烧结烟气脱硝技术的探讨

烧结烟气脱硝技术的探讨

大多数的工业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，

破化臭氧层，并造成温室效应导致全球变暖。钢铁行业作为国家工业的一个重要

部分，国家对其环保要求也日益严格。研究表明，钢铁厂中各种设备放出的NO

x

总量在固定发生源中占第二位，仅次于SO

2的排放量。其中，烧结生产过程NO

x

排放量约占钢铁厂NO

x 排放总量的一半左右。因此，对烧结烟气NO

x

排放量的严

格控制，可有效降低钢厂的NO

x

的排放量。

烧结过程中的NO

x

主要来源于烧结过程中燃料的燃烧。烧结生产中的燃料分

为点火燃料和烧结燃料两种。燃料燃烧都会产生一定的氮氧化物，表1是中国工

业部门各燃料类型的NO

x

排放因子。

表1 中国工业部门各燃料类型的NO

x

排放因子

一般情况下，燃烧过程中产生的氮氧化物主要是NO和NO

2

，这二者统称为N

O x ，在低温条件下燃烧还会产生一定量的N

2

O。燃烧过程中产生的NO

x

的种类和数

量除了与燃料性质相关外，还与燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件密切相关。

在通常的燃烧温度下，煤燃烧产生的NO

x 中NO占90%以上，NO

2

占5%-10%，N

2

O

占1%左右。

目前，根据《钢铁工业大气排放标准》（征求意见稿），钢铁企业烧结烟气NO

x

的排放标准如下：

表2 钢铁工业烧结烟气NO

x

排放标准

对于工业烟气中NO

x

的处理，燃煤电厂最主要的处理工艺有SCR，SNCR以及脱硫脱硝一体化技术等。下面我们就国内外几种主流的烟气脱硝技术进行介绍，以寻求最适合钢厂脱硝的技术。

1 几种主流烟气脱硝技术介绍

目前，相对较成熟烟气脱硝技术主要有选择性催化还原技术（SCR）和选择性非催化还原技术（SNCR）。此外，还有一些湿法脱除氮氧化物的技术。

1.1选择性非催化还原技术（SNCR）

选择性非催化还原技术是用NH

3、氨水、尿素等还原剂喷入燃烧室内与NO

x

进行选择性反应，不用催化剂，因此必须在高温区加入还原剂。还原剂喷入燃烧室温度为850℃-1100℃的区域，该还原剂（尿素）迅速热分解成NH

3

并与烟气中

的NO

x 进行SNCR反应生成N

2

，该方法是以燃烧室为反应器。

NH

3或尿素还原NO

x

的主要反应为：

4NH

3

+4NO+O

2

→4N

2

+6H

2

O （NH

3

）

2NO+CO（NH

2

）

2

+1/2O

2

→2N

2

+CO

2

+2H

2

O （尿素）

SNCR烟气脱硝技术的脱硝效率一般为30%-40%。该技术的工业应用是在20

世纪70年代中期日本的一些燃油、燃气电厂开始的，欧盟国家从80年代末一些燃煤电厂也开始SNCR技术的工业应用。美国的SNCR技术在燃煤电厂的工业应用是在90年代初开始的，目前世界上燃煤电厂SNCR工艺的总装机容量在5GW以上。由于SNCR工艺需要的反应温度太高（850℃-1100℃），因此该技术不适用于钢厂烧结烟气脱硝。

1.2 选择性催化还原技术（SCR）

从技术的成熟性角度来说，选择性催化还原法（SCR）由于具有较高的脱硝效率（最高可达90%），目前在日本、德国、北欧等国家和地区的燃煤电厂得到广泛应用。在我国，越来越多的燃煤电厂已认可并开始广泛使用该技术，且效果良好。考虑到钢厂烧结烟气的实际状况（烟气量波动大、含湿量高、粉尘成分复杂）与燃煤锅炉烟气的不同，只有在燃煤电厂中使用的烟气脱硫脱硝技术成熟，同时，我们也需要在设计时结合钢厂烧结烟气的实际状况来进行优化设计，在钢厂烧结烟气的处理中才有可能使用成功。

