烧结烟气脱硫脱硝一体化技术研究及应用

贺宝军，贾占民，刘 坤

（唐山市德龙钢铁有限公司烧结厂，河北063600）

0 引言

唐山德龙地处4A 景区——唐山国际旅游岛的周边，如何实现与周边环境和谐相处，与国际旅游岛共荣共生，减排是第一要务。烧结烟气含硫化物、氮化物、颗粒物较多且排放量大，是钢铁厂的第一大污染源。2017 年唐山市的烟气排放标准是SO2≤80 mg/m3、NOx≤180 mg/m3、颗粒物≤20 mg/m3，但随着环保减排标准的不断提升，必须研究一种较先进的烟气处理方法，因此研究开发了烧结烟气脱硫脱硝一体化工艺技术，实现了在一塔内脱除烧结烟气中多种污染物的同时超低排放烟气、不产生废水、固废零排放、降低投资和运行成本。通过工艺优化和技术创新，将丰富和发展钢铁工业中烧结烟气脱硫脱硝的技术工艺和理论，对推动行业科技进步起到示范作用。

1 技术方案

1.1 技术路线（见图1）

图1 技术路线

1.2 技术要求

烧结烟气排放指标应符合表1 的规定。

1.3 关键技术

1.3.1 新型烧结脱硫脱硝一体化烟气处理技术

烧结烟气干法脱硫脱硝一体化工艺见图2。烧结烟气经过电除尘除去粉尘后，进入离子发生器氧化脱硝区间，在该区间完成一氧化氮向高价氮氧化物的转变；然后烟气进入吸收塔，在高速湍流与BMP 脱硫脱硝剂的双重作用下，高价氮氧化物、二氧化硫被吸收剂吸附的同时发生化学反应，生成硝酸盐、硫酸盐、及少量亚硝酸盐、亚硫酸盐等；烟气进一步由吸收塔塔顶进入袋式除尘器，在袋式除尘器中粗颗粒的硫酸盐、硝酸盐、亚硫酸盐、亚硝酸盐与部分在水汽作用下团聚而成的BMP 抱团形成大颗粒物，从而提高袋式除尘器除尘效率；烟气达到近零排放指标后经烟囱排至大气中。

具体工艺：通过离子发生器将两种普通的复合盐类物质发生反应，生成了具有氧化性的一种气体物质，该气体物质在脉冲电压的作用下产生了一定的电离离子，此离子可以明显加强氧化剂的性能；再用空气稀释至一定比例并通过鼓风机进入烟道与烟气进行混合，此离子在一定的温度、湿度、含氧量条件下将烟气中的一氧化氮转化为高价氮氧化物，该气态离子对于NO 和SO2的氧化有选择性，先氧化NO，过量后才会氧化SO2；烟气进入吸收塔内，被氧化的NO 变为高价氮氧化物，可很快被BMP 吸收，反应生成硝酸盐、亚硝酸盐，亚硝酸盐会进一步被氧化剂氧化成为硝酸盐；由于该气态离子相对稳定，不易湮灭，可随烟气进入吸收塔而不消失，随着烟气上升而继续氧化NO，直至全部NO 被氧化生成高价氮氧化物，生成的高价氮氧化物99.5%可被BMP 吸附。离子发生器产出的气态离子型氧化剂与烟气接触时间0.3 s 时，足以将NO 氧化成易被碱性物质吸收的高价氮氧化物且反应充分进行，气态离子氧化剂是脱硝效率高达99.5%的关键，气态离子氧化剂在低中温120～160 ℃的条件下，离子发生器产生的氧化剂的分解率较低，仅有0.2%以内，因此在烧结机及球团、燃煤锅炉等炉窑排烟温度小于160 ℃的前提下，此气态离子氧化剂的温度适应性较强，不需要对烟气进行窑降温或者升温，也不必用催化剂，运行成本优于目前几种主流脱硫脱硝一体化技术如活性炭、SCR+等技术，是目前商业化应用的脱硝技术中成本最低的。

表1 烧结烟气排放指标 /mg·Nm-3

图2 烧结烟气干法脱硫脱硝一体化工艺

1.3.2 新型脱硫脱硝组合剂开发

BMP 是一种复合型碱性吸收剂（见图3），其1 g超微颗粒表面积的总和可达到100 m2，如此高的比表面积会出现隧道效应，使超细尘颗粒由外及内在电离子作用下填充进BMP 内部隧道内，具有超强吸附能力，见图4。汞及其他重金属污染物也同时被气态离子氧化剂氧化、BMP 吸附。BMP 中有遇水体积膨胀的阴离子物质，该物质可以吸附流化床中PM1、PM2.5 等绝大部分细颗粒物，并絮凝成为大颗粒，增大吸收塔出口颗粒物粒度，有利于下游布袋除尘的高效超滤气固分离实现近零排放。

图3 BMP 图

图4 BMP 隧道效应

1.3.3 烧结脱硫脱硝副产物应用技术

要实现固废零排放，必须要将固废充分利用。经过吸收塔后生成的物质见图5，主要生成物质有硝酸钙、硫酸钙、硫酸镁、硫酸钙、硫酸钙、硅系硫酸盐共占比例90%以上，亚硫酸钙、亚硫酸镁、硫酸铝等约占8%，其他组份约占2%，这种副产物可以用作建材原料。

2 实施效果

图5 副产物晶相图

此技术在唐山市德龙钢铁有限公司应用于230 m2烧结烟气处理，截止目前，该整套技术应用已达两年以上，运行状况稳定，运行成本低，经济效益和社会效益明显。烧结烟气实际排放为：SO2的排放浓度≤3 mg/Nm3、NOx排放浓度≤42 mg/Nm3、颗粒物排放浓度≤8 mg/Nm3；减少了SO2排放1 369 t、NOx排放2 281 t、颗粒物排放1 771 t、水消耗33.84 万m3、固废5.4 万t，脱硫脱硝副产物（固废）可生产20万m3高强轻质新型绿色建材。随着技术的实施，基本消除了烧结烟气对环境的污染，且实现了固废的零排放，社会效益明显。

3 结论

开发出的新型烧结脱硫脱硝一体化烟气处理系统，实现了一塔脱除多种污染物的干法工艺；开发出的新型脱硫脱硝组合剂，可以在烧结烟气脱硫的过程中同时脱除NOx；开发出的烧结脱硫脱硝产物应用技术实现了产物的综合利用。