在燒結(jié)過程中，在高溫燃燒條件下，燃料與燒結(jié)混合料發(fā)生燒結(jié)反應而產(chǎn)生SO2、NOx、HCl、HF、CO2、CO、二噁英等多種污染物和粉塵等廢氣，其主要特性包括煙氣量大、溫度波動大、粉塵濃度高、氣體腐蝕性高、二氧化硫排放量大等[1]。2012年國家環(huán)保部頒布實施了《鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標準》，嚴格要求污染物排放標準。因此，對燒結(jié)煙氣進行脫硫脫硝處理勢在必行。
1燒結(jié)煙氣脫硫脫硝處理的現(xiàn)狀
我國燒結(jié)煙氣脫硫早在2004年由廣州鋼鐵廠在24m2燒結(jié)廠初步實施，于2007年全面實施。據(jù)環(huán)保部統(tǒng)計數(shù)據(jù)，至2014年，全國燒結(jié)機脫硫設施共有526臺(見表1)，已有脫硫設施的燒結(jié)機面積達8.7萬m2，占燒結(jié)機面積的63%。從公布的清單分析，干法、半干法占17%，濕法占87%。除部分已建的干法(活性炭法)燒結(jié)脫硫脫硝一體化處理設施外，燒結(jié)機煙氣脫硫脫硝的實例較少。
《鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB28662—2012)自2015年10月1日起執(zhí)行第二時段的排放標準，規(guī)定了NOx和二噁英的排放限值要求，嚴格要求SO2、顆粒物和氟化物的排放，而現(xiàn)有的燒結(jié)煙氣脫硫設施無法滿足新的排放標準，因此實現(xiàn)燒結(jié)煙氣多污染物協(xié)同處置和一體化處理勢在必行。
2燒結(jié)煙氣脫硫脫硝的分析
目前，對燒結(jié)煙氣的污染處理主要以脫硫為主。新標準的實施對煙氣處理提出了更嚴格的要求，尤其是對于已建的脫硫設施，由于技術(shù)、用地、建設和運行成本等因素的限制，直接導致煙氣處理系統(tǒng)變得復雜和處理成本增加。因此，應針對項目建設特點，對新建燒結(jié)機、已建成的脫硫設施區(qū)別對待，綜合考慮一種一體化的處理技術(shù)。由于現(xiàn)有的燒結(jié)煙氣脫硫工藝主要集中于傳統(tǒng)的干法、半干法、濕法，因此分別選取干法、半干法、濕法脫硫脫硝一體化等技術(shù)進行分析對比。
2.1活性炭煙氣凈化技術(shù)
20世紀50年代德國開始研發(fā)活性炭吸附工藝，20世紀60年代日本也開始研發(fā)[2]。目前，國內(nèi)外大型鋼鐵企業(yè)在燒結(jié)煙氣脫硫脫硝中已取得多項工程應用，包括新日鐵名古屋制鐵所燒結(jié)機(1987年8月投運)、浦項鋼鐵(POSCO)燒結(jié)機(2004年投運)等。太鋼從日本住友株式會社引進相關(guān)技術(shù)應用于3號、4號燒結(jié)機，于2010年建成活性炭煙氣處理設施。其反應原理包括以下幾方面：
1)燒結(jié)機排出的煙氣經(jīng)除塵器除塵后，由主風機排出。煙氣中的SO2、H2O與O2在排煙溫度為120～150℃時，被活性炭吸附富集，然后被催化轉(zhuǎn)化為吸附態(tài)的SO3，之后和吸附態(tài)的H2O結(jié)合生成吸附態(tài)的H2SO4。
2)當SO2的出口濃度達到排放標準后，將活性焦移動至再生器，在溫度達到450℃左右時按照反應式解吸出濃度在20%～25%之間的高濃SO2氣體。這種SO2氣源可以根據(jù)市場需求用作生產(chǎn)硫酸、硫磺、硫銨鹽、液態(tài)SO2等硫化工原料。
3)脫硝反應被稱之為選擇性催化還原(SCR)反應，在活性焦催化作用下將NO(x包括NO、NO2等)和NH3轉(zhuǎn)化為無害的N2和H2O，達到脫除NOx的目的。
2.1.1脫硫反應
脫硫反應有：(SO2)氣→(SO2)吸附;(O2)氣→(O2)吸附;(H2O)氣→(H2O)吸附;(SO2)吸+l/2(O2)吸→(SO3)吸;(SO3)吸+(H2O)吸→(H2SO4)吸。
2.1.2再生反應
2(H2SO4)吸附+C→2SO2+2H2O+CO2.
