摘要：简要介绍了国内钢铁企业烧结烟气的脱硫脱硝现状及最新进展，对主要的脱硫脱硝技术进行了综合分析，并对烧结烟气的脱硫脱硝工艺提出了建议和展望。
关键词：烧结；烟气脱硫；脱硝；技术
1.背景环境
近几年我国钢铁企业对于烟气粉尘治理方面取得了较为显著的成效，但对于烟气中有害气体成分的治理进展较为缓慢，大部分钢铁企业尚未采取较为合适的治理措施。钢铁企业排入大气中SO2 的90 %、NOx 的48 %来自烧结厂[1]。因此，烧结厂成为了钢铁企业环境治理的重中之重。
2.脱硫技术
烧结尾气中SO2的控制方法有三种：吸收、吸附和使用低硫原燃料。使用低硫燃料属于燃烧前控制方法，对于烧结物料选择的要求较为重要。而在实际生产中，排除原燃料的控硫措施，燃烧后的控制方法运用的更为普遍。吸收法作为目前工业脱硫较为广泛运用的方法，可以根据脱硫产物的形态分为湿法、干法和半干法三类[2]。
2.1湿法脱硫
在烧结烟气处理中应用比较广泛的湿法脱硫工艺有钙法和镁法。钙法具有代表性的脱硫工艺为石灰-石膏法。石灰-石膏法是应用于烧结烟气脱硫领域最广泛的方法，脱硫效率高达95 %以上，烟气中的SO2 通过吸收塔中喷淋的石灰石浆液发生吸收反应，其副产品石膏可回收利用。而镁法脱硫的主体工艺与钙法相似，只是在脱硫剂原料选取中选用的不是CaO，而是MgO。镁法脱硫较钙法脱硫相比，在脱硫过程中不易发生设备堵塞和结垢是其最为明显的优势。但针对我国内矿产资源的分布，镁矿相对于石灰储量较低，脱硫剂原料成本偏高，使镁法脱硫在国内的广泛运用受到限制。
2.2干法脱硫
干法和半干法脱硫以循环流化床和旋转喷雾法作为代表。该方法的关键在于石灰消化处理技术，在一体化的增湿器中加水增湿，使循环灰的水分含量从2 %增加到5 %，然后以流化风为动力，借助烟道负压进入截面为矩形的脱硫反应器。这两种方法都存在副产物难以回收利用的问题，国外有研究人员将该脱硫灰喷入高炉处理，但对铁水成分的影响还有待验证。
3.脱硝技术
发达国家对NOx 污染的研究起步较早，已有相应的控制技术在工业上得到应用。日本和欧洲普遍采用选择性催化还原系统（SCR），其氮氧化物去除率达60 %～80 %。美国则采用选择非催化还原系统（SNCR）的改进系统，使氮氧化物去除率提高到80%[3]。
3.1选择性催化还原法
选择性催化还原法烧结废气脱硝技术是20世纪70 年代在日本发展起来的。在含氧气氛下，还原剂优先与废气中NOx 反应的催化过程称为选择性催化还原。以NH3 作还原剂、V2O5-TiO2-WO3 体系为催化剂来消除尾气中NOx 的工艺已比较成熟，是目前唯一能在氧化气氛下脱除NOx 的实用方法。SCR 的化学反应主要是NH3 在一定温度和催化剂的作用下，把烟气中的NOx 还原为N2，同时生成水。催化的作用是降低NOx 分解反应的活化能，使其反应温度降低至150～450 ℃。催化剂的外表面积和微孔特性在很大程度上决定了催化剂的反应活性。该法的NOx 脱除率可达70 %。烧结烟气一般温度不能达到SCR的反应温度区间，一般需要将烧结烟气进行加热，致使脱硝成本显著增加。由于温度限制的原因，该方法在国内大陆尚无成功运用的案例。同时，对于选择性催化还原低温催化剂的研发，也是目前该工艺的主要研究方向。
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3.2选择性非催化还原法
选择性非催化还原法也是一项比较成熟的技术，1974 年在日本首次投入商业应用。SNCR法是在900～1100℃，无催化剂存在的条件下，利用氨或尿素等氨基还原剂选择性地将烟气中的NOx还原为N2和H2O，而基本上不与烟气中的氧气作用。选择适宜的温度区间在SNCR 法的应用中是至关重要的，对于氨的最佳反应温度区间为870～1100 ℃，而尿素的最佳反应温度区间为900～1150 ℃。与SCR法所面临的问题相同，对于反应温度的要求更高。目前有学者提出，通过焦炉煤气将烧结烟气进行加热至900℃，通过SNCR将氮氧化物还原为氮气，反应后的烟气由于温度较高，后置热量回收发电技术，将脱硝成本进一步降低。
