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烧结烟气脱硫脱硝工艺的比较

发布时间:2021-01-17人气:129

钢铁生产在国民经济中具有重要作用,同时污染也较为严重。为了降低钢铁行业的污染物排放水平,生态环境部等五部门于 2019 年 4 月联合发布了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》(环大气[2019]35 号),在全国范围内推动钢铁行业超低排放改造。钢铁行业是 SO2和 NOx的排放大户,而烧结机头烟气是 SO2和 NOx的主要排放源。钢铁行业的超低排放要求烧结烟气 SO2和 NOx的排放质量浓度小时均值不高于 35 mg/m3和 50 mg/m3。因此,钢铁企业烧结烟气为满足达标排放的要求,必须采取脱硫脱硝措施。
1 我国烧结烟气脱硫脱硝现状
目前,我国烧结烟气采取脱硫措施较为普遍,大部分烧结机均采取了脱硫措施。已投运的烧结烟气脱硫方法主要有干法脱硫(活性焦吸附)、半干法脱硫以及湿法脱硫。湿法脱硫按照脱硫剂的不同,又可以分为石灰石石膏法、氧化镁法、氨法等。根据原环保部统计的结果,主要以湿法为主,约占87%。相比脱硫,国内烧结机头烟气脱硝起步较晚。脱硝主要采取的方法为活性焦吸附法和选择性催化还原法(SCR)。太钢450m2烧结机活性焦脱硫脱硝为国内首套采用活性焦脱硫脱硝的装置。SCR脱硝在电厂烟气脱硝应用广泛,而在烧结机头烟气脱硝应用较少,属于起步阶段。据报道,国内首套烧结烟气SCR脱硝装置于2018年11月在唐山瑞丰钢铁成功投运。目前,有部分钢铁企业在烧结烟气环保改造中采用SCR脱硝工艺。
2 烧结烟气主要的脱硫脱硝工艺
目前,烧结烟气治理的工艺主要有活性焦脱硫脱硝工艺、半干法脱硫+SCR脱硝工艺、湿法脱硫+SCR脱硝工艺。脱硫脱硝方法的比较主要应根据项目特点、占地面积、烟气条件、处理成本等各方面综合考虑,选取合适的处理工艺。
2.1 活性焦一体化脱硫脱硝工艺
活性焦吸附法脱硫的原理是利用活性焦的吸附性能,低温时将烟气中的SO2进行吸附,吸附饱和后的活性焦由物料输送系统送至解吸系统,在高温加热的条件下降吸附的SO2解吸出来,解吸出来的 SO2送往副产品回收装置生产浓硫酸(98%);再生后的活性焦经冷却筛分后送回吸收塔循环使用。
活性焦脱硝的原理是由于活性焦具有催化活性,在一定的温度条件下,向烟气中喷入氨水,氨和NOx在活性焦的催化作用下发生选择性催化还原反应,生成氮气和水。
活性焦脱硫脱硝工艺一般含有烟气收集、喷氨、污染物吸附、活性焦再生、活性焦循环和输送、硫酸制备等几个主要生产系统。
2.2 循环流化床半干法脱硫 +SCR脱硝组合工艺
循环流化床烟气脱硫净化技术工艺流程:含SO2的废气进行反应器,反应器内布置脱硫剂,烟气中的SO2与脱硫剂发生反应,由于烟气的反应器中流速较快,反应器中形成湍流状态,使得烟气和脱硫剂之间的接触面积很大,反应完全,SO2被吸收。在反应塔中完成化学反应后,水分被蒸发,烟气中夹杂大量脱硫固废,一般在最后利用布袋除尘器将气固分离。由于反应器中保持适当的温度,并在物料紊流作用下,因此反应器中表面可保持洁净,无沉积物。
循环流化床脱硫工艺一般含有脱硫剂制备、进料、烟气净化等几个主要生产系统。
烟气脱硫后的温度为 80℃左右,经过GGH换热,将烟气温度升高至160~300℃,进入SCR反应器进行脱硝。SCR 法是在300℃左右、含氧气氛下,以 NH3作还原剂、V2O5-TiO2-WO3体系为催化剂来消除尾气中 NOx。主要化学反应为:
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O(1)
6NO2+8NH3→7N2+12H2O (2)
烟气中的NOx主要由NO和NO2组成,其中NO约占NOx总量的 95%,NO2占 NOx总量的5%,式(1)是脱硝的主要反应方程式,且脱硝反应中需要 O2参与反应。
