活性焦脱硫脱硝技术在烧结烟气中的应用

蔡 亮

中冶华天工程技术有限公司 江苏 南京 210019

【摘 要】国家法律法规对钢铁行业烧结烟气的排放要求日趋严格，根据烧结烟气的特性，分析活性焦脱硫脱硝技术的技术特点，并与其它脱硫脱硝技术在技术、初投资和运行费用相比较，值得大规模推广。

【关键词】活性焦；脱硫脱硝；运行费用

随着我国大气环境形势日益严峻，大气污染物控制的环保标准液不断提高，我国的控制标准已经与欧美发达国家标准看齐，且有部分标准已经高于欧美要求，根据国家环保相关规定，新建烧结厂2012年10月1日起，现有烧结厂2015年1月1日起需执行《钢铁烧结、球团工业大气污染排放标准》，其烧结烟气的治理刻不容缓。

一、烧结烟气的特点

钢铁行业烧结过程是一个高温燃烧条件下的复杂物理化学过程，在高温烧结过程中产生含有SO2、NOx、HCL、CO2、二噁英等多种污染物和粉尘的废气。由于烧结工艺及原料成分和配比的不稳定性，致使烟气成分复杂，烟气流量、温度及污染物浓度大幅度波动，主要有以下几个特点【1】：

（1）烟气温度较低，一般为120℃-180℃；（2）烟气量波动大，幅度可高达40%以上；（3）SO2浓度变化大，范围一般在800-1500 mg/Nm3，高的可达2000-4000 mg/Nm3；（4）NOX浓度变化大，范围在200-450 mg/Nm3；（5）烟气的含湿量大且不稳定，一般为10%-13%，露点温度高（65-80℃）；（6）烟气含氧量高，一般为15%-18%；（7）含有多种污染物，除含有SO2、NOx、粉尘外，还含有二噁英和重金属。

中科院闫晓淼【2】等人对我国数十台烧结机烟气污染物的排放特征进行统计研究，几乎所有的烧结机都需要安装90%以上脱硫设备，大约16%的烧结机需要安装脱硝效率在50%以上的脱硝设备，目前NOx的平均排放浓度224mg/ m3，随着国家对排放标准的进一步严格，大多数的烧结机都将需要安装脱硝装置；根据笔者了解，目前不少地方政府和烧结厂已经意识到这个问题的紧迫性，因此对新建的脱硫系统或者脱硫改造工程中已经对NOx排放有相应的规定，要求脱硫脱硝装置同步建设，且可在满足NOx排放要求时，只运行脱硫系统。

二、活性焦工艺介绍

（1）、除尘：活性炭的除尘原理：通过碰撞，遮挡以及扩散捕捉效果进行除尘。通常直径1μm以上的粒子可通过冲撞效果进行捕捉。而不到1μm的粒子要通过遮挡和扩散捕捉效果进行捕捉。

（2）、脱硫：硫氧化物的大部分是二氧化硫（SO2），通过物理吸附以及化学吸附两种吸附方式进行。

在范德华力以及化学亲和力的作用下，SO2由气相移动至活性炭粒子表面后被捕捉（物理吸附）。然后，在活性炭细孔内被氧化为SO3同时与一同吸附的H2O产生反应，作为H2SO4被捕捉（化学吸附）

① 物理吸附：SO2 → SO2*

② 化学吸附： A、SO2* + 1/2O2* → SO3*

SO3* + nH2O* → H2SO4*（n-1）H2O

*：为活性炭细孔内的吸附状态。

n：根据废气中的水分，SO2浓度，废气温度的不同有所变化，但在通常的温度下（100～150℃）可认为是②。

B、为促进脱硝反应以及维持活性炭的活性，需要进行加氨，如以下的化学反应。是否作为NH4HSO4*或（NH4）2SO4*被吸附，由NH3与SO2的浓度比所决定。

H2SO4* + NH3 → NH4HSO4*

NH4HSO4 *+ NH3 → （NH4）2SO4*

③ 再生反应

H2SO4→H2O+SO3

NH4HSO4→H2O+SO3+NH3

（NH4）2SO4→H2O+SO3+2NH3

SO3+C-AC→SO2+1/2CO2

3SO3+2NH3→3SO2+3H2O+N2

（3）、脱硝

① SCR反应

活性炭有通常的Ti-V系金属触媒同样的作用，使NO被还原为N2。

NO + NH3 + 1/4O2 → N2 + 3/2H2O

② Non-SCR反应

活性炭再生时会生成还原性物质，表示为C…Red。循環至吸附塔，与废气中的NO直接反应还原生成N2。该反应为活性炭特有的脱硝反应，称为Non-SCR反应。

NO + C…Red → N2

（4）、脱二恶英

二恶英在常温（100℃）以下均为固体，但在烟气温度范围（100～150℃）内，可作为固体状，雾状，或者气状存在。其中，固体状与雾状的PCDD/F为附着或者吸附在废气中灰尘粒子表面的状态，称之为灰尘状PCDD/F。因此，灰尘状PCDD/F通过活性炭移动层的过滤集尘功能被除去，气状PCDD/F通过吸附被除去。

