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烧结烟气脱硫脱硝工艺路线分析与探究

更新时间:2020-09-08 10:01 来源:化工设计与通信 作者: 阅读:587 网友评论0

摘 要:烧结机头烟气是钢铁行业SO2与NOx的主要排放源,在烧结反应下烧结矿与燃料混合料会产生大量的SO2、NOx及颗粒物等污染物,严重污染自然生态环境。所以,冶金钢铁行业等应严格依据国家出台的有关排放标准,并充分掌握烧结烟气联合脱硫脱硝技术,基于此主要对相关工艺加以分析。

关键词 :烧结烟气 ;脱硫 ;脱硝

随着环保部颁布实施了《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》,各地后续也陆续出台了更为严格的地方标准,要求进一步严格控制烧结行业污染物排放指标。但是现有的烧结烟气脱硫脱硝设施无法满足排放的要求,各烧结烟气治理工艺还存在较多的问题。因此,深入研究烧结烟气联合脱硫脱硝工艺势在必行。

1 烧结烟气特征分析

烧结是将不同的含铁原料以及其他必须组分,混合后投入到烧结机中进行高温反应的生产过程,该过程是一个复杂的物理化学反应过程。烧结烟气中含有大量的SO2、NOx、HCl、二噁英等多种污染物和粉尘,烧结烟气的排放会对大气环境造成严重污染,烧结烟气主要成分与重度表如表1所示。

表1 烧结烟气主要成分与重度表

1.1 SO2和NOx变化范围大

因烧结原料及配比的变化,不同烧结烟气的 SO2浓度一般在400~5 000mg/m3波动,NOx浓度一般在150~600mg/m3。

1.2 具有较高温度

因烧结是在高温条件下发生的,导致在该过程中烟气的排放温度相对偏高,烟气整体温度维持在120~180℃。

1.3 具有较大含湿量及含氧量

主要是因为烧结工艺的需要,在烧结前,出于提升材料自身的透气性,会增加其中的水分含量,烧结烟气通常含湿量为9%~15%,烧结烟气的含氧量一般为15%~18%。

1.4 具有较高粉尘浓度并含有多种污染物

烧结过程中铁及相关化合物随着烟气逸出,形成高浓度粉尘。烧结烟气中除含有 SO2、NOX、粉尘外,还含有重金属、HCl、二噁英等。

2 有关工艺技术分析

2.1湿法脱硫+SCR脱硝组合工艺

传统的脱硫工艺较多,其中应用最广的主要有钙法和氨法脱硫,目前烧结厂现有的单独脱硫工艺中多采用钙法,其占比可达72.4%。钙法脱硫的效率一般为90%~98%,能够满足烧结烟气对 SO2的脱除要求。但是也存在系统组成复杂、能耗较高、设备易腐蚀等问题。

目前国内应用最多的脱硝工艺,主要是 SCR 脱硝和 SNCR 脱硝。SNCR 虽然系统简单,投资较少,但是脱硝效率一般只有30%~50%,不能满足烧结烟气高浓度 NOx脱除的要求。SCR 脱硝工艺的脱硝效率较高,一般可达 70%~90%,但是对温度要求较高,一般需要温度在320~420℃。采用湿法脱硫 +SCR 脱硝组合工艺,需要将脱硫后50~80℃ 的低温烟气,通过 MGGH、GGH 及热风炉等设备进行组合升温至320~420℃,进一步增大了投资和系统的能耗。此种组合工艺,仅适用于烧结厂已经配套有脱硫装置,但根据环保要求,需新增脱硝装置的状况。

2.2 高能辐射–化学脱硫脱硝工艺

该项技术是最近几年才出现,从属于脉冲电晕等离子体脱硫脱氮技术。具体原理是借助高压脉冲将放电产生等离子体电晕,从而形成数量较大的氧化性粒子,将烟气当中的氧分子与水分子等进行裂解,NOx与 SO2等氧化形成 NO2与 SO3等,之后在 NH3的环境下送入氧化产物,形成硫酸铵、硝酸铵等有关微粒,然后通过电除尘器进行收集,达到清除排放尾气含有的有毒有害物质,这项技术能实现脱除效率的提升,也是未来基于烧结烟气联合脱硫脱硝工艺的主要研究内容。