2.3 湿法脱硫 +SCR 脱硝组合工艺
湿法脱硫是目前烧结烟气应用最广泛的工艺,按照脱硫介质的不同,分为氧化镁法、石灰石-石膏法、氨法等。其工艺类似,只是脱硫剂不同。下面以最常见的石灰石-石膏法为例,介绍湿法脱硫工艺原理。石灰石-石膏法以石灰石作为脱硫吸收剂,石灰石首先经过破碎粉磨系统形成粉状后,与水搅拌混合形成吸收浆液。在吸收塔中,烟气中底部进入,顶部喷石灰石浆液,烟气中的 SO2与碳酸钙发生反应,并被鼓入的空气氧化,最终生成反应物石膏。吸收塔一般分层设置,目前常采用三层喷淋,以提高脱硫效率。石灰石-石膏法脱硫工艺一般含烟气收集、石灰石浆液制备、吸收、石膏处理等几个主要生产系统。湿法脱硫+SCR 脱硝组合工艺中脱硝原理与前述 SCR 脱硝原理一致,这里不再赘述。
3 各种脱硫脱硝工艺优缺点比较
3.1 活性焦一体化脱硫脱硝工艺
1)该工艺脱硫效率高,同时具有除尘效果,由于不加入其他辅助原料,因此无其他废水、废渣的产生,不造成二次污染。
2)由于活性焦良好的吸附性能,可协同处置氟化物、二噁英等其他污染物。利用活性焦的过滤集尘功能和吸附性能,使烟气中附着于烟尘上的二噁英、氟化物以及其他污染物质在吸附塔内被活性焦的过滤集尘功能捕集,而气态的二噁英等污染物被吸附。由于活性焦在解吸过程中需要被加热到400℃以上,二噁英在苯环间的氧基在活性焦催化作用下被裂解,使得烟气中的二噁英被去除。
3)烧结生产过程中由于工况不同、原料的不同会导致烟气量、温度以及SO2体积分数波动较大,而活性焦脱硫脱硝工艺对烟气的变化具有较强的适应性。
4)资源回收。活性焦通过再生系统,可将吸附的SO2析出,送制酸系统制成浓硫酸,实现资源的回收利用。
5)该工艺对烧结生产系统影响较小,且脱硝反应温度在 130℃左右,因此不需要对烧结烟气进行加热。烧结烟气中含有大量SO2等酸性气体,对设备的腐蚀要求较高,活性焦吸附系统抗腐蚀能力较强,因此系统运行稳定。
6)活性焦脱硫脱硝系统一次性投资较高,且由于需要不断补充活性焦,运行成本较高。
3.2 循环流化床半干法脱硫+SCR脱硝组合工艺
循环流化床半干法脱硫+SCR脱硝组合工艺具有以下特点:
1)烟气循环流化床法脱硫效率高,对含SO2体积分数较高的烟气也有很好的脱硫效果。
2)采用石灰为脱硫剂,分布广泛,且脱硫剂消耗量小。
3)一次性投资成本较低,且运行费用较低。
4)SCR 法在运行一段时间后,催化剂需要更换,更换的废催化剂为危险固废,应加强管理。
3.3 湿法脱硫 +SCR 脱硝组合工艺
湿法脱硫+SCR 脱硝组合工艺具有以下特点:
1)湿法脱硫应用广泛,工艺成熟。
2)一次性投资成本较低,且运行费用较低。
3)若采用石灰石-石膏法,后续石膏产生量较大,会带来后续石膏综合利用问题。
4)湿法脱硫后的烟气会再烟囱口形成雾状水汽,称为白色烟羽,携带有SO2、SO3、CaSO4、Cl-等污染物,目前已经有许多地区要求湿法脱硫后的烟气采取“消白”措施,需要增加建设成本和运行成本,并增加能耗。
5)湿法脱硫运行过程中对设备的腐蚀较大,建设过程中应做好脱硫塔的防腐,运行过程中应加强检修,保证系统稳定运行。
4 结论
1)目前我国的烧结烟气治理以脱硫为主,技术成熟。而脱硝处于起步和推广阶段,随着国家对钢铁行业的超低排放要求的实施,烧结烟气脱硝将得以迅速发展。
2)钢铁企业应根据自身条件及所在地区的环保要求,选择合适的烟气治理工艺。如新建烧结机,可采用活性焦一体化脱硫脱硝工艺或湿法/半干法脱硫+SCR 脱硝工艺。如在现有脱硫系统的基础上进行环保提标改造,可优化现有的脱硫系统,增加 SCR脱硝工艺系统。
3)采用半干法/湿法脱硫脱硝工艺会产生大量的脱硫副产物,并产生危险废物废催化剂,应采取合理的综合利用途径或处置措施,避免造成二次污染。

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