在SCR工艺中，将氨喷入烧结烟气中，在催化剂的作用下发生反应。喷氨量与N

O x 入口浓度及NO

x

的脱除效率有关。设计的技术参数一定要令喷氨量满足脱除NO

x

的需要，同时不会产生大量的氨气泄漏。主要的化学反应方程式如下：

烟气中的NO

x 主要由NO和NO

2

组成，其中NO约占NO

x

总量的95%，NO

2

约占NO

x

总量的5%。因此，化学反应方程式（1）被认为是脱硝反应的主要反应方程式，

它的反应特性为：①NH

3和NO的反应摩尔比为1；②脱硝反应中需要O

2

参与反应；

③典型的反应温度窗口为320℃-400℃。

脱硝反应的产物是氮气和水。为了使脱硝反应得以进行，需要持续不断的氧气供应，而氧气可以用来自钢厂烧结机的烧结烟气。

SCR技术需要的反应温度窗口为320℃-450℃。在反应温度较高时，催化剂会产生烧结及（或）结晶现象；在反应温度较低时，催化剂的活性会因为硫酸铵在催化剂表面凝结堵塞催化剂的微孔而降低。

SCR的一次性投资较高，根据脱硝效率的不同要求，投资费用存在一定的差别。一般来说，在脱硝效率为75%时，SCR催化剂需要布置两层；当脱硝效率要求在50%以下时，一层催化剂即可满足脱硝要求。催化剂占整个SCR脱硝系统的投资比例达到30%-40%。我们可依据钢厂烧结烟气的实际状况，确定最终的脱硝效率，以便设计和布置相应的催化剂层数，达到最大的节省投资和运行成本。S CR系统的最大优点是脱硝效率高，系统运行稳定，可以满足严格的环保标准。

氧化吸收，此外，烟气脱硝技术还有臭氧氧化吸收法、高锰酸钾氧化吸收法、ClO

2

电子束法等，但目前还处于试验室阶段，未有成熟的工业应用。

2 对不同时段钢厂烧结项目烟气脱硝技术的应用探讨

2.1 已建烧结脱硫项目的烟气脱硝技术应用

对于已经建好烧结脱硫项目的钢厂，笔者认为应采取以下措施进行烧结烟气脱硝：

1）当钢厂烧结机采用半干法烟气脱硫工艺时，如循环流化床脱硫工艺或NID半干法脱硫工艺等，在喷入CaO或熟石灰的同时也喷入相应的活性炭（焦）或褐煤等脱硝剂。该工艺可达到一定的脱硝效率。但脱硝效率较低，面对NO

量较高的

x

烟气处理效果不明显。目前，国内对烧结烟气半干法脱硝工艺还处于试验阶段。2）当钢厂烧结机采用湿法烟气脱硫工艺时，如石灰（石）-石膏法脱硫工艺或氨法脱硫工艺等，应于烧结机机头主抽风机后对烟气升温（350℃左右），接着采用SCR工艺对烟气进行脱硝，脱硝后的烟气采用换热利用技术降温后，进行湿法烟气脱硫。该方案一次性投资较大，运行成本高，但是由于其单个工艺成熟、脱硫脱硝效率高。工艺路线如下：

工艺路线1：将烟气脱硝工艺置于脱硫工艺之前，烧结烟气经加热装置升温，先进行SCR技术脱硝，然后用换热装置（可用余热锅炉回收，用于发电；也可采用其他换热装置）进行降温处理，出来的烟气经脱硫装置净化后，从烟囱排出。

工艺路线2：将烟气脱硝工艺置于脱硫工艺之后，烧结烟气先经过脱硫后，通过加热装置升温到350℃左右进行脱硝，然后用换热装置（可用余热锅炉回收，用于发电；也可采用其他换热装置）进行降温处理，净化后烟气经烟囱排出。

通过以上工艺线路的比较，笔者认为工艺线路1的布置方式更为合理。因为，工艺线路1，经脱硝处理后的烟气对后续的脱硫工艺没有任何影响。而工艺线路2由于先进行脱硫，则烟气温度大幅度降低，经加热装置升温达350℃左右后，方能进行脱硝处理。因此，工艺线路2能源消耗较大，增加了运行成本。