摘 要：燒結(jié)機(jī)頭是鋼鐵行業(yè) SO2和 NOx主要排放源。隨著環(huán)境保護(hù)的壓力不斷加大，燒結(jié)煙氣脫硫脫硝工藝的選擇就顯得尤為重要。本文主要介紹了目前國內(nèi)外主流的燒結(jié)煙氣脫硫脫硝工藝，并對各種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較分析。
鋼鐵生產(chǎn)在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要作用，同時(shí)污染也較為嚴(yán)重。為了降低鋼鐵行業(yè)的污染物排放水平，生態(tài)環(huán)境部等五部門于 2019 年 4 月聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》（環(huán)大氣[2019]35 號），在全國范圍內(nèi)推動鋼鐵行業(yè)超低排放改造。鋼鐵行業(yè)是 SO2和 NOx的排放大戶，而燒結(jié)機(jī)頭煙氣是 SO2和 NOx的主要排放源。鋼鐵行業(yè)的超低排放要求燒結(jié)煙氣 SO2和 NOx的排放質(zhì)量濃度小時(shí)均值不高于 35 mg/m3和 50 mg/m3。因此，鋼鐵企業(yè)燒結(jié)煙氣為滿足達(dá)標(biāo)排放的要求，必須采取脫硫脫硝措施。
1 我國燒結(jié)煙氣脫硫脫硝現(xiàn)狀
目前，我國燒結(jié)煙氣采取脫硫措施較為普遍，大部分燒結(jié)機(jī)均采取了脫硫措施。已投運(yùn)的燒結(jié)煙氣脫硫方法主要有干法脫硫（活性焦吸附）、半干法脫硫以及濕法脫硫。濕法脫硫按照脫硫劑的不同，又可以分為石灰石石膏法、氧化鎂法、氨法等[1]。根據(jù)原環(huán)保部統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，主要以濕法為主，約占 87%。相比脫硫，國內(nèi)燒結(jié)機(jī)頭煙氣脫硝起步較晚。脫硝主要采取的方法為活性焦吸附法和選擇性催化還原法（SCR）。太鋼 450 m2燒結(jié)機(jī)活性焦脫硫脫硝為國內(nèi)首套采用活性焦脫硫脫硝的裝置。SCR 脫硝在電廠煙氣脫硝應(yīng)用廣泛，而在燒結(jié)機(jī)頭煙氣脫硝應(yīng)用較少，屬于起步階段。據(jù)報(bào)道，國內(nèi)首套燒結(jié)煙氣 SCR脫硝裝置于 2018 年 11 月在唐山瑞豐鋼鐵成功投運(yùn)。目前，有部分鋼鐵企業(yè)在燒結(jié)煙氣環(huán)保改造中采用 SCR 脫硝工藝。
2 燒結(jié)煙氣主要的脫硫脫硝工藝
目前，燒結(jié)煙氣治理的工藝主要有活性焦脫硫脫硝工藝、半干法脫硫+SCR 脫硝工藝、濕法脫硫+ SCR 脫硝工藝。脫硫脫硝方法的比較主要應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)、占地面積、煙氣條件、處理成本等各方面綜合考慮，選取合適的處理工藝[2,3]。
2.1 活性焦一體化脫硫脫硝工藝
活性焦吸附法脫硫的原理是利用活性焦的吸附性能，低溫時(shí)將煙氣中的 SO2進(jìn)行吸附，吸附飽和后的活性焦由物料輸送系統(tǒng)送至解吸系統(tǒng)，在高溫加熱的條件下降吸附的 SO2解吸出來，解吸出來的 SO2送往副產(chǎn)品回收裝置生產(chǎn)濃硫酸（98%）；再生后的活性焦經(jīng)冷卻篩分后送回吸收塔循環(huán)使用。
活性焦脫硝的原理是由于活性焦具有催化活性，在一定的溫度條件下，向煙氣中噴入氨水，氨和NOx在活性焦的催化作用下發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?/p>
