烧结烟气脱硝超低排放技术的探讨

烧结烟气脱硝超低排放技术的探讨

曾广平

杭州科元环保科技有限公司  310000

摘要：目前常见烧结机头烟气脱硝的工艺有中高温SCR、中低温SCR、氧化法和活性炭一体化脱硫脱硝等。2018年5月7日，生态环境部办公厅发布关于征求《钢铁企业超低排放改造工作方案(征求意见稿)》明确:烧结机头烟气、球团焙烧烟气在基准含氧量16%条件下，颗粒物小时均值排放质量浓度≤10mg/m3、二氧化硫小时均值排放质量浓度≤35mg/m3、氮氧化物小时均值排放质量浓度≤50mg/m3。同时，各地方相继出台更为严格的地方排放标准及处罚措施，钢铁企业烧结机机头烟气脱硝迫在眉睫，而选择企业最合适的脱硝技术路线至关重要。

关键词：烧结；烟气脱硝；超低排放技术

引言

我国是产煤大国，煤炭作为重要的能源资源，在投入使用的过程中，不可避免地会产生有害的尾气，对环境造成严重的影响。火电厂作为煤炭使用的“主力军”，燃煤产生的氮氧化物(NOX)是大气的主要污染源，超量的排放不但会造成酸雨的形成，也会产生光化学烟雾，严重危害生态环境和人类健康。近年来，我国坚持走可持续发展路线，对环境质量提出了更高的要求，相继出台了一系列环保政策，明确规定了火电厂NOX的排放标准，这无疑对火电厂的烟气脱硝技术提出了更大的挑战，烟气脱硝水平亟待提高。

1.烟气脱硝实验台简介

烟气脱硝实验台为自主建设的中试平台，测试内容包括SCR反应器进出口污染物浓度测试、SCR出口氨逃逸测试和SCR反应器优化运行和脱硝效率的影响因素，使用的主要仪器包括烟气分析仪、氨逃逸测试仪、热电偶、风速仪、粉尘粒度仪、毕托管和压力表等。选择性催化还原法(SCR)烟气脱硝技术是一种成熟的NOx控制处理方法。这种方法是指在有氧条件下且合适的温度范围内，用还原剂NH3在催化剂的作用下将NOx有选择性地还原为氮气和水。烟气脱硝实验台先后开设烟气中污染物监测、选择性催化还原烟气脱硝技术(SCR)流场优化、氨逃逸测试等测试项目。主要以培养具有良好人文、科学素质和社会责任感，学科基础扎实，具有自我学习能力、创新精神和创新能力的一流人才为己任。大气污染主要来源是工业污染源排出的废气，其中烟道气造成的危害极为严重，因此，烟道状态参数的测定是大气污染源监测的基本工作，其中烟气的温度、压力和含湿量是计算烟气流速、流量等烟气参数的主要参数，因而在工艺生产过程中准确获取NOx等污染性气体浓度分布和验证烟气脱硝装置的功效等方面起到了重要的作用。

2.烟气脱硝排放技术

2.1活性炭法

技术原理与工艺路线，为烧结机烟气脱硝工艺流程(活性炭法)，由于活性炭独具的微孔结构特性及巨大的比表面积，在活性炭吸收塔固定或移动的床层中，利用活性炭物理吸附和化学作用处理烟气中的SO2、NOX，并用NH3还原吸附的NOX，生成N2和H2O，实现烟气脱硫脱硝的功能。(1)由于活性炭具有独特的微孔结构和表面化学特性，在非极性、疏水性、化学稳定性和热稳定性方面较好，在催化能力、负载性能和还原性方面能力较强;(2)可实现SO2、NOX和粉尘的一体化去除，工艺简单;(3)在脱硝过程中，能协同处理碳氢化合物，如二噁英、金属如水银及其它有毒物质;(4)具有广泛来源的吸附剂。

