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烧结烟气脱硝工艺探讨

  来源:资源节约与环保 王旭 | 发布时间:2019-06-04

  北斗智库环保管家网讯:研究表明,冶金企业排放的NOx总量在固定发生源中占第二位,仅次于SO2的排放量。其中,烧结机排放的NOx总量约占冶金企业NOx排放总量的50%左右。故对烧结机烟气NOx排放量的控制将有效地降低冶金企业的NOx的排放量。
 
  由于我国环保意识起步较晚,我们对烧结脱硝相关技术的研究认识还不够,随着国家对其环保要求日益严格,对这方面的研究也一定会随之深入。本文首先分析了烧结机烟气的特点,根据这些气体的特点从原理、去除效率和对应的可行性进行对比,希望能够为烧结烟气脱硝工艺的选择提供参考。
 
  随着工业经济的发展,钢铁行业也得到了很大的发展,烧结烟气中含有氮氧化物,它们大量排放到大气中,不仅形成酸雨,破坏臭氧层,还导致温室效应致使全球变暖。要想降低碳氧化物的排放就需要在烧结操作中加入脱销工艺,目前来说主要有四种脱销工艺,各有特点。
 
  1 烧结烟气的特点
 
  烧结机排放的NOx主要源自烧结过程中燃料的燃烧,燃烧过程中产生的氮氧化物主要是NO和NO2,统称为NOx,在低温条件下燃烧还会产生一定量的N2O。燃烧过程中产生的NOx的种类和浓度与烧结配料的燃料情况、烧结温度和空气系数等燃烧条件有密切关系。
 
  一般NO占NOx总量的90%以上,NO2占5%~10%,N2O占1%左右。和其它工业炉窑相比较烧结烟气具有如下特点:
 
  1.1 烟气温度变化大
 
  烟气会因为操作工艺的不同发生较大变化,一般烟气温度在120~180℃。
 
  1.2 含湿量大,露点温度较高
 
  为了能够增加混合料的透气性,混料时我们通常加入适当的水制成小球形状,这使得最终的排放尾气中水分含量较高,一般在10%左右,露点温度在60~80℃[1]。
 
  1.3 含有腐蚀性气体
 
  高炉煤气的点火过程中和混合料的烧结时除了氮氧化物还会产生一些其他有害气体,例如氯化氢、硫氧化物等腐蚀性气体,而且这些气体含氧量比较高。
 
  2 烧结烟气脱硝工艺分析
 
  烟气脱硝技术大致可以分为湿法和干法,目前我国烧结脱硝技术还不是很完善,因此通过借鉴国内外的先进脱硝技术,运用频率较高主要有四种工艺路线,分别是湿法脱硝工艺、臭氧氧化脱硝工艺、选择性催化还原工艺、活性焦工艺,前面两种工艺是属于湿法,后面两种属于干法脱硝[2]。
 
  2.1 湿法脱硝工艺
 
  这项工艺的原理是通过液相氧化-还原吸收来达到脱硝的目的,氧化步骤主要选择具有强氧化性的物质来把一氧化氮氧化成高价态的氮氧化物,一般来说是二氧化氮,吸收步骤主要是利用脱硫产生的亚硫酸盐将高价态的氮氧化物还原吸收,使得其最终通过氮气的形式脱离[3]。
 
  烧结烟气中NO占NOX总量的90%以上,所以脱硝的目的主要就是去除烟气中的NO,而NO对于水的溶解度比较低,如何提高NO在溶液中的溶解度是提高烧结烟气脱硝效率的关键技术。
 
  据美国加州伯克利能源与环境公司劳伦斯实验室David Little John早期研究发现,在SO32-、HSO3-、SO2和水共存的水溶液中,NOX的分压下降,并确认体系中有(ON-SO3)2-生成,并且NOX和HSO3-之间的反应符合准一级反应。
 
  由于烧结烟气中有Fe3+的存在,而Fe3+被发现可以作为一种催化剂和氧化剂能提高NO在溶液中的氧化吸收反应,使NOX和SO2同时处于边吸收边氧化的过程中。反应过程有一定的条件:液相中必须有SO32-、HSO3-存在并且其含量大于一次性的脱硫浓度;烟气中必须有SO2和NOX同时存在;烟气中必须有Fe3+;在湿法吸收塔中烟气与吸收液充分接触并有足够的停留时间。
 
  2.2 臭氧氧化脱硝工艺
 
  这项工艺的原理是通过臭氧作为一种强氧化剂来达到脱硝的目的,烟气中NOx的主要组成是NO,NO难溶于水,反应活性较差。而臭氧作为一种强氧化剂,可以容易的将NO氧化成高价态的NO2、N2O3、N2O5等,且溶于水生成HNO2和HNO3,溶解能力大大进步,从而可与后期的SO2同时被吸收,达到同时脱硫脱硝的目的。臭氧作为一种清洁的强氧化剂,可以快速有效地将NO氧化到高价态的氮氧化物。
 
