王瑞良 鐘強(qiáng) 安紅亮
（河鋼集團(tuán)邯鋼公司環(huán)保能源部，河北省邯鄲市 056015）
摘要：煙氣脫硫脫硝、除塵工藝是工業(yè)生產(chǎn)中重點(diǎn)工作內(nèi)容之一，對降低氮氧化物以及二氧化硫排放量具有重要意義。本文在簡要分析工業(yè)生產(chǎn)燒結(jié)煙氣排放危害的基礎(chǔ)上，對去除SO2、NOx、二噁英的技術(shù)進(jìn)行探究，并對綜合脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)行深入探析，以期進(jìn)一步提高燒結(jié)煙氣脫硫脫硝效果，對滿足超低排放要求具有重要意義。
關(guān)鍵詞：燒結(jié)煙氣；脫硫脫硝；超低排放；除塵工藝
0 前言
在經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展的背景下，工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的帶有危害物質(zhì)的煙氣已經(jīng)嚴(yán)重影響大氣環(huán)境，特別是氮化物、硫化物以及一些重金屬污染物質(zhì)，會(huì)對人們的身體健康造成極大的影響。因此，有必要進(jìn)一步探討脫硫脫硝技術(shù)在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，只有這樣才能從根本上改善人們的生活環(huán)境，對經(jīng)濟(jì)社會(huì)未來發(fā)展具有重要意義。
1 燒結(jié)煙氣排放危害
燒結(jié)過程作為我國鋼鐵冶金生產(chǎn)流程中的重要組成部分，能夠?yàn)樯鐣?huì)提供穩(wěn)定且優(yōu)質(zhì)的燒結(jié)礦，但是會(huì)對生態(tài)環(huán)境造成極大的影響。隨著可持續(xù)發(fā)展以及綠色節(jié)能環(huán)保理念的逐漸深入，我國大多數(shù)企業(yè)已經(jīng)擁有較為完善的粉塵治理設(shè)施設(shè)備，但是在脫硫脫硝技術(shù)運(yùn)用上存在許多問題，其中危害較大的氣體污染物包括二氧化硫、氮氧化物以及二噁英。二氧化硫是形成酸雨的主要成分，主要來源于燒結(jié)環(huán)節(jié)中使用的鐵精粉以及一系列的固體燃料，大量的二氧化硫排放到空氣中會(huì)嚴(yán)重危害人體健康。氮氧化物主要來源于燒結(jié)過程中的碳?xì)浠衔铮蚴浅浞址纸獾牡衔?，一定量的氮氧化物排放到空氣中?huì)形成光化學(xué)煙霧，還會(huì)與平流層的臭氧發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致地面上生物受到紫外線的危害，嚴(yán)重會(huì)造成細(xì)胞分裂。二噁英是一種很難降解的物質(zhì)，鋼鐵行業(yè)的冶煉過程會(huì)產(chǎn)生大量的二噁英，會(huì)對人身體的肝臟、內(nèi)分泌系統(tǒng)造成嚴(yán)重的危害，一般會(huì)使用前驅(qū)物反應(yīng)來消除該種物質(zhì)。因此，為保證脫硫脫硝技術(shù)運(yùn)用效果，主要是對以上三種燒結(jié)煙氣中的有害污染物質(zhì)進(jìn)行去除工作，以此保證工業(yè)生產(chǎn)的生態(tài)效益。
2 燒結(jié)煙氣脫硫脫硝技術(shù)
2.1 SO2的去除
2.1.1 濕法-石灰-石膏法
濕法石灰石膏法脫硫工藝是目前工業(yè)生產(chǎn)中最常應(yīng)用的方法，產(chǎn)生的脫硫效果較為顯著。在運(yùn)用該種方法的過程中，主要是將石灰石作為脫硫吸收劑，然后向脫硫吸收塔中加入石灰石吸收漿液。水與磨細(xì)的石灰石能夠形成吸收漿液，從而在脫硫吸收塔中與燒結(jié)煙氣充分反應(yīng)，然后向其中一定量的空氣，以此保證二氧化硫能夠被充分氧化，最終形成容易脫出的石膏漿液，脫出石膏漿液使用到的機(jī)械設(shè)備為真空帶脫水機(jī)[1]。石灰-石膏濕法脫硫工藝具有操作成本低、投資合理、脫硫效果顯著等特點(diǎn)，最終產(chǎn)生的石膏也可被回收利用，但是在此過程中應(yīng)注意廢水處理。許多工業(yè)企業(yè)為進(jìn)一步提高該種脫硫技術(shù)的運(yùn)行效果，通過大量研究，可在去除二氧化硫的工藝中加入1：1的天然沸石與硅酸鹽，以此提升石灰石漿液的應(yīng)用效果。優(yōu)化后的脫硫工藝，需要配合使用煙道除霧器，并控制燒結(jié)煙氣脫硫后二氧化硫的濃度在40mg/Nm3以下。此外，還可通過增大脫硫塔中燒結(jié)煙氣的流速來提升技術(shù)應(yīng)用效果，主要是增加了液與氣之間的接觸面積，最終的脫硫效率高達(dá)90%以上。
