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烧结烟气超低排放技术应用及展望

北极星环保网来源:工程技术 吴延娟2018/5/29 11:33:14我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:超低排放 烧结烟气 钢铁行业

对于末端烟气控制方法,无论SCR脱硝装备的布置方式如何,均需将烧结烟气温度再升温。SCR技术最低反应需要的温度为280℃,若反应温度过低,催化剂的活性会因为硫酸铵在催化剂表面凝结堵塞催化剂的微孔而降低,故需对烟气进行加热,能耗高导致运行成本高。图3所示的SCR系统处理了烧结全部烟气,燃烧器将消耗大量燃气,以高炉煤气为例,按0.165元/Nm3计算,仅高炉煤气折算吨成品烧结矿的运行费用约为6.5元。

为了降低燃气的使用量,可以采取烟气循环烧结(如图4所示),可减少约25%的烟气排放量,相应降低加热烟气所需的燃气量,同时降低脱硫及脱硝的投资建设成本2.2活性炭法多污染物协同处理技术活性炭吸附法技术工艺简单,占地面积小,是一种可同时去除粉尘、NOx、SO2等多污染物的烟气净化技术,且该技术资源化利用率高,副产物为高浓度SO2气体,可用于制备浓硫酸或其它高附加值的单质硫等,具有良好的发展前景。

活性炭多污染物协同处理技术由吸附系统、解析系统、输送系统和硫资源化利用系统组成。烟气由增压风机引入吸附塔,氨气在吸附塔入口加入,SO2、NOx、粉尘、二噁英、重金属等污染物脱除在吸附塔内完成。吸收了污染物的的活性炭通过输送系统送往解析塔,在430℃氮气气氛下对活性炭进行加热解析,产生富含SO2气体,同时可以分解约70%的二噁英,活性炭经筛分后重新利用,筛下物可送往高炉或烧结作为燃料使用,工艺流程如图5所示。

目前活性炭法脱硫脱硝除尘一体化技术已在宝钢三烧得到了成功应用,并能实现粉尘、SO2、NOx排放浓度分别低于10、35、50mg/Nm3,达到了超低排放的标准,但存在一次投资成本偏高的问题。

3烧结烟气超低排放技术展望

现有技术已经能够满足烧结烟气超低排放要求,但均存在不少问题,如半干法+SCR存在副产物产量大,难以资源化利用,易产生二次污染,脱硝能耗高等缺点;活性炭法存在一次投资成本及运行成本偏高的问题。为了更好地推进烧结烟气超低排放技术,降低环境负荷,可以从以下技术展开研究。

3.1源头NOx控制技术

根据燃烧条件和生成途径的不同,烧结烟气中NOx分为热力型、瞬时型和燃料型。烧结过程中热力型和瞬时型NOx的生成量很少,主要为燃料型NOx[5],来源于燃料燃烧,其排放量与燃料性质和燃烧条件密切相关。随着固体燃料中N含量,特别是挥发性N含量的增加,烧结烟气中NOx排放浓度增加。利用100%焦粉代替50%无烟煤+50%活性焦,可减少NOx排放浓度约40%。运行费用方面,以某烧结机而言,吨成品烧结矿需消耗26.5kg焦粉、26.5kg无烟煤,折合运行费用约40.5元/t烧结矿;若完全以焦粉作为固体燃料,综合考虑热值,折算运行费用约为42元/t烧结矿,仅增加1.5元/t烧结矿,远低于新增脱硝设备所带来的运行费用。因此,烧结固体燃料可考虑采用全焦粉,如使用无烟煤,尽可能选择挥发N低的无烟煤。同时应严格控制固体燃料用量,可采用厚料层烧结或烟气循环技术降低固体燃料用量。

3.2低温SCR技术

烧结烟气排放温度在100~180℃,而目前工程通用的V-Ti催化剂使用温度最低为280℃,若采用“脱硫+脱硝”或“脱硝+脱硫”的联合脱除工艺都需要将烧结烟气加热处理,加热成本极高。为了解决低温脱硝问题,国内多家单位进行了低温SCR催化剂的研发工作,目前已成功开发出低温催化剂,适应温度为130~260℃,但对进入SCR反应器的烟气组分要求比较苛刻,如SO2浓度低于10ppm,水分含量低等特点。对于“脱硫+脱硝”工艺,由于烟气进入SCR反应器前,SO2基本已经完全脱除,但水分含量高,也会影响低温催化剂的效果。对于“脱硝+脱硫”工艺,需考虑脱硝加入的NH3会与烟气中SO2反应生产硫酸铵,硫酸铵的分解温度为280℃,因此必须保持烧结烟气温度高于280℃。

3.3碳材料改性

活性炭作为多污染物净化工艺的吸附剂与催化剂,其质量的好坏(如耐压强度、耐磨强度、硫容、脱硝值等)影响着工程设计及投资运行成本,活性炭脱硝率的提高可以降低活性炭循环下料量,降低投资及运行成本。目前,国内外根据工程实践,对活性炭脱硫、脱硝等能力进行了大量研究,并对活性炭表面和负载金属离子进行了改性研究,进而改变活性炭的化学吸附特性及表面官能团种类以增强其功效。总之,对于碳基材料的改性必须在满足脱硫脱硝能力的前提下尽量提高活性炭耐磨耐压强度。

4总结

烧结烟气净化采用的脱硫技术中湿法所占比例极高,2012年国家颁布的《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》对NOx排放有明确限制,部分地方标准更加严格。对已实施湿法脱硫设备的烧结机如何进行升级改造实现目前的环保要求是国内烧结烟气净化技术面临的一大难题,其中也蕴藏着巨大的市场商机。NOx源头控制是一种最佳的控制方法,采取此方法,烧结烟气排放基本能满足国家标准的要求,但此方法抑制NOx生成能力有限,难以满足日益严格的环保要求,必须配以其他NOx末端治理技术。如果现有湿法脱硫设施难以正常运转,建议考虑直接采用活性炭烟气净化技术,实现烧结烟气的多污染物协同治理;如果现有湿法脱硫设施还能满足脱硫要求,在燃气充足的前提下,可考虑SCR脱硝;对于改造项目,建议综合烟气循环和专用脱硝烟道技术,降低烟气净化系统投资及运行成本。

延伸阅读:

烧结烟气污染物治理技术研究及应用现状

钢铁烧结烟气脱硝技术分析

多图了解钢铁行业烧结烟气脱硝脱二噁英S-SCR技术

钢铁行业烧结烟气海水脱硫的可行性研究

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