2.3 干法联合脱硫脱硝工艺

2.3.1 电子活化氧化

烟气通过冷却塔冷却后,借助电子束照射,通过阴极发射而且经过电场高速汇成高能电子束,当烟气受到电子束辐照时会形成自由基,然后同 SO2、NOx发生反应形成硫酸与硝酸,送入氨气环境中,会生成(NH4)2SO4氨盐等产品。虽然脱硫脱硝效果较为理想,可是实际运行费用高昂而且用电量极高,加之脱硫设备价格昂贵,维护及运行系统具有较大工作量这些都是其阻碍因素。

2.3.2 固体吸附工艺

利用活性炭等碳质材料吸附烟气当中硫与硝的功能,烟气处理不必进行额外加热也可以达到较高的脱硫、脱硝率,不仅不会生产额外粉尘而且其排出浓度低于10mg/m3。另外,固相吸附法还可以有效处理 SO2、HCl、汞等有害物质,碳物质在进行吸附后还能回收再次进行深度处理,十分适合将煤炭、天然气作为燃料的电力企业。可是这一方案短时间内难以克服高温,并且需要较大的一次性投入,若是长时间运行会降低吸附能力。

2.3.3 活性焦脱硫脱硝一体化工艺

活性焦工艺的基本原理为 :烧结烟气进入吸附塔后,烟气均匀地穿过活性焦吸附层,在吸附层内 SO2、NOx等污染物被脱除,在脱硫脱硝反应中,是物理吸附和化学吸附的结合的复合反应。该工艺同时还能兼有脱二噁英及重金属的 作用。

具体工艺为 :烟气通过活吸附装置后被净化,吸附饱和的活性焦靠重力沉降至运输系统,运至解吸再生装置,通过高温使活性焦再生,释放出的高浓度 SO2混合气体用于制备副产品硫酸,降低脱硫装置的运行费用。再生后的活性焦经筛选后由活性焦输送系统送入活性焦吸附装置循环使用,筛下的少量小颗粒活性焦及焦粉收集后排入烟尘罐,可作为燃料送至烧结厂进行处理使用,同时也避免了活性焦中微量重金属的富集。

活性焦脱硫技术的特点有 :工艺简单、流程流畅、布局紧凑 ;只需要一个系统就可以同时除去 SO2和 NOx,实现了脱除 SO2、NOx的一体化 ;可节省大量水资源,烟囱无明显水汽外排;副产品为硫酸,有较高的利用价值;基本无废水的产生,无自产固体废物,因而无二次污染;设备运行维护方便,维护成本低。

2.4 湿法联合工艺

将强氧化性与络合剂等添加剂加入液相中,主要目的是处理一氧化氮难溶于水的问题,显著提升脱硝率。氨 – 硫铵祛湿法脱硫是当前常见的处理工艺,该项脱硫工艺具备一定脱硝能力,通常情况下便脱硝效率能达到20%~40%,针对 NOx的预处理可实现50% 左右的脱硝,依据氨法脱硫特征和现有氨法脱硫装置相结合实现联合脱硫脱硝处理,不仅投资少而且运行费用投入偏低,市场发展前景较为广阔。

3 小结

当前烧结烟气联合脱硫脱硝工艺存在许多现实问题有待解决,例如运行费用投入高昂、设备投资大、运行不稳等,这在一定程度上阻碍了大规模普及现有技术。结合钢铁企业烧结具体情况,应对技术要求、环境效益与经济成本等多方面因素充分考虑,应从以下几方面入手:首先,最大限度减少投资与运行投入;其次,简化工艺过程;再次,应用来源方便价格低廉的脱硫脱硝剂,最好应用生产工序产生的碱性产物;最后,提高脱硫脱硝率,降低排放总量。

4 结束语

钢铁行业在国民经济发展中发挥着举足轻重的作用,虽然提高了国民经济发展速度,可资源能源的大量消耗,恶化周边自然生态环境的问题不能忽视。所以,应提高对烧结烟气治理的重视,积极探索针对性更强的脱硫脱硝技术,实现经济及环境协调发展。通过对相关工艺的简要探讨,希望可以为有关行业的烟气治理及减排提供参考,从而打造更为健康的自然生态。

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