球团烟气超低排放脱硝技术的研究

摘要： 随着生态环境部对钢铁行业大气污染物的排放浓度要求越来越严格,2020年球团烟气要满足《钢铁行业超低排放的意见》的超低排放要求.球团现有的环保设施无法满足超低排放的要求,全面分析现有条件下的脱硝技术,提高球团烟气的脱硝效率,保证球团烟气达标排放,提高环境空气质量.

1 球团烟气净化概述

在当前的烧结球团烟气净化过程中，主要是对其的二氧化硫含量以及烟尘等有效降低，防止排放到大气中的烟气内二氧化硫浓度超标。早期，在对烧结球团进行烟气净化时，主要采用的是石灰石膏湿法脱硫技术。这种技术能够有效地进行脱硫。但对烟气中的氮氧化物的去除基本没有效果。随着钢铁行业大气污染物排放标准的不断提高，球团排放烟气中的二氧化硫、氮氧化物、粉尘的排放浓度都要达到超低排放的要求。超低排放要求二氧化硫35mg/m3、氮氧化物50mg/m3、粉尘10mg/m3。现有的球团生产条件下，链篦机回转窑系统产生的烟气中含有的氮氧化物含量一般在160~400mg/m3之间，远高于超低排放的要求，因此，有必要对球团烟气进行超低排放技术研究，提高脱硝效率，保证净化后的烟气符合超低排放的要求。

2 球团烟气超低排放技术

2.1 对源头氮氧化物（NOx）的控制技术

烟气脱硝技术主要有有催化还原法（选择性催化还原和非选择性催化还原）、物理吸附法、氧化吸收法、循环流化床法、高能电子氧化法等，球团烟气具有流量大、成分复杂、温度低、烟气成分波动大的明显特征，各种脱硝技术在球团领域的应用还不太成熟，活性碳脱销和选择性催化还原脱销工艺脱硝效率高，但存在前期投资和运行成本费用太高，企业很少采用末端治理的技术进行烟气脱硝。企业必须加强生产过程控制，从源头上降低氮氧化物含量。

热力条件和生成途径的差异可能会导致烧结烟气内的氮氧化物类型不同，一般可以分为热力型、燃料型、瞬时型。在球团生产工艺过程中，燃料型以及瞬时型的氮氧化物生成量比较少，主要是热力型的氮氧化物，一般受生产过程中温度的影响，其排放量与球团烧结的温度相关。根据一些研究发现，铁矿球团内部的含氮量很少，在球团烧结过程中，用等离子点火喷煤燃烧供热的，每天的用煤量很少。球团烧结过程中，链篦机回转窑温度达到800℃~1600℃时氮氧化物生成比较多，通过优化燃料配比、优化燃烧过程控制，在满足球团回转窑供热的同时，避免燃烧火焰局部高温产生较多的热力型氮氧化物。特别是固体燃料中挥发性氮含量较多时，烧结球团烟气内的氮氧化物含量也比较高。如果选择使用100%焦粉代替50%无烟煤+50%焦粉，能够在很大程度上降低氮氧化物的排放浓度，其降低程度能达到40%左右。而在运行投资方面可以，以球团运行过程为研究对象发现，一吨成品球团矿需要消耗的焦粉为26.5kg，无烟煤消耗量为26.5kg，对运行费用进行折合计算，可以得出每吨球团矿大约为40.5元。而完全使用焦粉作为固体燃料，充分考虑焦粉热值，其折算下来的运行费用为每吨球团矿费用大约为42 元，每一吨球团仅会增加1.5元。但是球团烟气的处理成本远远低于新增脱硝设备的运行费用。因此，在选择球团固体燃料时，可以考虑全部采用焦粉作为固体燃料。而使用无烟煤可以选择挥发性氮含量比较低的无烟煤，这样可以降低烧结烟气内氮氧化物排放量浓度。除此之外，在燃烧过程中要严格控制固体燃料的用量，可以使用厚料层烧结或者烟气循环技术，能够有效降低固体燃料用量，从而降低烧结烟气内氮氧化物排放浓度。从源头上对氮氧化物含量进行控制，能够极大提高脱销效率[2]。

