钢铁行业烧结烟气脱硫脱硝技术探析

类 振 姚紫珊

山东囯舜建设集团有限公司 山东 济南 250300

改革开放以来,社会主义现代化的飞速发展使得钢铁行业的发展水平有了很大的提升,随之而来的是发展带来的诸多问题,对于钢铁企业来说,最重要的问题莫过于环境污染的加剧。随着工业化进程的不断加快,钢铁行业的市场规模不断扩大,烧结矿料产量增速飞快,很多生产企业为了节约成本,使用的烧结机能源利用率较低,导致在生产过程中烧结烟气二氧化硫的排放量正逐年上升。为了更准确的控制排放量,满足可持续发展的战略需要,我国对钢铁企业二氧化硫的减排工作也做出了明确要求。落后的机械设备和生产技术是当前钢铁企业烟气二氧化硫排放量超标的主要原因,而脱硫技术的广泛应用,正是解决这一问题,提升能源二次利用率的有效手段。本文根据燃结烟气脱硫脱硝的现状,对钢铁行业烧结烟气脱硫脱硝技术进行深入探析,以期解决现有问题,促进钢铁行业的进一步发展。

一、烧结烟气脱硫脱硝的特点

(一)二氧化硫排放的浓度低,波动的范围宽。烧结烟气中的二氧化硫含量一般是400～1500mg/Nm3,也有的达到3000mg/Nm3左右。因烧结工艺参数变化和原材料来源的不同,原料中的硫的转化率一般是百分之六十至百分之九十,而电厂的燃煤炉二氧化硫转换率是95%,烧结烟气中二氧化硫的浓度会受到燃料煤种的影响,一般稳定在4000mg/Nm3左右。并且,燃结烟气中的二氧化硫浓度也因位置不同而变化,其中中部烟气二氧化硫的浓度最高,头部和尾部的烟气二氧化硫浓度低。

(二)烟气成分复杂。烧结烟气的烟气成分十分复杂,含尘浓度很高,其中有腐蚀性气体H2S、NOx、SOx等,含水量在百分之十左右,温度变化也很大,一般在80摄氏度至150摄氏度之间。

(三)烟气的排放量大。烧结的过程是一个处在富氧环境下的过程,完全开放的状态下,过量的空气会穿过料层,然后进入风箱进入废气的集气系统后,经过除尘的步骤后排放。这个过程中,我们能判断出,烧结机相对于一般的电厂的燃煤窑这样的封闭式燃烧系统来说,它的烟气排放量是偏大的。燃煤窑等的封闭式燃烧系统烟气含氧量3%～5%,而烧结机头烟气的氧气含量为15%～18%。

二、我国烧结烟气脱硫脱硝的现状

大规模的工业化烧结烟气脱硫脱硝要追溯到20世纪的70 年代。日本是这个行业里第一个吃螃蟹的国家。在1974年日本就建成世界上首套烧结烟气脱硫设施,随后美国、德国、法国、澳大利亚等国家陆续建设烧结烟气脱硫设施并不断发展完善。而我国的烧结机烟气治理开始于上世纪的50年代,最早是从苏联引进的喷淋塔除氟脱硫工艺,当时的脱硫率仅为百分之三十。

我国的烧结烟气脱硫技术发展到上世纪末已经取得了很大的进步,到2010年,我国已投产和在建的烧结烟气脱硫装置已有220 套,总烧结的面积为1.95万m2。烧结烟气本身的特点要求脱硫的工艺和系统对烟气有更强的适应能力,不能盲目的将电厂的烟气脱硫脱硝技术直接的用于烧结烟气脱硫脱硝,必须在电厂烟气脱硫技术的基础之上,根据烧结烟气的具体特点来进行工艺上的改进,具体问题具体分析。

三、烧结烟气脱硫脱硝技术分析

(一)活性焦脱硫脱硝一体化技术。活性焦具有良好的物理性能,耐压、耐磨损。活性焦脱硫脱硝一体化技术主要是利用活性焦中5到9毫米的圆柱形炭质吸附材料来对烧结烟气进行吸附,去除其中重金属等污染物,使用活性焦材料,在加热的温度状态下吸附效果会增加,相比起活性炭,其表面积更小,成功提升脱硫脱硝过程中的吸附功能和整体的处理效果。基于活性焦技术之上的活性焦脱硫脱硝一体化技术主要由解析、吸附与硫回收三部分组成。当烟气进入充满活性焦的移动床吸收塔后,烧结烟气温度下降至110～150℃,这种温度之下能够获得良好的脱硫脱硝效果。吸收塔的第一段中,活性焦垂直吸收烧结烟气中的污染物之后,会由于重力作用从底部降到底部,下降过程中烟气中的二氧化硫被吸收,然后水平通过吸收塔第一段进入第二段。进入第二段后,向燃结烟气喷入氨气,有效除去燃结烟气中的氧化氮,进入再生阶段时,吸附剂已近饱和,会被传送到再生器中加热至450摄氏度以上,活性焦会对浓缩的二氧化硫气体进行解析,再生之后的活性焦会通过循环装置被传输到反应器中。活性焦脱硫脱硝一体化技术有效利用活性焦的先进性,降低了燃结烟气处理对温度方面的要求,提高了处理效率。并且这种方法还能获取高浓度的二氧化硫,将其作为副品销售,提高经济效益。不过活性焦脱硫脱硝一体化技术的初期投资较大,成本较高,很多企业对此望而却步,因此,此项技术没有被广泛推广。

(二)半干法脱硫+SCR 脱硝技术。相比起活性焦脱硫脱硝一体化技术,半干法脱硫+SCR 脱硝技术在很多地区中已经得到了广泛的应用。这项技术采用半干法或者湿法的脱硫技术,在脱硝的过程中采用催化还原法的组合方式完成脱硫脱硝。在效果上,半干法脱硫+SCR 脱硝技术能过有效脱除烧结烟气中的氮氧化合物,其脱硝效率达到85%,并且脱硫的效率也超过95%,能过满足目前钢铁行业中绿色生产的相关要求。

半干法脱硫+SCR 脱硝技术已经得到了充分的发展,效果显著,可应用于钢铁行业烧结烟气治理。但该技术在烧结烟气中偶尔会出现烟气的不适宜问题,在实际的应用过程中应当重点关注这个问题。

(三)循环流化床脱硫脱硝一体化技术。循环流化床脱硫脱硝一体化技术主要由循环系统、烟气系统、水系统几方面组成。运用这项技术处理钢铁行业的烧结烟气,烟气首先通过电除尘,由风机被引入到催化剂中,烟气中的一氧化氮受催化剂影响会转变为二氧化氮,然后进入脱硫脱硝反应塔的塔底。烧结烟气进入装置内部之后加速,依靠喷射装置被均匀的喷射在装置的底部后进入到反应装置中。吸收剂与二氧化硫、二氧化氮反应生成一系列的反应物并在塔顶回落,形成一个内循环,部分体积较小的固体颗粒会随着烟气直接反应塔上方排至布袋除尘器中。循环流化床脱硫脱硝一体化技术在低温条件下脱硫脱硝有很大的优势,脱硫效率理想,脱硝效果也达到了预期水平,值得推广。

结束语

钢铁企业烟气烧结的脱硫脱硝已经成为整个行业发展的重要问题,考虑到企业自身的投资成本和经营的现状,对于不同的脱硫脱硝技术要进行多方面考虑之后进行选择。根据企业的具体要求,科学的选择钢铁行业燃结烟气脱硫脱硝技术,能够实现企业绿色生产,顺应可持续发展战略,为节能减排,促进发展做出更大的贡献。