活性焦脫硫脫硝技術在燒結煙氣中的應用

蔡 亮

中冶華天工程技術有限公司 江蘇 南京 210019

【摘 要】國家法律法規對鋼鐵行業燒結煙氣的排放要求日趨嚴格，根據燒結煙氣的特性，分析活性焦脫硫脫硝技術的技術特點，并與其它脫硫脫硝技術在技術、初投資和運行費用相比較，值得大規模推廣。

【關鍵詞】活性焦；脫硫脫硝；運行費用

隨著我國大氣環境形勢日益嚴峻，大氣污染物控制的環保標準液不斷提高，我國的控制標準已經與歐美發達國家標準看齊，且有部分標準已經高于歐美要求，根據國家環保相關規定，新建燒結廠2012年10月1日起，現有燒結廠2015年1月1日起需執行《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染排放標準》，其燒結煙氣的治理刻不容緩。

一、燒結煙氣的特點

鋼鐵行業燒結過程是一個高溫燃燒條件下的復雜物理化學過程，在高溫燒結過程中產生含有SO2、NOx、HCL、CO2、二噁英等多種污染物和粉塵的廢氣。由于燒結工藝及原料成分和配比的不穩定性，致使煙氣成分復雜，煙氣流量、溫度及污染物濃度大幅度波動，主要有以下幾個特點【1】：

（1）煙氣溫度較低，一般為120℃-180℃；（2）煙氣量波動大，幅度可高達40%以上；（3）SO2濃度變化大，范圍一般在800-1500 mg/Nm3，高的可達2000-4000 mg/Nm3；（4）NOX濃度變化大，范圍在200-450 mg/Nm3；（5）煙氣的含濕量大且不穩定，一般為10%-13%，露點溫度高（65-80℃）；（6）煙氣含氧量高，一般為15%-18%；（7）含有多種污染物，除含有SO2、NOx、粉塵外，還含有二噁英和重金屬。

中科院閆曉淼【2】等人對我國數十臺燒結機煙氣污染物的排放特征進行統計研究，幾乎所有的燒結機都需要安裝90%以上脫硫設備，大約16%的燒結機需要安裝脫硝效率在50%以上的脫硝設備，目前NOx的平均排放濃度224mg/ m3，隨著國家對排放標準的進一步嚴格，大多數的燒結機都將需要安裝脫硝裝置；根據筆者了解，目前不少地方政府和燒結廠已經意識到這個問題的緊迫性，因此對新建的脫硫系統或者脫硫改造工程中已經對NOx排放有相應的規定，要求脫硫脫硝裝置同步建設，且可在滿足NOx排放要求時，只運行脫硫系統。

二、活性焦工藝介紹

（1）、除塵：活性炭的除塵原理：通過碰撞，遮擋以及擴散捕捉效果進行除塵。通常直徑1μm以上的粒子可通過沖撞效果進行捕捉。而不到1μm的粒子要通過遮擋和擴散捕捉效果進行捕捉。

（2）、脫硫：硫氧化物的大部分是二氧化硫（SO2），通過物理吸附以及化學吸附兩種吸附方式進行。

在范德華力以及化學親和力的作用下，SO2由氣相移動至活性炭粒子表面后被捕捉（物理吸附）。然后，在活性炭細孔內被氧化為SO3同時與一同吸附的H2O產生反應，作為H2SO4被捕捉（化學吸附）

① 物理吸附：SO2 → SO2*

② 化學吸附： A、SO2* + 1/2O2* → SO3*

SO3* + nH2O* → H2SO4*（n-1）H2O

*：為活性炭細孔內的吸附狀態。

n：根據廢氣中的水分，SO2濃度，廢氣溫度的不同有所變化，但在通常的溫度下（100～150℃）可認為是②。

B、為促進脫硝反應以及維持活性炭的活性，需要進行加氨，如以下的化學反應。是否作為NH4HSO4*或（NH4）2SO4*被吸附，由NH3與SO2的濃度比所決定。

H2SO4* + NH3 → NH4HSO4*

NH4HSO4 *+ NH3 → （NH4）2SO4*

③ 再生反應

H2SO4→H2O+SO3

NH4HSO4→H2O+SO3+NH3

（NH4）2SO4→H2O+SO3+2NH3

SO3+C-AC→SO2+1/2CO2

3SO3+2NH3→3SO2+3H2O+N2

（3）、脫硝

① SCR反應

活性炭有通常的Ti-V系金屬觸媒同樣的作用，使NO被還原為N2。

NO + NH3 + 1/4O2 → N2 + 3/2H2O

② Non-SCR反應

活性炭再生時會生成還原性物質，表示為C…Red。循環至吸附塔，與廢氣中的NO直接反應還原生成N2。該反應為活性炭特有的脫硝反應，稱為Non-SCR反應。

NO + C…Red → N2

（4）、脫二惡英

二惡英在常溫（100℃）以下均為固體，但在煙氣溫度范圍（100～150℃）內，可作為固體狀，霧狀，或者氣狀存在。其中，固體狀與霧狀的PCDD/F為附著或者吸附在廢氣中灰塵粒子表面的狀態，稱之為灰塵狀PCDD/F。因此，灰塵狀PCDD/F通過活性炭移動層的過濾集塵功能被除去，氣狀PCDD/F通過吸附被除去。