2.2 低温SCR脱硝技术

通常情况下，球团烟气排放的温度要控制在100℃~180℃之间，而在烧结烟气净化过程中使用的V-Ti 催化剂的使用温度最低规定为280℃，如果使用脱硫+脱销或者脱销+脱硫的联合净化技术，就需要对烧结烟气进行加热处理，才能够使用催化剂。但是对烧结烟气加热处理的成本比较高。为了解决低温脱硝的问题，使用低温SCR催化剂对其进行处理。目前开发出来的低温催化剂能够适应130℃~260℃的温度。但是对进入SCR反应器内的烧结烟气组成成分要求比较严格。例如，必须保证二氧化硫的浓度低于10ppm，并且要确保进入SCR反应器内的烟气水分含量比较低。而在当前的脱硫工艺使用过程中，因为进入SCR 反应器内的烟气内二氧化硫已经基本脱除，能够满足二氧化硫浓度低于10ppm 的要求，但是脱硫过后的烟气水分含量比较高，这样也会对低温催化剂的效果产生一定影响。而烟气在进行脱硝过程中，需要加入NH3，其会与进入SCR反应器内二氧化硫反应产生硫酸氨。因此在使用SCR 处理技术时，将低温SCR脱硝放在石灰石膏湿法脱硫之前，烟气温度和湿度都能达到低温SCR脱销技术要求。并且湿法脱硫对球团烟气内的氮氧化物浓度影响比较小。烟气经过脱硫吸收塔处理后，基本能够去除95%以上的二氧化硫，经过湿法脱硫后的烟气湿度较大，后续再加湿电除尘去除烟气里面的水分、粉尘，烟气达标排放。

2.3 碳材料改性技术

一般情况下，活性炭是很多污染物净化工艺过程中的吸附剂以及催化剂，活性炭的质量好坏会直接影响烧结球团烟气脱硫脱硝除尘技术质量，同时也会对工程设计的成本和投资运行的成本造成一定影响。在选择活性炭时，必须对活性炭的耐压强度、耐磨强度、硫容以及脱销值等参数进行检查。通常情况下，在保证活性炭的脱硝效率的基础上，可以降低活性炭循环的循环下料量，从而有效地降低投资和运行成本，现阶段，在一些工程实践过程中，对活性炭的脱硝能力进行了比较多的研究和试验。同时也对改变活性炭表面以及附着金属离子进行了改性研究，能够对活性炭的化学吸附特性以及表面官能团种类进行有效的改变，这样可以增强活性炭的效用。需要注意的是在对活性炭材料进行改性时，必须保证其能够满足脱硫脱硝能力，在此基础上可以尽量提高活性炭的耐磨与耐压强度，提高球团烟气净化效益[3]。

3 结语

随着我国对钢铁烧结球团工业大气污染物的排放标准的改进，对氮氧化物的排放有了更加明确和具体的限制，在一些地方对氮氧化物的排放标准有更加严格的要求。现阶段，对球团烟气进行净化时，主要以是脱硫设备主完成。球团烟气超低排放中，提高脱硝技术水平是当前球团烟气净化技术面临的难点问题。其中，对氮氧化物的源头进行控制是一种比较好的控制方法。采取氮氧化物源头控制方法，能够保证球团烟气排放达到排放标准。但是，源头控制方法对氮氧化物的生成能力控制比较有限，不能适应越来越严格的环保要求。因此，必须辅助以其他的氮氧化物末端治理技术才能够确保烧结球团烟气超低排放标准。使用活性炭脱硝和低温SCR脱硝技术对烧结烟气氮氧化物进行末端治理。对烧结烟气净化技术进行改造时，可以使用烟气循环以及专用脱硝烟道的综合技术，这样能够有效的降低烟气系统的投资和运行成本。总之根据球团烟气的具体情况，选择最佳的烟气净化技术，保证球团烟气净化能够达到国家要求的排放标准。才能够有效地降低有害气体的排放对空气质量的不利影响。