率。目前常用的络合剂有亚铁络合物和钴络合剂。亚铁络合物是使用最早也是范围最广的一类络合剂,由于亚铁的不稳定性,很容易被氧化成高价铁元素,降低络合能力,因此络合剂的还原再生也是研究的重点。

延伸阅读:

多图了解钢铁行业烧结烟气脱硝脱二噁英S-SCR技术

烧结烟气用软锰矿SDA法同步脱硫脱硝技术

【PK】烧结烟气脱硫脱硝处理技术的比较分析

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