烧结烟气脱硫脱硝一体化技术分析
2021-05-24
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1.烧结烟气的特性
钢铁冶金行业的SO2，NOx以及其他大气污染物的排放主要来自于前期的烧结工序，其中烧结烟气中的SO2的排放总量占整个钢铁行业排放总量的90%左右。虽然电厂的烟气脱硫、脱硝工艺研究的较为深入，实际应用经验有了较好的积累，可以为钢铁冶金行业提供一定的借鉴和支持，但是冶金行业的烧结烟气与电厂锅炉烟气产生过程是不同的，因此，冶金行业烟气治理不能照搬电厂模式。烧结烟气是在将置于烧结台车上的各种粉状含铁原料、燃料和熔剂点火熔化、高温烧结成型过程中所产生的含有多种污染成分的气体，它与电厂烟气相比具有许多自身的特点：
(1)烟气量大、变化大
由于漏风率高(40%~50%)和固体料循环率高，有相当一部分空气没有通过烧结料层，使烧结烟气量大大增加，每产生一吨烧结矿大约产生4000~6000m3烟气。由于烧结料透气性的差异及铺料不均等原因，造成烧结烟气系统的阻力变化较大，最终导致烟气量变化大，变化幅度可高达40%以上。
(2)二氧化硫浓度变化大
随着原燃料供需矛盾的不断变化和钢铁企业追求成本的最低化，钢铁企业所使用的原燃料的产地、品种变化很大，由此造成其质量、成分(包括含硫率)等的差异波动很大，使得烧结生产最终产生的二氧化硫的浓度变化范围较大，从数百到5000mg/Nm3以上。
(3)烟气成分复杂
由于使用铁矿石为原料，因此烧结烟气的成分相对比较复杂，除二氧化硫和微细烟尘外，还含有氮氧化物、氯化氢、氟化氢、多环芳烃(PAH)等气态污染物，烟尘中可能还含有重金属等。烧结生产所排放的二恶英仅次于垃圾焚烧炉，排第二位。
(4)烟气温度变化范围大
随着生产工艺的变化，烧结烟气的温度变化范围一般在120~180℃，但有些钢厂从节约能源消耗、降低运行成本考虑，采用低温烧结技术后，使烧结烟气的温度大幅下降，可低至80℃左右。
(5)含氧量与含湿量高
为了提高烧结混合料的透气性，混合料在烧结前必须加适量的水制成小球，因此烧结烟气的含湿量较大，可达到7%~13%。含氧量一般为15%~18%。
由于烧结烟气成分复杂，含尘量高，烟气变化波动大的特殊性，使得电厂目前使用的SCR脱硝技术不适用于烧结烟气的治理工作，因此也使得烧结烟气脱硝更困难，必须针对其自身的特点，进行综合考虑，开发适合烧结烟气治理的技术路线。
2.工业烟气脱硫脱硝一体化脱除技术简介
随着国家环保法规的逐渐严格，对工业烟气脱硫以后，对其再进行脱硝和其他多污染物脱除是种必然趋势。而如果采取分级治理方式，即针对不同污染物加装不同的去除装置(如火电厂先用SCR装置脱硝，再用湿式洗涤塔脱硫)显然是不合理的，因为这种分级治理的方式存在投资、运行费用高、占地面积大和烟气系统复杂等缺点。而如果能够仅在同一个烟气治理设备中，将SO2，NOx，甚至包括二噁英以及其他重金属等污染物全部同时脱除，就避免了上述分级治理的缺点。因此，开发经济高效、简单可靠的脱硫脱硝一体化技术对我国工业烟气治理有着极为重要的意义。
烟气脱硫脱硝一体化技术可以笼统的分为干法和湿法两大类，随着该技术越来越受到重视，近年来，一些新近研究出的烟气同时脱硫脱硝的新技术和新思路使得此工艺有了更高的实用价值和科学价值，下面按干湿范畴，分类做简要介绍。
2.1湿法烟气同时脱硫脱硝技术进展
由于湿式吸收法工艺和基本原理都较为简单，可在一套设备中同时脱除烟气中的NOx和SO2，并且不存在催化剂中毒、失活等问题，因此具有较好的应用前景[5]根据吸收原理不同，可将湿式吸收法同时脱硫脱氮技术主要分为氧化吸收法、络合吸收法和还原吸收法三大类。
2.1.1氧化吸收法
氧化吸收法是将烟气先通过强氧化性环境，将NO转化为NOx，进而再将NOx与H2O反应生成NO3-，再用碱性溶液吸收。因为将NO转换为NOx的难度较大，因此此类方法氧化剂的选择和制备是研究核心，目前研究较多的氧化剂有HClO3或NaClO2、O3、H2O2和KMnO4等，其中因为H2O2无毒无二次污染，所以对其的研究较多。同时实验证明，H2O2与紫外光协同作用时，其脱硫脱硝性能远远好于单一的H2O2氧化。氧化吸收工艺的同时脱除效率较高，一般此方法获得的脱硫效率可到达98%左右，脱硝效率在80%左右。但是因为以上列出的强氧化剂的造价和运输安全等问题的原因，在开发出新型廉价的氧化添加剂之前，该工艺难以推广应用。
