烧结烟气联合脱硫脱硝工艺的比较

北极星环保网讯:鉴于烧结烟气的脱硫脱硝技术是目前国内外脱硫脱硝研究的一大热点, 介绍了典型的可用于烧结烟气脱硫脱硝技术以及目前国内外新兴的烟气同时脱硫脱硝技术,  并对各种技术的优缺点进行了分析。针对我国烧结烟气实际情况提出了烟气同时脱硫脱硝技术的发展方向。

1 引 言

钢铁联合企业中烧结生产的特点是物流量大、能耗高、污染严重, 所产生的固体废弃物、烟气、噪音等对环境的破坏已引起社会的广泛关注。多年来,  我国烧结厂在烟气除尘方面做了大量的工作, 成果显著。但是对于烟气中的有害组分, 如 SO2、NOx 、二噁英等的脱除有些尚处于起步阶段,  而有的至今没有采取任何措施而直接排放。分析结果显示, 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,  可见烧结厂已是 SO2 和 NOx 的最大产生源[ 1] 。随着钢铁企业的快速发展, 烧结矿产量大幅度增加, SO2 和 NOx 排放量随之增大,  烧结厂环境保护的压力也随之增加。

2 烧结烟气的产生与特点

烧结过程是一个高温燃烧条件下的复杂物理化学过程, 被抽入料层的空气与混合料中的燃料发生燃烧反应, 燃烧释放的热量保证烧结物理化学过程的进行,  燃烧的烟气作为废气排放。

铁矿石中通常会含有以化合物和含氧酸式盐存在的硫和氮, 以硫化物形式存在的矿物有: FeS2、CuFeS2、CuS、ZnS、PbS 等,  以硫酸盐形式存在的有 BaSO4、CaSO4 和 MgSO4 等; 而固体燃料( 如焦粉) 带入的硫则以单质硫或者有机硫的形式存在。氮主要以硝酸盐和有机氮的形式存在, 硝酸盐主要来自于铁矿粉,  而有机氮则主要来自于固体燃料。在烧结过程中以单质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,  而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[ 2] 。

烧结烟气相比于其他工业炉窑产生的烟气有如下特点:

1) 烟气量大。每生产 1 t 烧结矿大约产生1500~ 3000 m3 需要脱硫脱硝的烟气。

2) 烟气温度较高。随工艺操作状况波动,烟气温度一般在 120~ 150 范围变化。

3) 烟气携带粉尘多。烟气中粗颗粒粉尘较多, 粒径大于 50 m 的占 30% 以上, 且琢磨性强。

4) 含湿量大, 露点较高。按体积比计算, 含湿量在 10% 左右, 露点一般在 65~ 80 。

5) 烟气中含有腐蚀性和有毒气体。如 HF, H Cl, CO 气体等等。

6) SO2 和 NOx 浓度随铁矿原料和燃料的差异变化, SO2 浓度一般在300~ 800 ppm 范围内, 高的可以达到 2 000~ 4 000  ppm; NOx 浓度一般在 150~ 300 ppm 范围内变化, 最高可以达到500 ppm 左右。

3 烟气联合脱硫脱硝技术

对铁矿石烧结过程中 SO2 和 NOx 排放的控制主要有三种方法: 原料控制, 烧结过程控制和烧结烟气脱硫脱硝。其中, 原料控制是基础条件, 烧结过程控制是有效手段,  烧结烟气脱硫脱硝是最终保障。由于烧结原料往往受到客观因素的限制, 不可能完全实现选用低硫原料, 而烧结过程又要以保证烧结矿质量为第一目标,  所以烟气联合脱硫脱硝技术被认为是控制 SO2 及 NOx 污染最实际可行的手段。

目前, 烟气联合脱硫脱硝技术主要有活性炭法、循环流化床联合脱硫脱硝法、半干喷雾脱硫脱硝法、高能辐射 化学脱硫脱硝法、奥钢联的 MEROS  烟气净化技术等。

3.1 活性炭法

该方法由德国 Bergbau Forschung 公司开发, 主要原理为在一个活性炭吸附器中, 用活性炭吸附 SO2, 并在氨还原 NOx  过程中起催化作用, 实现同时脱硫脱氮, 消耗的吸附剂可在高温下再生。德国和日本一些公司已将该技术投入到工业应用中。

据报道, 脱硫率可达 98% , 脱氮率达 80% , 并且能除去废气中的 H Cl、HF 、砷、硒、汞等有害物质。但因 SO2 的脱除反应优先于NOx  的脱除反应, 所以大多数工艺须采取二级吸收塔。如果烟气中 SO2 浓度较高, 则活性炭消耗大, 投资将增加。为降低成本, 日本电力能源公司( EPDC)  利用空气流化床燃烧锅炉的SO2 排放量低的特点, 于 1995 年在 350M W 的AFBC 锅炉中安装了单一移动床活性炭脱硫脱氮设备, 用于 SO2 和  NOx 的脱除, 脱除率分别可达98% 和 80% 。

在实际应用中发现活性炭综合强度低, 用于移动床, 因吸附、再生往返使用损耗大, 于是 Ekehard Richter 等用强度较高的活性焦炭,  经活化、浸渍 Na2CO3 处理后用于烟气的脱硫脱氮, SO2 与 Na2CO3 反应生成 Na2SO4,从而降低了吸附剂的消耗, 进而降低了投资成本[ 3]  。

新日铁于 1987 年在名古屋第三烧结厂的 3 号烧结机中设置了利用活性炭的烧结排烟脱硫、脱硝设备, 处理能力 90 万 Nm3/ h,  这是一种干法排烟脱硫脱硝装置, 将烧结机排烟的除尘、脱硫、脱硝三种功能集于一身, 使烧结排烟脱硫技术提高到新的阶段[ 4] 。

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