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      燒結(jié)脫硝工藝選擇的研究

      2019-04-10 12:27:48王天廣
      科學(xué)與技術(shù) 2019年8期
      關(guān)鍵詞:燒結(jié)脫硝臭氧

      王天廣

      摘要:本文從當(dāng)前環(huán)?,F(xiàn)狀出發(fā),從技術(shù)性及經(jīng)濟性兩方面分析了燒結(jié)煙氣的脫硝工藝。在燒結(jié)脫硝的開始階段希望能給企業(yè)一些建議,希望與各位同仁交流,提高技術(shù)水平,為環(huán)保事業(yè)貢獻力量。

      關(guān)鍵詞:燒結(jié);脫硝;臭氧;SCR;NOx

      鋼鐵行業(yè)作為國家工業(yè)的一個重要部分,國家對其環(huán)保要求也日益嚴(yán)格。研究表明,鋼鐵廠中各種設(shè)備放出的NOx 總量在固定發(fā)生源中占第二位,僅次于SO2的排放量。據(jù)歐盟IPPC 調(diào)查顯示燒結(jié)煙氣NOx 排放約占鋼鐵廠NOx 排放總量的一半左右。因此,對燒結(jié)煙氣NOx 排放量的嚴(yán)格控制可有效降低鋼廠NOx 的排放量。

      燒結(jié)過程中的NOx 主要來源于燒結(jié)過程中燃料的燃燒。燒結(jié)生產(chǎn)中的燃料分為點火燃料和燒結(jié)燃料兩種。一般情況下,燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物主要是NO 和NO2,這二者統(tǒng)稱為NOx。燃燒過程中產(chǎn)生的NOx 的種類和數(shù)量除了與燃料性質(zhì)相關(guān)外,還與燃燒溫度和過量空氣系數(shù)等燃燒條件密切相關(guān)。在通常的燃燒溫度下,燃燒產(chǎn)生的NOx 中NO 占90%以上,NO2占5%~10%。燒結(jié)煙氣中NOx 的濃度相對較低,一般在140~500mg/Nm3。鋼廠在制定NOx 減排方案時,應(yīng)首先從源頭上降低煙氣中NOx 的產(chǎn)生,主要通過以下兩種方式進行控制:1)可選擇低N 含量的燃料和原料;2)在不影響生產(chǎn)的

      前提下,對燃燒過程進行適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整。如以上采用方式仍無法滿足NOx 排放要求,則應(yīng)考慮建設(shè)相應(yīng)的煙氣脫硝裝置。

      從世界范圍看,燒結(jié)煙氣脫硝應(yīng)用不多。目前,SCR 具有較高而且穩(wěn)定的脫硝效率,燒結(jié)煙氣脫硝處理裝置主要采用低溫SCR。隨著新型的脫硫脫硝一體化工藝受到越來越高的關(guān)注,太鋼、寶鋼湛江等將活性焦工藝應(yīng)用燒結(jié)機的煙氣治理上,但該工藝一級吸附塔時,脫硝效率較低、氨逃逸高,且同樣存在工藝流程復(fù)雜,投資及運行費用高等問題,并不經(jīng)濟。

      1. 脫硝工藝選擇對比

      1.1 SCR 脫硝工藝

      選擇性催化還原(SCR)工藝主要是在一定溫度和催化劑存在的情況下,向煙氣中通入還原劑NH3,將煙氣中的NOx還原為無害的氮氣(N2)和水(H2O)。它是目前國內(nèi)外應(yīng)用最為成熟的煙氣脫硝工藝。其主要反應(yīng)如下:

      4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O

      8NH3+6NO2=7N2+12H2O

      4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O

      現(xiàn)有煙氣脫硝工藝中,脫硝效率最高,運用最廣的為SCR 脫硝工藝,但其主要應(yīng)用于燃煤電廠煙氣處理的高溫SCR,反應(yīng)溫度要求在320~400℃間,燒結(jié)煙氣中需要采用低溫SCR,但其反應(yīng)溫度仍需要200~280℃,為了避免煙氣中粉塵及高濃度SO2對催化劑引起的中毒堵塞,通常布置在脫硫裝置之后,并配有煙氣加熱裝置,其典型SCR 脫硝系統(tǒng)主要由還原劑制備系統(tǒng)和脫硝反應(yīng)系統(tǒng)兩部分組成。脫硝反應(yīng)系統(tǒng)由SCR 催化反應(yīng)器、噴氨系統(tǒng)、稀釋空氣供應(yīng)系統(tǒng)、煙氣加熱、換熱系統(tǒng)等所組成,采用液氨做還原劑時,還原劑制備系統(tǒng)包括液氨儲罐、液氨蒸發(fā)槽、氨氣緩沖槽、氨氣稀釋槽、廢水泵和廢水池等。

      1.2 臭氧脫硝工藝

      煙氣中氮氧化物主要為NO,NO 難溶于水,難以被吸收反應(yīng),臭氧脫硝技術(shù)的基本機理是,通過額外添加的脫硝劑的氧化作用,將煙氣中難溶于水的NO 轉(zhuǎn)化為高價態(tài)易溶于水的NOx,再以循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)激烈湍動的、擁有巨大的表面積的吸附劑顆粒作為載體,將高價NOx 與鈣基吸收劑快速反應(yīng)脫除,完成脫硝過程。

      臭氧是最強氧化劑之一,高效轉(zhuǎn)化NO 至高價態(tài)的過程中不遺留任何二次污染物。

      NO+O3→NO2+O2(1)

      NO2+O3→NO3+O2(2)

      NO3+NO2→N2O5(3)

      3NO2+ H2O + Ca(OH)2→Ca(NO32(4)

      1.3 脫硝工藝對比選擇

      為了便于對比、選擇,現(xiàn)將兩種脫硝工藝路線技術(shù)進行技術(shù)、經(jīng)濟對比如下:

      1) 技術(shù)性分析比較

      2. 總結(jié)

      從以上對比可以看出,臭氧脫硝工藝系統(tǒng)簡單、運行成本略低于低溫SCR 脫硝工藝,但運行電耗較高,且需要有穩(wěn)定的氧氣及冷卻水供應(yīng)。低溫SCR 脫硝雖然需要煙氣加熱消耗熱能,系統(tǒng)阻力較大,系統(tǒng)復(fù)雜,含加熱爐、GGH、SCR 反應(yīng)器、稀釋風(fēng)機等設(shè)備,且運行成本相較于臭氧脫硝工藝略高,但SCR 脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定,脫硝效率高,可更好的滿足排放指標(biāo)要求。綜合考慮技術(shù)的成熟可靠性、一次性投資、副產(chǎn)物處理、運行成本及現(xiàn)場占地等方面進行比較和分析,燒結(jié)煙氣建議選擇SCR 脫硝工藝。

      參考文獻

      [1]《煙氣催化脫硝關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用》李俊華等 著,科學(xué)出版社;

      [2]《煙氣脫硫脫硝技術(shù)手冊》蔣文舉 主編,化學(xué)工業(yè)出版社。

      (作者單位:河北天柱鋼鐵集團有限公司)

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