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      燒結煙氣聯合脫硫脫硝工藝的比較

         日期:2018-06-21     來源:城市建設理論研究 陳妍    瀏覽:28    評論:0    

        鑒于燒結煙氣的脫硫脫硝技術是目前國內外脫硫脫硝研究的一大熱點, 介紹了典型的可用于燒結煙氣脫硫脫硝技術以及目前國內外新興的煙氣同時脫硫脫硝技術, 并對各種技術的優缺點進行了分析。針對我國燒結煙氣實際情況提出了煙氣同時脫硫脫硝技術的發展方向。

        1、引 言

        鋼鐵聯合企業中燒結生產的特點是物流量大、能耗高、污染嚴重, 所產生的固體廢棄物、煙氣、噪音等對環境的破壞已引起社會的廣泛關注。多年來, 我國燒結廠在煙氣除塵方面做了大量的工作, 成果顯著。但是對于煙氣中的有害組分, 如 SO2、NOx 、二噁英等的脫除有些尚處于起步階段, 而有的至今沒有采取任何措施而直接排放。分析結果顯示, 在鋼鐵冶煉過程中約有 48% 的 NOx , 及 51% ~ 62% 的 SOx 來自鐵礦燒結工藝, 可見燒結廠已是 SO2 和 NOx 的最大產生源[ 1] 。隨著鋼鐵企業的快速發展, 燒結礦產量大幅度增加, SO2 和 NOx 排放量隨之增大, 燒結廠環境保護的壓力也隨之增加。

        2、燒結煙氣的產生與特點

        燒結過程是一個高溫燃燒條件下的復雜物理化學過程, 被抽入料層的空氣與混合料中的燃料發生燃燒反應, 燃燒釋放的熱量保證燒結物理化學過程的進行, 燃燒的煙氣作為廢氣排放。

        鐵礦石中通常會含有以化合物和含氧酸式鹽存在的硫和氮, 以硫化物形式存在的礦物有: FeS2、CuFeS2、CuS、ZnS、PbS 等, 以硫酸鹽形式存在的有 BaSO4、CaSO4 和 MgSO4 等; 而固體燃料( 如焦粉) 帶入的硫則以單質硫或者有機硫的形式存在。氮主要以硝酸鹽和有機氮的形式存在, 硝酸鹽主要來自于鐵礦粉, 而有機氮則主要來自于固體燃料。在燒結過程中以單質或化合物形式存在的硫和氮通常在氧化反應中以氣態氧化物的形式釋放, 而以酸式鹽形式存在的硫和氮則在分解反應中以氣態氧化物的形式釋放[ 2] 。

        燒結煙氣相比于其他工業爐窯產生的煙氣有如下特點:

        1) 煙氣量大。每生產 1 t 燒結礦大約產生1500~ 3000 m3 需要脫硫脫硝的煙氣。

        2) 煙氣溫度較高。隨工藝操作狀況波動,煙氣溫度一般在 120~ 150 范圍變化。

        3) 煙氣攜帶粉塵多。煙氣中粗顆粒粉塵較多, 粒徑大于 50 m 的占 30% 以上, 且琢磨性強。

        4) 含濕量大, 露點較高。按體積比計算, 含濕量在 10% 左右, 露點一般在 65~ 80 。

        5) 煙氣中含有腐蝕性和有毒氣體。如 HF, H Cl, CO 氣體等等。

        6) SO2 和 NOx 濃度隨鐵礦原料和燃料的差異變化, SO2 濃度一般在300~ 800 ppm 范圍內, 高的可以達到 2 000~ 4 000 ppm; NOx 濃度一般在 150~ 300 ppm 范圍內變化, 最高可以達到500 ppm 左右。

        3、煙氣聯合脫硫脫硝技術

        對鐵礦石燒結過程中 SO2 和 NOx 排放的控制主要有三種方法: 原料控制, 燒結過程控制和燒結煙氣脫硫脫硝。其中, 原料控制是基礎條件, 燒結過程控制是有效手段, 燒結煙氣脫硫脫硝是最終保障。由于燒結原料往往受到客觀因素的限制, 不可能完全實現選用低硫原料, 而燒結過程又要以保證燒結礦質量為第一目標, 所以煙氣聯合脫硫脫硝技術被認為是控制 SO2 及 NOx 污染最實際可行的手段。

        目前, 煙氣聯合脫硫脫硝技術主要有活性炭法、循環流化床聯合脫硫脫硝法、半干噴霧脫硫脫硝法、高能輻射 化學脫硫脫硝法、奧鋼聯的 MEROS 煙氣凈化技術等。

        3.1 活性炭法

        該方法由德國 Bergbau Forschung 公司開發, 主要原理為在一個活性炭吸附器中, 用活性炭吸附 SO2, 并在氨還原 NOx 過程中起催化作用, 實現同時脫硫脫氮, 消耗的吸附劑可在高溫下再生。德國和日本一些公司已將該技術投入到工業應用中。

        據報道, 脫硫率可達 98% , 脫氮率達 80% , 并且能除去廢氣中的 H Cl、HF 、砷、硒、汞等有害物質。但因 SO2 的脫除反應優先于NOx 的脫除反應, 所以大多數工藝須采取二級吸收塔。如果煙氣中 SO2 濃度較高, 則活性炭消耗大, 投資將增加。為降低成本, 日本電力能源公司( EPDC) 利用空氣流化床燃燒鍋爐的SO2 排放量低的特點, 于 1995 年在 350M W 的AFBC 鍋爐中安裝了單一移動床活性炭脫硫脫氮設備, 用于 SO2 和 NOx 的脫除, 脫除率分別可達98% 和 80% 。

        在實際應用中發現活性炭綜合強度低, 用于移動床, 因吸附、再生往返使用損耗大, 于是 Ekehard Richter 等用強度較高的活性焦炭, 經活化、浸漬 Na2CO3 處理后用于煙氣的脫硫脫氮, SO2 與 Na2CO3 反應生成 Na2SO4,從而降低了吸附劑的消耗, 進而降低了投資成本[ 3] 。

        新日鐵于 1987 年在名古屋第三燒結廠的 3 號燒結機中設置了利用活性炭的燒結排煙脫硫、脫硝設備, 處理能力 90 萬 Nm3/ h, 這是一種干法排煙脫硫脫硝裝置, 將燒結機排煙的除塵、脫硫、脫硝三種功能集于一身, 使燒結排煙脫硫技術提高到新的階段[ 4] 。

       
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