摘 要：燒結(jié)機(jī)頭是鋼鐵行業(yè) SO2和 NOx主要排放源。隨著環(huán)境保護(hù)的壓力不斷加大，燒結(jié)煙氣脫硫脫硝工藝的選擇就顯得尤為重要。本文主要介紹了目前國(guó)內(nèi)外主流的燒結(jié)煙氣脫硫脫硝工藝，并對(duì)各種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較分析。
鋼鐵生產(chǎn)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要作用，同時(shí)污染也較為嚴(yán)重。為了降低鋼鐵行業(yè)的污染物排放水平，生態(tài)環(huán)境部等五部門(mén)于 2019 年 4 月聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》（環(huán)大氣[2019]35 號(hào)），在全國(guó)范圍內(nèi)推動(dòng)鋼鐵行業(yè)超低排放改造。鋼鐵行業(yè)是 SO2和 NOx的排放大戶(hù)，而燒結(jié)機(jī)頭煙氣是 SO2和 NOx的主要排放源。鋼鐵行業(yè)的超低排放要求燒結(jié)煙氣 SO2和 NOx的排放質(zhì)量濃度小時(shí)均值不高于 35 mg/m3和 50 mg/m3。因此，鋼鐵企業(yè)燒結(jié)煙氣為滿(mǎn)足達(dá)標(biāo)排放的要求，必須采取脫硫脫硝措施。
1 我國(guó)燒結(jié)煙氣脫硫脫硝現(xiàn)狀
目前，我國(guó)燒結(jié)煙氣采取脫硫措施較為普遍，大部分燒結(jié)機(jī)均采取了脫硫措施。已投運(yùn)的燒結(jié)煙氣脫硫方法主要有干法脫硫（活性焦吸附）、半干法脫硫以及濕法脫硫。濕法脫硫按照脫硫劑的不同，又可以分為石灰石石膏法、氧化鎂法、氨法等[1]。根據(jù)原環(huán)保部統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，主要以濕法為主，約占 87%。相比脫硫，國(guó)內(nèi)燒結(jié)機(jī)頭煙氣脫硝起步較晚。脫硝主要采取的方法為活性焦吸附法和選擇性催化還原法（SCR）。太鋼 450 m2燒結(jié)機(jī)活性焦脫硫脫硝為國(guó)內(nèi)首套采用活性焦脫硫脫硝的裝置。SCR 脫硝在電廠煙氣脫硝應(yīng)用廣泛，而在燒結(jié)機(jī)頭煙氣脫硝應(yīng)用較少，屬于起步階段。據(jù)報(bào)道，國(guó)內(nèi)首套燒結(jié)煙氣 SCR脫硝裝置于 2018 年 11 月在唐山瑞豐鋼鐵成功投運(yùn)。目前，有部分鋼鐵企業(yè)在燒結(jié)煙氣環(huán)保改造中采用 SCR 脫硝工藝。
2 燒結(jié)煙氣主要的脫硫脫硝工藝
目前，燒結(jié)煙氣治理的工藝主要有活性焦脫硫脫硝工藝、半干法脫硫+SCR 脫硝工藝、濕法脫硫+ SCR 脫硝工藝。脫硫脫硝方法的比較主要應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)、占地面積、煙氣條件、處理成本等各方面綜合考慮，選取合適的處理工藝[2,3]。
2.1 活性焦一體化脫硫脫硝工藝
活性焦吸附法脫硫的原理是利用活性焦的吸附性能，低溫時(shí)將煙氣中的 SO2進(jìn)行吸附，吸附飽和后的活性焦由物料輸送系統(tǒng)送至解吸系統(tǒng)，在高溫加熱的條件下降吸附的 SO2解吸出來(lái)，解吸出來(lái)的 SO2送往副產(chǎn)品回收裝置生產(chǎn)濃硫酸（98%）；再生后的活性焦經(jīng)冷卻篩分后送回吸收塔循環(huán)使用。
活性焦脫硝的原理是由于活性焦具有催化活性，在一定的溫度條件下，向煙氣中噴入氨水，氨和NOx在活性焦的催化作用下發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?/p>