2.2催化剂

脱硝反应温度约达1000℃，这给电厂提供反应条件带来了较大的难度，使用催化剂可以极大地提高催化反应的效能，降低反应温度。目前火电厂大多选择活性较高的五氧化二钒(V2O5)为主要催化剂，二氧化锑(TiO2)作为载体。为了达到催化剂的反应温度，火电厂选用了高灰、高尘布置工艺，SCＲ反应器安装在省煤器和空预器之间，这样从省煤器出来的温度能达到催化剂的反应温度(约350℃)，无需添加加热装置。但是锅炉尾部出来的空气带有很多杂质、悬浮物以及金属元素，不但会影响催化剂的活性，也给SCＲ反应器带来了安全隐患。另外，由于反应温度较高会导致催化剂失活，因此要定期对催化剂进行活性检测，对假性失活的情况应及时进行恢复。相关科研人员也要加大对催化剂的开发研究，研制低温催化剂。我国的SCＲ烟气脱硝技术虽然已经相对成熟，但对于严格的NOX排放标准，脱硝效率有待进一步提高。加大科研投入，攻克一系列难题，不仅对环境的保护有着极大的促进作用，也对电厂经济效益的提高具有重大意义。

2.3SNCR（还原剂为氨或者尿素）工艺

选择性非催化还原技术是将还原剂（NH3）直接喷入炉膛内，与烟气中的NOx发生SNCR反应，生成N2。由于反应过程不存在催化剂，因此炉膛温度必须为850～1000℃。技术优点：造价低；系统简单，不需要对原机组进行大规模改造；运行费用低。技术缺点：脱硝效率较低，通常为20%～40%，无法应用在对排放要求较高的场合；常用还原剂为液氨或氨水，属于重大危险源，对运输及储存的要求特别高，存在安全隐患；NH3逃逸率较高，不仅会污染大气，还会与烟气中的SO2反应生成硫酸氢氨，造成空预器的变化腐蚀和堵塞；在机组变负荷运行时效率不稳定；容易造成喷嘴附近水冷壁的腐蚀。SNCR脱硝工艺工程业绩比较多，投资低、运行成本低，但氨逃逸高，容易造成空预器的腐蚀和堵塞，以及喷嘴附近水冷壁的腐蚀，且液氨为重大危险源。

3.有价元素全回收

有价元素全回收是废弃催化剂资源化利用最有效的途径之一。与废弃催化剂部分有价元素回收工艺相比，有价元素全回收在工艺设计上更加灵活多变，同时工艺路线也更加复杂。这一过程主要遇到的问题为有价元素产物控制、有价元素分离、杂质元素去除等。钒元素丰富的价态有利于NH3-SCR反应，但是不利于废弃催化剂回收，此外催化剂载体TiO2具有纳米级锐钛矿型结构，如果在废弃催化剂处理过程中不被破坏即可直接回收利用。钒、钨元素的性质相近，在同一溶液中两者的分离成为有价元素利用的一大难点。此外，废弃催化剂中除了有价元素外，还含有Al3+、Si4+等杂质，这些杂质元素会对有价元素的分离以及最终产品的质量产生影响。目前研究者主要围绕上述技术问题开展研究，为废弃催化剂中有价元素全回收提供了可参考的处理途径。采用有价元素分离提纯的思路可以将钒、钨、钛元素转化为其他产品，从而实现废弃催化剂的高值化利用。上述方法对于废弃催化剂中有价元素回收效率高，所得最终产品杂质含量较低，具有良好的应用前景。但是上述工艺在使用过程中会产生大量的废液，部分工艺耗能较高，应用时所面临的环保压力巨大。随着废弃催化剂的产生量不断增长，绿色环保高效的废弃催化剂处理技术需求日益增长。

结束语

综合比较了我国钢铁企业目前常用的四种脱硝技术路线的优缺点，针对钢铁企业烧结机烟气的自身性质及特点，建议烧结机烟气脱硝采用中高温SCＲ工艺路线进行具有一定的实际意义，也是适合我国钢铁企业烧结机烟气脱硝超低排放要求的工艺路线选择。

参考文献

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