三、活性焦脫硫脫硝工藝流程及特點

（1）、活性焦脫硫脫硝工藝流程

（2）、活性炭（焦）脫硫技術的特點

①只需要一個系統就可以同時高效除去NOx、SOx、重金屬（如Hg、Pb等）和二惡英等，實現了脫除NOx、SOx、重金屬、二惡英和粉塵的一體化。SO2的脫除率可達到95%以上，能去除濕法難以除去的SO3，NOx的脫除率可達到55%以上，重金屬和二惡英的脫除率都可達到90%以上，除塵效率能達到60%以上，而其他如濕法、半干法均無法單獨完成，需新增設備，增加一大筆的投資進行脫硝處理。

②工藝簡單、流程流暢、布局緊湊；

③干式處理工藝，可節省大量水資源，煙囪無明顯水汽外排，而濕法脫硫技術存在大量水汽外排的硬傷，目前無論采用何種除霧設施均無法消除，帶來極壞的社會影響；

④活性炭（焦）解析熱能可利用廠區內高爐煤氣燃燒產生的熱氣；

⑤產出的副產品為一種硫酸鹽或98%濃硫酸，是有效的循環經濟方式，也將是今后煙氣凈化技術的發展方向，這也是其他煙氣凈化技術如濕法、半干法無法比較的優勢；

⑥基本無廢水的產生，無自產固體廢物，因而無二次污染；

⑦煙氣工藝處理前后無需加熱，整體能耗較低，是良好的節能系統；

⑧設備腐蝕性弱，設備維護費用較低，運行維護方便，維護成本低。

四、幾種脫硫脫硝方法的技術、初投資及運行費用比較

（1）、傳統脫硫脫硝技術（Wet-FGD+SCR）：由于現有的燒結工序中沒有適宜于SCR脫硝技術的溫度區間，需對燒結煙氣進行再次加熱，耗費大量能源。若低溫SCR催化劑能有突破性的技術發展，此法將有很大的發展空間。

（2）、循環流化床半干法脫硫+低溫SCR脫硝：與傳統SCR脫硝技術類似，能耗較大，運行費用較高，且脫硫效率較低；

（3）、等離子體法存在設備昂貴、系統裕興和維護工作量大、和運行效率不穩定等問題【3】，大規模工程化暫不成熟。

（4）、活性焦脫硫脫硝技術，技術成熟，已經在太鋼和連云港聯峰鋼廠投入使用，效果良好；初投資較低，國內已投產和在建的活性焦脫硫脫硝項目初投資呈現急劇下降的趨勢，主要是因為技術和設備國產化，國內許多環保公司已經具備一定的技術和專利，尤其是目前鋼鐵價格在低位運行，初投資將降低至一個合理水平；運行費用合理，根據現行活性焦脫硫脫硝設施運行情況，目前噸燒結礦的運行費用約為10-12元/噸，隨著活性焦技術的推廣，活性焦的價格將有進一步的下降空間，且工藝水平和運行水平的提高，總體運行費用也將降低。遠景運行費用約為8-9元/噸，此時，活性焦將和傳統脫硫運行費用接近，將更有競爭力。

五、結語

活性焦（炭）一體化干法煙氣凈化工藝，技術先進，污染治理措施成熟可靠，各主要污染源排出的主要污染物的排放量或排放濃度均達到國家最高排放標準的要求，外排煙氣無白霧。初投資較低，在治理的過程中不產生新的污染物，不僅消除了煙氣中SO2、NOx、二惡英、重金屬等帶來的危害，而且變廢為寶，同時脫硫脫硝的運行費用更低。因此從環境效益、社會效益、經濟效益三者綜合比較，并從長遠環保要求越來越高來看，活性焦（炭）一體化干法煙氣凈化工藝是值得應用和推廣的先進技術。

參考文獻：

[ 1 ] 陳凱華，宋存義，張東輝。燒結煙氣聯合脫硫脫銷工藝的比較[J].燒結球團，2008，5（33）：29-32

[ 2 ] 閆曉淼，李玉然，朱廷鈺，等.鋼鐵燒結煙氣多污染物排放及協同控制概述[J].環境工程技術學報，2015，5（2）85-90

[ 3 ] 柏源，李忠華，薛建明。煙氣同時脫硫脫硝一體化技術研究[J].電力科技與環保，2010，3（26）：8-12