2.1.2 半干法-SDA旋轉(zhuǎn)噴霧法
半干法-SDA旋轉(zhuǎn)噴霧法與濕法-石灰-石膏法相比，具有較高的脫硫效率與速度，兩種脫硫技術(shù)最大的不同在于，半干法脫硫工藝是在干態(tài)下完成的，并且最終去除二氧化硫的產(chǎn)物無廢水排出、沒有危害環(huán)境的酸性物質(zhì)。半干法脫硫工藝中應(yīng)用到的SDA旋轉(zhuǎn)噴霧法，是一種典型的處理燒結(jié)煙氣硫化物質(zhì)的干態(tài)處理技術(shù)，工藝運(yùn)行流程為：在電除塵裝置中進(jìn)行燒結(jié)機(jī)頭煙氣的除塵處理，經(jīng)過除塵處理的燒結(jié)煙氣進(jìn)入到主抽風(fēng)機(jī)，然后進(jìn)入到SDA旋轉(zhuǎn)噴霧吸收塔中，使得經(jīng)過霧化之后的煙氣能夠與石灰漿液充分接觸、反應(yīng)。在該種脫硫工藝運(yùn)行過程中，生石灰與水混合而成的石灰漿液是旋轉(zhuǎn)噴霧經(jīng)常使用脫硫物質(zhì)，在此過程中，石灰漿液霧滴能夠與煙氣快速發(fā)生物理反應(yīng)，經(jīng)過一系列凈化裝置凈化后，從煙囪排放。經(jīng)過大量工廠實(shí)踐表明，半干法脫硫工藝具有適應(yīng)性強(qiáng)、占地面積小、流程簡短等特點(diǎn)，并且不會(huì)侵蝕脫硫設(shè)備，若在原有的工藝基礎(chǔ)上增設(shè)供給石灰漿液的循環(huán)系統(tǒng)，能夠進(jìn)一步提高燒結(jié)煙氣中含硫物質(zhì)的去除效果，對今后工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2.1.3 氨法脫硫技術(shù)
氨法脫硫技術(shù)是去除燒結(jié)煙氣中二氧化硫以及一系列含硫中間產(chǎn)物的一種重要方法，主要是運(yùn)用氨水、液態(tài)氨作為含硫物質(zhì)的吸收劑，使得燒結(jié)煙氣在強(qiáng)烈的氧化作用下形成硫酸銨，進(jìn)而達(dá)到去除二氧化硫的目的。運(yùn)用氨法脫硫工藝中較為重要的技術(shù)要點(diǎn)包括灰渣護(hù)理技術(shù)、亞硫酸銨的氧化以及吸收劑的選擇、結(jié)晶技術(shù)的應(yīng)用等。通過大量實(shí)踐表明，氨法脫硫技術(shù)具有高效簡便、適用性強(qiáng)、處理效果明顯、無廢水等優(yōu)勢，符合當(dāng)下時(shí)代發(fā)展的綠色節(jié)能環(huán)保理念。該種脫硫技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用之后，能夠保證燒結(jié)煙氣去除含硫物質(zhì)的效率超過95%，經(jīng)過凈化后的燒結(jié)煙氣中二氧化硫的含量小于200mg/Nm3，對保護(hù)大氣環(huán)境具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，為今后脫硫技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
2.2 NOx的去除
根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前工業(yè)生產(chǎn)，每一噸燒結(jié)礦就會(huì)產(chǎn)生4000-6000m3的有害燒結(jié)煙氣，并且其中含有大量的氮氧化物、一氧化碳等有害物質(zhì)，對大氣環(huán)境造成極為嚴(yán)重的影響。含有大量有害物質(zhì)的燒結(jié)煙氣引起復(fù)雜的成分，在不同環(huán)境溫度下會(huì)發(fā)生不同的反應(yīng)，進(jìn)而不利于經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