該方法的工藝過程：煙氣首先進(jìn)入含有活性焦模塊的移動床吸收塔，進(jìn)行脫硫和脫硝。吸收塔一般分為脫硫和脫硝兩部分，一般第一部分脫硫，第二部分脫硝。吸附飽和后的活性焦模塊通過熱解吸回收得到的二氧化硫用于制取硫酸。在整個(gè)過程中，進(jìn)口處的二氧化硫濃度越低，脫硝效率就越高；進(jìn)口處二氧化硫濃度增加，氨的消耗量就越大，所以現(xiàn)有的活性焦吸附法工藝一般設(shè)置二級吸收塔，分別進(jìn)行脫硫和脫硝。目前在太原鋼鐵集團(tuán) 450 m2燒結(jié)機(jī)、日照鋼鐵公司 600 m2燒結(jié)機(jī)均已得到應(yīng)用[4]。通過實(shí)際的運(yùn)行監(jiān)測，該工藝運(yùn)行穩(wěn)定，脫硝效率在 80%以上。活性焦脫硫脫硝工藝一般含有煙氣收集、噴氨、污染物吸附、活性焦再生、活性焦循環(huán)和輸送、硫酸制備等幾個(gè)主要生產(chǎn)系統(tǒng)。
2.2 循環(huán)流化床半干法脫硫 +SCR 脫硝組合工藝
循環(huán)流化床煙氣脫硫凈化技術(shù)工藝流程：含SO2的廢氣進(jìn)行反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)布置脫硫劑，煙氣中的 SO2與脫硫劑發(fā)生反應(yīng)，由于煙氣的反應(yīng)器中流速較快，反應(yīng)器中形成湍流狀態(tài)，使得煙氣和脫硫劑之間的接觸面積很大，反應(yīng)完全，SO2被吸收。在反應(yīng)塔中完成化學(xué)反應(yīng)后，水分被蒸發(fā)，煙氣中夾雜大量脫硫固廢，一般在最后利用布袋除塵器將氣固分離。由于反應(yīng)器中保持適當(dāng)?shù)臏囟?，并在物料紊流作用下，因此反?yīng)器中表面可保持潔凈，無沉積物。
循環(huán)流化床脫硫工藝一般含有脫硫劑制備、進(jìn)料、煙氣凈化等幾個(gè)主要生產(chǎn)系統(tǒng)。
煙氣脫硫后的溫度為 80 ℃左右，經(jīng)過 GGH 換熱，將煙氣溫度升高至 160~300 ℃，進(jìn)入 SCR 反應(yīng)器進(jìn)行脫硝。SCR 法是在 300 ℃左右、含氧氣氛下，以 NH3作還原劑、V2O5-TiO2-WO3體系為催化劑來消除尾氣中 NOx。主要化學(xué)反應(yīng)為：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O（1）
6NO2+8NH3→7N2+12H2O （2）
煙氣中的 NOx主要由 NO 和 NO2組成，其中 NO約占 NOx總量的 95%，NO2占 NOx總量的 5%，式（1）是脫硝的主要反應(yīng)方程式，且脫硝反應(yīng)中需要 O2參與反應(yīng)。
2.3 濕法脫硫 +SCR 脫硝組合工藝
濕法脫硫是目前燒結(jié)煙氣應(yīng)用最廣泛的工藝，按照脫硫介質(zhì)的不同，分為氧化鎂法、石灰石-石膏法、氨法等。其工藝類似，只是脫硫劑不同。下面以最常見的石灰石-石膏法為例，介紹濕法脫硫工藝原理。石灰石-石膏法以石灰石作為脫硫吸收劑，石灰石首先經(jīng)過破碎粉磨系統(tǒng)形成粉狀后，與水?dāng)嚢杌旌闲纬晌諠{液。在吸收塔中，煙氣中底部進(jìn)入，頂部噴石灰石漿液，煙氣中的 SO2與碳酸鈣發(fā)生反應(yīng)，并被鼓入的空氣氧化，最終生成反應(yīng)物石膏。吸收塔一般分層設(shè)置，目前常采用三層噴淋，以提高脫硫效率。石灰石-石膏法脫硫工藝一般含煙氣收集、石灰石漿液制備、吸收、石膏處理等幾個(gè)主要生產(chǎn)系統(tǒng)。濕法脫硫+SCR 脫硝組合工藝中脫硝原理與前述 SCR 脫硝原理一致，這里不再贅述。
3 各種脫硫脫硝工藝優(yōu)缺點(diǎn)比較
3.1 活性焦一體化脫硫脫硝工藝
1）該工藝脫硫效率高，同時(shí)具有除塵效果，由于不加入其他輔助原料，因此無其他廢水、廢渣的產(chǎn)生，不造成二次污染。