2.1.3脫硝反應
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O;
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
根據(jù)太鋼活性炭處理的監(jiān)測參數(shù)得知，3號燒結(jié)機的脫硫率為98.8%、脫硝率為61.O%、除塵率為82.5%、脫二噁英率為90%，實現(xiàn)了良好的煙氣脫硫、脫硝、脫二噁英和除塵的集成凈化功能，環(huán)保效果顯著。
活性炭吸附工藝的優(yōu)點是污染物一體化處置效率高，缺點是建設和運行成本高。以太鋼450m2燒結(jié)機為例，活性炭設施投資為3.4億元，運行成本為4870萬元/年。
2.2循環(huán)流化床脫硫+SCR脫硝工藝
循環(huán)流化床工藝主要由吸收劑制備與供應、吸收塔、物料再循環(huán)、工藝水、布袋除塵器以及副產(chǎn)物外排等構(gòu)成。一般采用干態(tài)的消石灰粉作為吸收劑，也可采用其他對二氧化硫有吸收反應能力的干粉或漿液作為吸收劑。
由鍋爐排出的煙氣從吸收塔(即流化床)底部進入。吸收塔底部為一個文丘里裝置，煙氣流經(jīng)文丘里管后速度加快，與細的吸收劑粉末互相混合，使顆粒之間、氣體與顆粒之間產(chǎn)生劇烈摩擦，形成流化床，在噴入均勻水霧、降低煙溫的條件下，吸收劑與煙氣中的二氧化硫反應生成CaSO3和CaSO4。脫硫后攜帶大量固體顆粒的煙氣從吸收塔頂部排出，進入再循環(huán)除塵器處理后被排放。
脫硫后煙氣溫度為75～80℃，經(jīng)過GGH換熱、加熱爐將溫度加熱至160～300℃，以高爐煤氣為熱源進行加熱，熱煙氣進入SCR反應器，與加入的脫硝劑在催化劑作用下進行高效脫硝反應，最后潔凈煙氣經(jīng)系統(tǒng)引風機排往煙囪。SCR脫硝裝置主要由GGH換熱器、煙氣加熱爐、SCR反應器、氨站等組成。在催化劑的作用下，當煙氣溫度為280～300℃時，利用氨作為還原劑，與煙氣中的NOx反應，產(chǎn)生無害的氮氣和水。同時，二噁英經(jīng)過催化劑會裂解成CO2、水及HCl。
脫硝機理為：
4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O;
2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O;
NO+NO2+2NH3=2N2+3H2O。
“循環(huán)流化床+SCR”工藝的優(yōu)點為：一是脫硝技術(shù)成熟、污染物脫除效率高、適用范圍廣，可滿足最嚴格的污染物排放標準要求，工程總投資和運行費用適中。二是對于目前已建設脫硫裝置的燒結(jié)球團企業(yè)，為滿足新標準對氮氧化物的排放要求，可繼續(xù)建設脫硝部分，不存在重復建設問題，維護和運行簡單。缺點是脫硫、脫硝副產(chǎn)物產(chǎn)生量大，尚無公認的最佳應用途徑或資源回收價值，需作為廢物進行處理。該工藝目前在寶鋼集團梅鋼公司、三鋼、昆鋼等大型鋼鐵廠得到成功應用[4]。
