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莱烧结烟气脱硫脱硝工艺的比较
摘 要：烧结机头是钢铁行业 SO2和 NOx主要排放源。随着环境保护的压力不断加大，烧结烟气脱硫脱硝工艺的选择就显得尤为重要。本文主要介绍了目前国内外主流的烧结烟气脱硫脱硝工艺，并对各种工艺的优缺点进行比较分析。
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 2021 年 4 月联合公布了《关于推动实施钢铁行业超低排放的看法》〔环大气[2021]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的排扩展户，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，必必需采纳脱硫脱硝措施。
1 我国烧结烟气脱硫脱硝现状
目前，我国烧结烟气采纳脱硫措施较为普遍，大部分烧结机均采纳了脱硫措施。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[1]。依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。脱硝主要采纳的方法为活性焦吸附法和选择性催化还原法〔SCR〕。太钢 450 m2烧结机活性焦脱硫脱硝为国内首套采纳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 2021 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纳 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依据项目特点、占地面积、烟气条件、处理成本等各方面综合合计，选取合适的处理工艺[2,3]。
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汲取塔循环使用。
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。
该方法的工艺过程：烟气首先进入含有活性焦模块的移动床汲取塔，进行脱硫和脱硝。汲取塔一般分为脱硫和脱硝两部分，一般第一部分脱硫，第二部分脱硝吸附饱和后的活性焦模块通过热解吸回收得到的二氧化硫用于制取硫酸。在整个过程中，进口处的二氧化硫浓度越低，脱硝效率就越高；进口处二氧化硫浓度增加，氨的消耗量就越大，所以现有的活性焦吸附法工艺一般设置二级汲取塔，分别进行脱硫和脱硝。目前在太原钢铁集团 450 m2烧结机、日照钢铁公司 600 m2烧结机均已得到应用[4]。通过实际的运行监测，该工艺运行稳定，脱硝效率在 80%以上。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被汲取。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开。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，且脱硝反应中必需要 O2参加反应。
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汲取剂，石灰石首先经过破碎粉磨系统形成粉状后，与水搅拌混合形成汲取浆液。在汲取塔中，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。汲取塔一般分层设置，目前常采纳三层喷淋，以提升脱硫效率。石灰石-石膏法脱硫工艺一般含烟气收集、石灰石浆液制备、汲取、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〕由于活性焦合格的吸附性能，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必需要被加热到 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，因此不必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，且由于必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〕采纳石灰为脱硫剂，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，催化剂必需要改换，改换的废催化剂为危险固废，应强化管理。
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〕假设采纳石灰石-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纳“消白〞措施，必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，运行过程中应强化检修，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〕钢铁企业应依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，可采纳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〕采纳半干法/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，应采纳合理的综合利用途径或处置措施，避免造成二次污染。