一般情況下，會(huì)運(yùn)用催化還原法來處理燒結(jié)煙氣中的氮氧化物，具有脫硝效果顯著、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)。在運(yùn)用催化還原法的過程中，主要是運(yùn)用SCR技術(shù)，以此充分發(fā)揮出氨的氧化作用。與此同時(shí)，催化還原工藝中還將釩鎢鈦體系作為催化劑，并對反應(yīng)溫度進(jìn)行合理控制，進(jìn)而促使燒結(jié)煙氣中的氮氧化物發(fā)生充分的還原反應(yīng)。若脫硝工藝運(yùn)行中的溫度低于350℃，則會(huì)導(dǎo)致氨與氧氣發(fā)生反應(yīng)形成氨氣，若高于350℃，氨則會(huì)發(fā)生另一個(gè)副反應(yīng)，一旦脫硝工藝中的溫度高于450℃，整個(gè)過程就會(huì)變得劇烈起來[2]。燒結(jié)煙氣經(jīng)過氨的處理之后，使用靜電除塵器將其引入到脫硝處理系統(tǒng)中，在空氣預(yù)熱器以及煙道燃燒器的作用下，溫度便可達(dá)到450℃，這樣氮氧化物就會(huì)發(fā)生充分的反應(yīng)，與一定量的空氣混合后通過頂部煙道進(jìn)入到下一處理環(huán)節(jié)中，最終通過風(fēng)門排出。
在國家對工業(yè)生產(chǎn)氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)逐漸嚴(yán)格的背景下，SCR脫硝催化劑因其具有的高效低溫效果被廣泛應(yīng)用于脫硝技術(shù)中。通常情況下，SCR脫硝催化劑包括分子篩催化劑、碳基催化劑、錳基催化劑等。經(jīng)過大量研究與實(shí)踐表明，在不同的脫硝階段加入一定量的錳基脫硝催化劑能夠有效促進(jìn)氮氧化物與氨的反應(yīng)，以此充分發(fā)揮出氨的還原作用。值得注意的是，錳基脫硝催化劑在溫度較低時(shí)選擇氨氣的能力較差。針對這一問題，許多研究人員對錳基脫硝催化劑進(jìn)行了一系列的改進(jìn)，進(jìn)一步提升了SCR脫硝催化劑整體應(yīng)用效果。例如，脫硝技術(shù)運(yùn)行中開始使用碳基材料來作為脫硝催化劑，碳基材料因其良好的導(dǎo)熱性以及優(yōu)良的比表面積，為吸附劑作用的發(fā)揮提供更好的載體，真正實(shí)現(xiàn)氮氧化物轉(zhuǎn)化率升高的目標(biāo)，對今后脫硝技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2.3 二噁英的去除
二噁英作為燒結(jié)煙氣中另一種含量較多的有害物質(zhì)，一般采用以下三種方法進(jìn)行治理，進(jìn)而從整體提升脫硫脫硝技術(shù)的應(yīng)用效果。首先，對燒結(jié)原料進(jìn)行合理選擇。由于燒結(jié)料中各種配加的含鐵物料，會(huì)在一定程度上促進(jìn)二噁英的釋放。因此，應(yīng)盡量選擇含銅、氯等元素較低的礦石進(jìn)行生產(chǎn)，或是取消點(diǎn)除灰塵、高爐爐塵的方法來降低二噁英的釋放量。其次，對去除工藝進(jìn)行合理選擇。在選擇去除二噁英的工藝時(shí)，應(yīng)綜合考慮工業(yè)生產(chǎn)中脫硫脫硝工藝流程，以此實(shí)現(xiàn)整體去除有害物質(zhì)效果的增強(qiáng)。經(jīng)過大量試驗(yàn)表明，可運(yùn)用活性炭流動(dòng)床或是布袋除塵器來提升捕捉有害物質(zhì)的效率，證明二噁英的去除效果能夠達(dá)到90%以上，去除二氧化硫的效率高達(dá)95%。最后，對燒結(jié)工藝進(jìn)行有效改進(jìn)。在傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝中，存在許多二噁英超額排放的環(huán)節(jié)，通過調(diào)整燒結(jié)工藝之后，能夠形成更多可控制二噁英釋放量的途徑，并且燒結(jié)煙氣中二氧化硫與氮氧化物的排放量也有所減少。例如，可以在燒結(jié)混合料中加入一定能夠破壞金屬活化性的物質(zhì)，不僅能夠減少二噁英的生成，而且能夠抑制含硫以及氮氧化物的形成，是目前工業(yè)生產(chǎn)中較為有效的綜合治理技術(shù)，對今后脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展具有重要意義[3]。
2.4 綜合脫硫脫硝技術(shù)
2.4.1 活性炭脫硫脫硝一體化技術(shù)