該方法的工藝過(guò)程：煙氣首先進(jìn)入含有活性焦模塊的移動(dòng)床吸收塔，進(jìn)行脫硫和脫硝。吸收塔一般分為脫硫和脫硝兩部分，一般第一部分脫硫，第二部分脫硝。吸附飽和后的活性焦模塊通過(guò)熱解吸回收得到的二氧化硫用于制取硫酸。在整個(gè)過(guò)程中，進(jìn)口處的二氧化硫濃度越低，脫硝效率就越高；進(jìn)口處二氧化硫濃度增加，氨的消耗量就越大，所以現(xiàn)有的活性焦吸附法工藝一般設(shè)置二級(jí)吸收塔，分別進(jìn)行脫硫和脫硝。目前在太原鋼鐵集團(tuán) 450 m2燒結(jié)機(jī)、日照鋼鐵公司 600 m2燒結(jié)機(jī)均已得到應(yīng)用[4]。通過(guò)實(shí)際的運(yùn)行監(jiān)測(cè)，該工藝運(yùn)行穩(wěn)定，脫硝效率在 80%以上?；钚越姑摿蛎撓豕に囈话愫袩煔馐占?、噴氨、污染物吸附、活性焦再生、活性焦循環(huán)和輸送、硫酸制備等幾個(gè)主要生產(chǎn)系統(tǒng)。
2.2 循環(huán)流化床半干法脫硫 +SCR 脫硝組合工藝
循環(huán)流化床煙氣脫硫凈化技術(shù)工藝流程：含SO2的廢氣進(jìn)行反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)布置脫硫劑，煙氣中的 SO2與脫硫劑發(fā)生反應(yīng)，由于煙氣的反應(yīng)器中流速較快，反應(yīng)器中形成湍流狀態(tài)，使得煙氣和脫硫劑之間的接觸面積很大，反應(yīng)完全，SO2被吸收。在反應(yīng)塔中完成化學(xué)反應(yīng)后，水分被蒸發(fā)，煙氣中夾雜大量脫硫固廢，一般在最后利用布袋除塵器將氣固分離。由于反應(yīng)器中保持適當(dāng)?shù)臏囟?，并在物料紊流作用下，因此反?yīng)器中表面可保持潔凈，無(wú)沉積物。
循環(huán)流化床脫硫工藝一般含有脫硫劑制備、進(jìn)料、煙氣凈化等幾個(gè)主要生產(chǎn)系統(tǒng)。
煙氣脫硫后的溫度為 80 ℃左右，經(jīng)過(guò) GGH 換熱，將煙氣溫度升高至 160~300 ℃，進(jìn)入 SCR 反應(yīng)器進(jìn)行脫硝。SCR 法是在 300 ℃左右、含氧氣氛下，以 NH3作還原劑、V2O5-TiO2-WO3體系為催化劑來(lái)消除尾氣中 NOx。主要化學(xué)反應(yīng)為：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O（1）
6NO2+8NH3→7N2+12H2O （2）
煙氣中的 NOx主要由 NO 和 NO2組成，其中 NO約占 NOx總量的 95%，NO2占 NOx總量的 5%，式（1）是脫硝的主要反應(yīng)方程式，且脫硝反應(yīng)中需要 O2參與反應(yīng)。
2.3 濕法脫硫 +SCR 脫硝組合工藝
濕法脫硫是目前燒結(jié)煙氣應(yīng)用最廣泛的工藝，按照脫硫介質(zhì)的不同，分為氧化鎂法、石灰石-石膏法、氨法等。其工藝類(lèi)似，只是脫硫劑不同。下面以最常見(jiàn)的石灰石-石膏法為例，介紹濕法脫硫工藝原理。石灰石-石膏法以石灰石作為脫硫吸收劑，石灰石首先經(jīng)過(guò)破碎粉磨系統(tǒng)形成粉狀后，與水?dāng)嚢杌旌闲纬晌諠{液。在吸收塔中，煙氣中底部進(jìn)入，頂部噴石灰石漿液，煙氣中的 SO2與碳酸鈣發(fā)生反應(yīng)，并被鼓入的空氣氧化，最終生成反應(yīng)物石膏。吸收塔一般分層設(shè)置，目前常采用三層噴淋，以提高脫硫效率。石灰石-石膏法脫硫工藝一般含煙氣收集、石灰石漿液制備、吸收、石膏處理等幾個(gè)主要生產(chǎn)系統(tǒng)。濕法脫硫+SCR 脫硝組合工藝中脫硝原理與前述 SCR 脫硝原理一致，這里不再贅述。
3 各種脫硫脫硝工藝優(yōu)缺點(diǎn)比較
3.1 活性焦一體化脫硫脫硝工藝
1）該工藝脫硫效率高，同時(shí)具有除塵效果，由于不加入其他輔助原料，因此無(wú)其他廢水、廢渣的產(chǎn)生，不造成二次污染。
2）由于活性焦良好的吸附性能，可協(xié)同處置氟化物、二噁英等其他污染物。利用活性焦的過(guò)濾集塵功能和吸附性能，使煙氣中附著于煙塵上的二噁英、氟化物以及其他污染物質(zhì)在吸附塔內(nèi)被活性焦的過(guò)濾集塵功能捕集，而氣態(tài)的二噁英等污染物被吸附。由于活性焦在解吸過(guò)程中需要被加熱到 400 ℃以上，二噁英在苯環(huán)間的氧基在活性焦催化作用下被裂解，使得煙氣中的二噁英被去除。