  低温条件下臭氧与NO的关键反应进行研究。关键反应如下:
 
  
 
  O3对NO按照逐级氧化过程进行,摩尔比(O3/NOx)是指O3与NOx之间摩尔数的比值,它反映了臭氧量相对于NOx量的高低。NOx的氧化率随O3/NOx的升高上升。O3与NO完全反应的摩尔比理论值为1,在0.9≤O3/NO<1的情况下,氧化脱除率可达到85%以上。
 
  工艺特点
 
  (1)技术成熟稳定,臭氧脱硝系统运行可靠性好。
 
  (2)本项目只需对风机烟道进行改造,不会对烧结机进行改造,系统安装简便易行。
 
  (3)完全可以满足烧结机50%-100%BMCR负荷情况下的脱硝要求,保证NOx含量满足排放要求。
 
  (4)臭氧脱硝设备全自动化程度高,系统易于操控,便于操作,工艺经济安全无害。
 
  2.3 SCR工艺
 
  SCR为选择性催化还原技术。其操作工艺是在催化剂作用下,在烧结烟气中喷入氨,并产生反应。选择性催化还原法的脱硝效率是比较高的,最高可以达到90%,目前主要应用在日本、德国、北欧等国家与地区的燃煤电厂。脱硝反应的产物是氮气和水。SCR催化剂分为高温催化剂和低温催化剂,其对应的反应温度窗口为270~400℃和200~260℃。选用条件主要是依照烟气的SO2浓度,在反应温度较低时,由于亚硫酸氢铵在催化剂表面凝结堵塞催化剂的微孔而导致催化剂的活性降低甚至导致催化剂中毒。
 
  选择性催化还原技术(SCR)的整体运行性较为稳定,可以依照环保标准运行。对于选择性催化还原技术(SCR)的投资比较高,而且脱硝效率的高低与投资造价有之间关系。
 
  选择性催化还原技术(SCR)应用在烧结机烟气时,可以有两种工艺供选取。其一,要先进行烟气脱硝再脱硝的工艺,在加热装置中的烧结烟气加热至300℃,随后用选择性催化还原技术脱硝,随后利用换热装置进行降温,烟气达到降温要求后,利用脱硝装置进行净化,从烟囱中排出。
 
  其二,先利用半干法对烧结烟气脱硫,在SO2低于30mg/m3后,在利用加热装置加热至200℃,然后进行选择性催化还原技术进行脱硝,随后用换热装置回收余热,用烟囱将净化的烟气排出。去年9月份上海宝钢集团的4#烧结机即选用上述的第二种工艺。
 
  2.4 活性焦工艺
 
  (1)变温吸附性能,在低温时吸附气体中SOX(SO2、SO3),吸附态的SO2在烟气中氧气和水蒸气存在的条件下被氧化为H2SO4,并被储存在活性焦孔隙内。再进行高温解吸将活性焦所吸附的H2SO4与活性焦反应还原为SO2,同时硫酸铵会受热发生分解,SO2回收利用,活性焦恢复吸附性能后可循环使用。活性焦的加热再生反应相当于对活性焦进行再次活化,活性焦的吸附和催化活性不但不会降低,还会有一定程度的提高;(2)活性焦还具有催化活性,通过向烟气中喷入氨后,在活性焦的吸附、催化作用下氨与NOX(NO、NO2)发生选择性催化还原反应生成氮气和水,可大幅度降低烟气中NOX含量,实现烟气高效脱硝;2.5 四种工艺比较
 
  这四种工艺总的来说各有优缺点,其中湿法脱销工艺的优点是可以将二氧化硫和氮氧化物都脱除,工艺相对来说简单,设备运行费用比较低,维护起来也比较简单,但缺点是会产生废水,而且这项技术使用时间还比较短,具体工艺还有待考察;SCR工艺的优点是这项技术相对来说比较成熟,还原剂使用量较低,缺点是需要预热烟气耗能高;臭氧氧化工艺优点是脱硝效率高,工艺简单投资成本低,缺点是耗电量大;活性炭工艺优点是可以同时脱除多种有害物质,而且不需要处理废水但缺点是投资高,运行费用大。这些工艺在进行选择时还是要从具体项目需要出发。
 
  结语
 
  烧结脱硝刚刚起步,无论是脱硝效率还是相关特点,四种工艺各有不同,在进行选择时要根据各自的企业特点进行分析选择。综合上述内容来看,湿法脱硝工艺的投资成本比较低,因此前景相对来说也更加广阔,但是具体的效果还需要进一步的研究。
 
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关键词: 烟气脱硝   环保技术   环保管家  

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