2）由于活性焦良好的吸附性能，可協(xié)同處置氟化物、二噁英等其他污染物。利用活性焦的過濾集塵功能和吸附性能，使煙氣中附著于煙塵上的二噁英、氟化物以及其他污染物質(zhì)在吸附塔內(nèi)被活性焦的過濾集塵功能捕集，而氣態(tài)的二噁英等污染物被吸附。由于活性焦在解吸過程中需要被加熱到 400 ℃以上，二噁英在苯環(huán)間的氧基在活性焦催化作用下被裂解，使得煙氣中的二噁英被去除。
3）燒結(jié)生產(chǎn)過程中由于工況不同、原料的不同會導(dǎo)致煙氣量、溫度以及 SO2體積分?jǐn)?shù)波動較大，而活性焦脫硫脫硝工藝對煙氣的變化具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。
4）資源回收。活性焦通過再生系統(tǒng)，可將吸附的SO2析出，送制酸系統(tǒng)制成濃硫酸，實(shí)現(xiàn)資源的回收利用。
5）該工藝對燒結(jié)生產(chǎn)系統(tǒng)影響較小，且脫硝反應(yīng)溫度在 130 ℃左右，因此不需要對燒結(jié)煙氣進(jìn)行加熱。燒結(jié)煙氣中含有大量 SO2等酸性氣體，對設(shè)備的腐蝕要求較高，活性焦吸附系統(tǒng)抗腐蝕能力較強(qiáng)，因此系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。
6）活性焦脫硫脫硝系統(tǒng)一次性投資較高，且由于需要不斷補(bǔ)充活性焦，運(yùn)行成本較高。
3.2 循環(huán)流化床半干法脫硫 +SCR 脫硝組合工藝
循環(huán)流化床半干法脫硫+SCR 脫硝組合工藝具有以下特點(diǎn)：
1）煙氣循環(huán)流化床法脫硫效率高，對含 SO2體積分?jǐn)?shù)較高的煙氣也有很好的脫硫效果。
2）采用石灰為脫硫劑，分布廣泛，且脫硫劑消耗量小。
3）一次性投資成本較低，且運(yùn)行費(fèi)用較低。
4）SCR 法在運(yùn)行一段時(shí)間后，催化劑需要更換，更換的廢催化劑為危險(xiǎn)固廢，應(yīng)加強(qiáng)管理。
3.3 濕法脫硫 +SCR 脫硝組合工藝
濕法脫硫+SCR 脫硝組合工藝具有以下特點(diǎn)：
1）濕法脫硫應(yīng)用廣泛，工藝成熟。
2）一次性投資成本較低，且運(yùn)行費(fèi)用較低。
3）若采用石灰石-石膏法，后續(xù)石膏產(chǎn)生量較大，會帶來后續(xù)石膏綜合利用問題。
4）濕法脫硫后的煙氣會再煙囪口形成霧狀水汽，稱為白色煙羽，攜帶有 SO2、SO3、CaSO4、Cl-等污染物，目前已經(jīng)有許多地區(qū)要求濕法脫硫后的煙氣采取“消白”措施，需要增加建設(shè)成本和運(yùn)行成本，并增加能耗。
5）濕法脫硫運(yùn)行過程中對設(shè)備的腐蝕較大，建設(shè)過程中應(yīng)做好脫硫塔的防腐，運(yùn)行過程中應(yīng)加強(qiáng)檢修，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
4 結(jié)論
1）目前我國的燒結(jié)煙氣治理以脫硫?yàn)橹鳎夹g(shù)成熟。而脫硝處于起步和推廣階段，隨著國家對鋼鐵行業(yè)的超低排放要求的實(shí)施，燒結(jié)煙氣脫硝將得以迅速發(fā)展。
2）鋼鐵企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身?xiàng)l件及所在地區(qū)的環(huán)保要求，選擇合適的煙氣治理工藝。如新建燒結(jié)機(jī)，可采用活性焦一體化脫硫脫硝工藝或濕法/半干法脫硫+SCR 脫硝工藝。如在現(xiàn)有脫硫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行環(huán)保提標(biāo)改造，可優(yōu)化現(xiàn)有的脫硫系統(tǒng)，增加 SCR脫硝工藝系統(tǒng)。
3）采用半干法/濕法脫硫脫硝工藝會產(chǎn)生大量的脫硫副產(chǎn)物，并產(chǎn)生危險(xiǎn)廢物廢催化劑，應(yīng)采取合理的綜合利用途徑或處置措施，避免造成二次污染。