钢铁冶金行业的SO2，NOx以及其他大气污染物的排放主要来自于前期的烧结工序，其中烧结烟气中的SO2的排放总量占整个钢铁行业排放总量的90%左右。虽然电厂的烟气脱硫、脱硝工艺研究的较为深入，实际应用经验有了较好的积累，可以为钢铁冶金行业提供一定的借鉴和支持，但是冶金行业的烧结烟气与电厂锅炉烟气产生过程是不同的，因此，冶金行业烟气治理不能照搬电厂模式。烧结烟气是在将置于烧结台车上的各种粉状含铁原料、燃料和熔剂点火熔化、高温烧结成型过程中所产生的含有多种污染成分的气体，它与电厂烟气相比具有许多自身的特点：
(1)烟气量大、变化大
由于漏风率高(40%~50%)和固体料循环率高，有相当一部分空气没有通过烧结料层，使烧结烟气量大大增加，每产生一吨烧结矿大约产生4000~6000m3烟气。由于烧结料透气性的差异及铺料不均等原因，造成烧结烟气系统的阻力变化较大，最终导致烟气量变化大，变化幅度可高达40%以上。
(2)二氧化硫浓度变化大
随着原燃料供需矛盾的不断变化和钢铁企业追求成本的最低化，钢铁企业所使用的原燃料的产地、品种变化很大，由此造成其质量、成分(包括含硫率)等的差异波动很大，使得烧结生产最终产生的二氧化硫的浓度变化范围较大，从数百到5000mg/Nm3以上。
(3)烟气成分复杂
由于使用铁矿石为原料，因此烧结烟气的成分相对比较复杂，除二氧化硫和微细烟尘外，还含有氮氧化物、氯化氢、氟化氢、多环芳烃(PAH)等气态污染物，烟尘中可能还含有重金属等。烧结生产所排放的二恶英仅次于垃圾焚烧炉，排第二位。
(4)烟气温度变化范围大
随着生产工艺的变化，烧结烟气的温度变化范围一般在120~180℃，但有些钢厂从节约能源消耗、降低运行成本考虑，采用低温烧结技术后，使烧结烟气的温度大幅下降，可低至80℃左右。
(5)含氧量与含湿量高
为了提高烧结混合料的透气性，混合料在烧结前必须加适量的水制成小球，因此烧结烟气的含湿量较大，可达到7%~13%。含氧量一般为15%~18%。
由于烧结烟气成分复杂，含尘量高，烟气变化波动大的特殊性，使得电厂目前使用的SCR脱硝技术不适用于烧结烟气的治理工作，因此也使得烧结烟气脱硝更困难，必须针对其自身的特点，进行综合考虑，开发适合烧结烟气治理的技术路线。
2.工业烟气脱硫脱硝一体化脱除技术简介
随着国家环保法规的逐渐严格，对工业烟气脱硫以后，对其再进行脱硝和其他多污染物脱除是种必然趋势。而如果采取分级治理方式，即针对不同污染物加装不同的去除装置(如火电厂先用SCR装置脱硝，再用湿式洗涤塔脱硫)显然是不合理的，因为这种分级治理的方式存在投资、运行费用高、占地面积大和烟气系统复杂等缺点。而如果能够仅在同一个烟气治理设备中，将SO2，NOx，甚至包括二噁英以及其他重金属等污染物全部同时脱除，就避免了上述分级治理的缺点。因此，开发经济高效、简单可靠的脱硫脱硝一体化技术对我国工业烟气治理有着极为重要的意义。
烟气脱硫脱硝一体化技术可以笼统的分为干法和湿法两大类，随着该技术越来越受到重视，近年来，一些新近研究出的烟气同时脱硫脱硝的新技术和新思路使得此工艺有了更高的实用价值和科学价值，下面按干湿范畴，分类做简要介绍。
2.1湿法烟气同时脱硫脱硝技术进展
由于湿式吸收法工艺和基本原理都较为简单，可在一套设备中同时脱除烟气中的NOx和SO2，并且不存在催化剂中毒、失活等问题，因此具有较好的应用前景[5]根据吸收原理不同，可将湿式吸收法同时脱硫脱氮技术主要分为氧化吸收法、络合吸收法和还原吸收法三大类。
2.1.1氧化吸收法
氧化吸收法是将烟气先通过强氧化性环境，将NO转化为NOx，进而再将NOx与H2O反应生成NO3-，再用碱性溶液吸收。因为将NO转换为NOx的难度较大，因此此类方法氧化剂的选择和制备是研究核心，目前研究较多的氧化剂有HClO3或NaClO2、O3、H2O2和KMnO4等，其中因为H2O2无毒无二次污染，所以对其的研究较多。同时实验证明，H2O2与紫外光协同作用时，其脱硫脱硝性能远远好于单一的H2O2氧化。氧化吸收工艺的同时脱除效率较高，一般此方法获得的脱硫效率可到达98%左右，脱硝效率在80%左右。但是因为以上列出的强氧化剂的造价和运输安全等问题的原因，在开发出新型廉价的氧化添加剂之前，该工艺难以推广应用。
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