钢铁企业烧结烟气脱硝工艺选型探讨.docx

钢铁企业烧结烟气脱硝工艺选型探讨摘要：随着环保排放标准的不断提高,烧结烟气脱硝已成为钢铁企业环境治理的重点.对 3 种常见烧结烟气脱硝工艺的工作原理、优缺点进行对比,对比国内某钢铁企业同等型号烧结机的不同脱硝工艺,从运行成本考虑,提出 SCR法可作为烧结烟气脱硝改造的首选工艺.前言钢铁工业排放的典型污染物包括颗粒物、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）和二噁英等。2015 年钢铁冶炼企业的 SO2、NOX 排放量分别为 136.7 万 t、55.1t，约占工业源总排放量的 9.7%、5%。在钢铁行业排放的污染物中，其中约 78.8%SO2、52.8%NOX 来自烧结工序，烧结工序为钢铁企业大气污染防治的一个最重要环节1-2。可见，烧结烟气脱硝已成为钢铁企业烟气治理的重中之重，选择可行的脱硝工艺对钢铁企业稳定实现超低排放至关重要。2019 年 4 月 28 日，生态环境部、国家发展和改革委员会、工业和信息化部、财政部和交通运输部五部委联合印发关于推进实施钢铁行业超低排放的意见（环大气201935 号）。意见对末端治理后的超低排放指标提出明确要求：到 2020 年底前，重点区域钢企超低排放改造取得明显进展，力争 60%左右产能完成改造。环保标准的加严，成为钢铁企业烧结机头超低排放改造的源动力。在烧结机头颗粒物治理上，对于执行超低排放的区域或位于大气污染传输通道区域的钢铁企业，普遍采用的治理方法为“机头四电场除尘+湿法脱硫+湿式电除尘”或“机头四电场除尘+旋转喷雾法/循环流化床法/密相干塔法脱硫+普通袋式除尘”。通过对现有治理设施进行改造提升，控制合理的情况下，烧结机头 SO2 排放浓度可稳定控制在 35 mg/m3 以下。而在烧结机头氮氧化物的达标治理上，建设或投运的脱硝系统相对较少，目前河北、山东、山西等地区钢铁企业建设的脱硝系统较多，其他地区烧结机头脱硝建设也已箭在弦上，其关键在于如何选择合适的脱硝工艺。2 烧结机头 NOX 形成机理烧结过程产生的 NOX 主要包括 NO 和 NO2，90%以上为NO，5%10%为 NO2，还有微量 N2O。NOx 来源主要有两部分：一是烧结点火阶段；二是固体燃料燃烧和高温反应阶段。NOX 产生途径主要有 3 种：在燃烧条件下，空气中的N2 和 O2 反应生成热力型 NOX；燃烧过程中，空气中的 N2和燃料中的碳氢基团反应生成的 HCN、CN 等 NOx 前驱物又被进一步氧化成为 NOX，为快速型 NOX；燃料中的氮在燃烧过程中被氧化成为燃料型 NOx。已有研究表明，烧结过程产生的 NOX 有 80%90%来源于燃料中的氮，为燃料型 NOX，热力型和快速型 NOX 生成量很少。燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在 600800 时生成燃料型 NOX。NOX 生成量受到燃料氮含量、氮的存在形态、燃料粒度、空气过剩系数、烧结混合料中金属氧化物等成分的影响。根据烧结生产测算，每生产 1 t烧结矿约产生 0.430.57 kgNOX，烧结烟气中 NOX 的浓度一般在 200300 mg/m3。3 常见烧结烟气脱硝工艺由于烧结烟气具有成分比较复杂（含颗粒物、SO2、NOX、重金属、二噁英，等）、烟气量大、温度变化大等特征，在脱硝工艺选择上与火力发电也有所不同。烧结烟气中的 NO2 由于可与水反应生成 HNO3，经湿法脱硫段洗涤留在浆液中，故烧结烟气脱硝的难点在于脱除或降低烟气中的 NOx。综合几种常见的脱硝工艺，适合脱除烧结烟气中NOx 的工艺以臭氧法、活性焦、SCR（选择性催化还原）3种工艺最具代表性。3.1 臭氧法脱硝臭氧法脱硝原理在于臭氧将难溶于水的 NOx 氧化成易溶于水的 NO2、N2O5 等高价态 NOx，经湿法脱硫（以石灰-石膏法脱硫为例）洗涤后生成硝酸盐排出（该工艺反应器一般设置于湿法脱硫塔前）。其反应过程如下。烟道内：NO+O3NO2+O2；NO2+O3NO3+O2；NO3+NO2N2O5。脱硫塔内：2N2O5+2H2O=4HNO3；2HNO3+Ca（OH）2=Ca（NO3）2+2H2O。臭氧脱硝法具有占地面积小、改造投资省、理论脱硝效率高等优点，适合已建成项目且场地狭小、NOX 总脱除量小的工程，目前在小型锅炉（20 t 及以下）、工业炉窑等有应用案例。但是，对于总脱除量大的工程，由于臭氧制备能耗高、副产物硝酸盐难回收易造成二次污染、臭氧逃逸等问题限制，难以得到广泛普及。另外，原环境保护部2017 年 7 月发布的排污许可证申请与核发技术规范钢铁工业（HJ8462017）指出，烧结机头和球团焙烧烟气中氮氧化物治理的可行技术为活性炭（焦）吸附法和选择性催化还原法，未推荐臭氧氧化法，故本着减少投资、稳定运行的原则，暂不建议采有此工艺技术。3.2 SCR 脱硝SCR（选择性催化还原）