三、活性焦脱硫脱硝工艺流程及特点

（1）、活性焦脱硫脱硝工艺流程

（2）、活性炭（焦）脱硫技术的特点

①只需要一个系统就可以同时高效除去NOx、SOx、重金属（如Hg、Pb等）和二恶英等，实现了脱除NOx、SOx、重金属、二恶英和粉尘的一体化。SO2的脱除率可达到95%以上，能去除湿法难以除去的SO3，NOx的脱除率可达到55%以上，重金属和二恶英的脱除率都可达到90%以上，除尘效率能达到60%以上，而其他如湿法、半干法均无法单独完成，需新增设备，增加一大笔的投资进行脱硝处理。

②工艺简单、流程流畅、布局紧凑；

③干式处理工艺，可节省大量水资源，烟囱无明显水汽外排，而湿法脱硫技术存在大量水汽外排的硬伤，目前无论采用何种除雾设施均无法消除，带来极坏的社会影响；

④活性炭（焦）解析热能可利用厂区内高炉煤气燃烧产生的热气；

⑤产出的副产品为一种硫酸盐或98%浓硫酸，是有效的循环经济方式，也将是今后烟气净化技术的发展方向，这也是其他烟气净化技术如湿法、半干法无法比较的优势；

⑥基本无废水的产生，无自产固体废物，因而无二次污染；

⑦烟气工艺处理前后无需加热，整体能耗较低，是良好的节能系统；

⑧设备腐蚀性弱，设备维护费用较低，运行维护方便，维护成本低。

四、几种脱硫脱硝方法的技术、初投资及运行费用比较

（1）、传统脱硫脱硝技术（Wet-FGD+SCR）：由于现有的烧结工序中没有适宜于SCR脱硝技术的温度区间，需对烧结烟气进行再次加热，耗费大量能源。若低温SCR催化剂能有突破性的技术发展，此法将有很大的发展空间。

（2）、循环流化床半干法脱硫+低温SCR脱硝：与传统SCR脱硝技术类似，能耗较大，运行费用较高，且脱硫效率较低；

（3）、等离子体法存在设备昂贵、系统裕兴和维护工作量大、和运行效率不稳定等问题【3】，大规模工程化暂不成熟。

（4）、活性焦脱硫脱硝技术，技术成熟，已经在太钢和连云港联峰钢厂投入使用，效果良好；初投资较低，国内已投产和在建的活性焦脱硫脱硝项目初投资呈现急剧下降的趋势，主要是因为技术和设备国产化，国内许多环保公司已经具备一定的技术和专利，尤其是目前钢铁价格在低位运行，初投资将降低至一个合理水平；运行费用合理，根据现行活性焦脱硫脱硝设施运行情况，目前吨烧结矿的运行费用约为10-12元/吨，随着活性焦技术的推广，活性焦的价格将有进一步的下降空间，且工艺水平和运行水平的提高，总体运行费用也将降低。远景运行费用约为8-9元/吨，此时，活性焦将和传统脱硫运行费用接近，将更有竞争力。

五、结语

活性焦（炭）一体化干法烟气净化工艺，技術先进，污染治理措施成熟可靠，各主要污染源排出的主要污染物的排放量或排放浓度均达到国家最高排放标准的要求，外排烟气无白雾。初投资较低，在治理的过程中不产生新的污染物，不仅消除了烟气中SO2、NOx、二恶英、重金属等带来的危害，而且变废为宝，同时脱硫脱硝的运行费用更低。因此从环境效益、社会效益、经济效益三者综合比较，并从长远环保要求越来越高来看，活性焦（炭）一体化干法烟气净化工艺是值得应用和推广的先进技术。

参考文献：

[ 1 ] 陈凯华，宋存义，张东辉。烧结烟气联合脱硫脱销工艺的比较[J].烧结球团，2008，5（33）：29-32

[ 2 ] 闫晓淼，李玉然，朱廷钰，等.钢铁烧结烟气多污染物排放及协同控制概述[J].环境工程技术学报，2015，5（2）85-90

[ 3 ] 柏源，李忠华，薛建明。烟气同时脱硫脱硝一体化技术研究[J].电力科技与环保，2010，3（26）：8-12