3）燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中由于工況不同、原料的不同會(huì)導(dǎo)致煙氣量、溫度以及 SO2體積分?jǐn)?shù)波動(dòng)較大，而活性焦脫硫脫硝工藝對(duì)煙氣的變化具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。
4）資源回收?；钚越雇ㄟ^(guò)再生系統(tǒng)，可將吸附的SO2析出，送制酸系統(tǒng)制成濃硫酸，實(shí)現(xiàn)資源的回收利用。
5）該工藝對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)系統(tǒng)影響較小，且脫硝反應(yīng)溫度在 130 ℃左右，因此不需要對(duì)燒結(jié)煙氣進(jìn)行加熱。燒結(jié)煙氣中含有大量 SO2等酸性氣體，對(duì)設(shè)備的腐蝕要求較高，活性焦吸附系統(tǒng)抗腐蝕能力較強(qiáng)，因此系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。
6）活性焦脫硫脫硝系統(tǒng)一次性投資較高，且由于需要不斷補(bǔ)充活性焦，運(yùn)行成本較高。
3.2 循環(huán)流化床半干法脫硫 +SCR 脫硝組合工藝
循環(huán)流化床半干法脫硫+SCR 脫硝組合工藝具有以下特點(diǎn)：
1）煙氣循環(huán)流化床法脫硫效率高，對(duì)含 SO2體積分?jǐn)?shù)較高的煙氣也有很好的脫硫效果。
2）采用石灰為脫硫劑，分布廣泛，且脫硫劑消耗量小。
3）一次性投資成本較低，且運(yùn)行費(fèi)用較低。
4）SCR 法在運(yùn)行一段時(shí)間后，催化劑需要更換，更換的廢催化劑為危險(xiǎn)固廢，應(yīng)加強(qiáng)管理。
3.3 濕法脫硫 +SCR 脫硝組合工藝
濕法脫硫+SCR 脫硝組合工藝具有以下特點(diǎn)：
1）濕法脫硫應(yīng)用廣泛，工藝成熟。
2）一次性投資成本較低，且運(yùn)行費(fèi)用較低。
3）若采用石灰石-石膏法，后續(xù)石膏產(chǎn)生量較大，會(huì)帶來(lái)后續(xù)石膏綜合利用問(wèn)題。
4）濕法脫硫后的煙氣會(huì)再煙囪口形成霧狀水汽，稱(chēng)為白色煙羽，攜帶有 SO2、SO3、CaSO4、Cl-等污染物，目前已經(jīng)有許多地區(qū)要求濕法脫硫后的煙氣采取“消白”措施，需要增加建設(shè)成本和運(yùn)行成本，并增加能耗。
5）濕法脫硫運(yùn)行過(guò)程中對(duì)設(shè)備的腐蝕較大，建設(shè)過(guò)程中應(yīng)做好脫硫塔的防腐，運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)檢修，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
4 結(jié)論
1）目前我國(guó)的燒結(jié)煙氣治理以脫硫?yàn)橹鳎夹g(shù)成熟。而脫硝處于起步和推廣階段，隨著國(guó)家對(duì)鋼鐵行業(yè)的超低排放要求的實(shí)施，燒結(jié)煙氣脫硝將得以迅速發(fā)展。
2）鋼鐵企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身?xiàng)l件及所在地區(qū)的環(huán)保要求，選擇合適的煙氣治理工藝。如新建燒結(jié)機(jī)，可采用活性焦一體化脫硫脫硝工藝或濕法/半干法脫硫+SCR 脫硝工藝。如在現(xiàn)有脫硫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行環(huán)保提標(biāo)改造，可優(yōu)化現(xiàn)有的脫硫系統(tǒng)，增加 SCR脫硝工藝系統(tǒng)。
3）采用半干法/濕法脫硫脫硝工藝會(huì)產(chǎn)生大量的脫硫副產(chǎn)物，并產(chǎn)生危險(xiǎn)廢物廢催化劑，應(yīng)采取合理的綜合利用途徑或處置措施，避免造成二次污染。