若能夠?qū)⒒钚蕴棵摿蛎撓跻惑w化技術(shù)運(yùn)用到工業(yè)生產(chǎn)中，可在很大程度上去除燒結(jié)煙氣中的含硫物質(zhì)與氮氧化物。在實(shí)際運(yùn)用該種一體化技術(shù)時(shí)，活性焦具有較強(qiáng)的抗沖擊能力、抗壓性能與抗磨損能力，并且其良好的比表面積特性能夠有效提升脫硫脫硝效果。一般情況下，工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常使用直徑為7mm的圓柱型活性焦，并且空氣預(yù)加熱塔的溫度應(yīng)控制120-160℃之間，以此保證綜合治理效果。此外，使用到的吸收塔主要分為量大部分，在進(jìn)入第一部分時(shí)，燒結(jié)煙氣中的二氧化硫進(jìn)行完全的反應(yīng)，剩下的煙氣就會(huì)在引風(fēng)機(jī)的作用下進(jìn)入吸收塔的第二部分，在這一部分，活性焦會(huì)作為SCR工藝中的催化劑，若在100-120℃溫度之間向吸收塔中加入一定量的氨氣，會(huì)將剩余煙氣中的全部氮氧化物去除掉。在此之后，剩余煙氣會(huì)進(jìn)入到下一再生產(chǎn)階段，控制此時(shí)的溫度在400℃左右，能夠?qū)怏w中濃縮的二氧化硫解吸出來，被運(yùn)輸?shù)椒磻?yīng)器之后會(huì)進(jìn)行下一階段的反應(yīng)，在循環(huán)操作中，進(jìn)一步提升了資源的利用效率。因此，活性炭脫硫脫硝一體化技術(shù)不僅能夠有效提升鋼鐵企業(yè)的工作效率，而且不會(huì)對工業(yè)生產(chǎn)中的加熱設(shè)備、排水設(shè)備、脫硫脫硝設(shè)備等造成損害，去除粉塵、一系列有害物的效果也較為顯著。
2.4.2 循環(huán)流化床脫硫脫硝一體化技術(shù)
在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中，循環(huán)流化床脫硫脫硝一體化技術(shù)是另一種廣泛應(yīng)用的治理手段，能夠在很大程度上增強(qiáng)企業(yè)生態(tài)環(huán)保效果。在實(shí)際運(yùn)用該種技術(shù)過程中，使用到的關(guān)鍵設(shè)備包括水系統(tǒng)、灰渣輸送系統(tǒng)、吸收劑儲存、循環(huán)系統(tǒng)等，使得燒結(jié)煙氣在風(fēng)機(jī)以及除塵器的作用下，與相應(yīng)的催化劑進(jìn)行充分反應(yīng)，使得煙氣中的NO完全轉(zhuǎn)換為NO2，并在脫硫脫硝設(shè)備的底部進(jìn)一步增強(qiáng)煙氣的反應(yīng)速率。與此同時(shí)，為保證脫硫脫硝的效果，會(huì)使用噴射裝置將吸收劑噴入反應(yīng)底端，促使二氧化硫、氮氧化物以及其他有害物質(zhì)在強(qiáng)烈的噴射作用下上升到反應(yīng)塔頂端。如此反復(fù)、循環(huán)進(jìn)行，通常是經(jīng)歷150次之后，將處理后的煙氣排入袋式除塵器中，其中有少量氣體可以回收[4]。此過程產(chǎn)生的少量脫硫脫硝渣會(huì)在中間倉的作用下被送到渣倉中，達(dá)標(biāo)的煙氣則通過煙道排放。因此，循環(huán)流化床脫硫脫硝一體化技術(shù)具有較強(qiáng)的燒結(jié)煙氣處理能力，含硫物質(zhì)去除效率高達(dá)98%，為今后脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
2 結(jié)論
綜上所述，工業(yè)生產(chǎn)涉及到許多十分復(fù)雜的物理反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)，會(huì)在很大程度上增加環(huán)境保護(hù)的難度。因此，對去除二氧化硫、氮氧化物以及二噁英的脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)行分析，進(jìn)一步明確使用綜合脫硫脫硝技術(shù)的重點(diǎn)，不僅能夠降低企業(yè)的運(yùn)行成本，而且能進(jìn)一步增加行業(yè)整體的運(yùn)行效益，對進(jìn)一步滿足燒結(jié)煙氣達(dá)到除塵以及超低排放標(biāo)準(zhǔn)具有重要意義。
參考文獻(xiàn)
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