3.3臭氧法
臭氧法是通过高压放电产生的臭氧通入至脱硫塔前的烟气管道中，臭氧经过特定的气流分布装置，与烧结烟气进行充分的混合，使臭氧与烟气中的氮氧化物进行反应，其中最主要的使与NO氧化反应。通过一系列的氧化还原反应，将烟气中的氮氧化物转化成N2O5。N2O5。进入后置的脱硫塔内进行吸收，最终转换成硝酸盐，使烧结烟气中的氮氧化物得以去除。该方法的脱硝效率大约在60-70%左右，由于产生的臭氧对设备和管道具有较为严重的腐蚀作用，在实际应用中对设备管道的材质要求具有一定的防腐能力，且对于臭氧的通入量有严格的控制要求。
4.同时脱硫脱硝技术
脱硫脱硝一体化工艺则结构紧凑，投资和运行费用低。为了降低烟气净化的费用，从20世纪80 年代开始，国外对联合脱硫脱硝技术的研究开发很活跃，具有实用价值的方法有活性炭法、NOXSO、SNRB、电子束法等。目前，在烧结尾气脱硫上获得应用的只有活性炭法。活性炭法是设置有两个移动床，在一个床中以活性炭吸收SO2，另一个床中用活性炭作催化剂，通过喷氨使NOx 转变为N2。在烟气中有氧和水蒸气的条件下，脱硫反应在脱硫床中进行，使SO2 转变为H2SO4；在脱NOx 床中加入NH3 使NO、NO2 转变为N2 和水。在再生阶段，饱和态的活性炭被送入再生器中加热到400℃，解吸出浓缩后的SO2 气体，每摩尔的再生活性炭可解吸出2 摩尔的SO2。再生后的活性炭送回反应器中循环，而浓缩后的SO2 在用冶金焦炭作还原剂的反应器中被转化为硫元素[4]。
近年来，日本、德国和美国相继开展了用综合强度较高、比表面积较小的活性焦作为吸收剂的研究，降低了损耗，取得了比活性炭更好的效果。日本三井矿业公司开发的移动床活性焦同时脱硫脱硝工艺在住友金属工业公司的两台烧结机上建成，可达到脱硫99.9 %以上，脱硝80 %以上的效果。其排水很少，基本不需要排水处理。副产品为99.95 %以上高纯硫磺和98 %的浓硫酸，具有较高的利用价值。
但对于活性炭法，其工艺流程较为复杂，安全性要求严格，O/I控制点数量极大，故障率偏高，投资及运行成本加大。针对以上缺点，对于活性炭法工艺的研究主要集中于活性炭的改性以及流程简化方面的研究。
5.结语
目前，缺乏适合烧结烟气整体脱硫脱硝的成熟技术，是我国烧结烟气精华发展的主要障碍。我们需要在已有的火电烟气净化技术基础上，将烟气净化技术与烧结工艺有机结合，选择有针对性的方法，力争投资少，运行成本低，有效减少SO2和NOx的排放。
随着钢铁工业的飞速发展和环保政策的逐步落实，必将促进烧结烟气脱硫脱硝市场日益繁荣。尽管当前国内所上的烧结烟气脱硫脱硝装置运行稳定性和适宜性有待进一步验证，但这些事实表明，我国钢铁企业烧结烟气的脱硫脱硝应用在稳步向前推进。硫脱硝技术发展必须继续进行，结合实际深入研究，切实挖掘核心技术，只有这样才有可能彻底的控制空气质量的恶化，为我国环境污染控制工程做出贡献。
参考文献：
[1]李光强，朱诚意.钢铁冶金的环保与节能[M].北京：冶金工业出版社，2006.80 ～ 83
[2]龚俊杰，郁文飞.有关烧结烟气联合脱硫脱硝工艺的比较与探讨[J].科技风，2013（03）：34.
论文作者:赵彬
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/6
标签：烟气论文; 活性炭论文; 选择性论文; 方法论文; 技术论文; 臭氧论文; 温度论文; 《基层建设》2017年第24期论文;