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大多數工業煙氣中含有氮氧化物，它們大量排放到大氣中，不僅形成酸雨，破壞臭氧層，還造成溫室效應導致全球變暖。鋼鐵行業作為國家工業的一個重要部分，國家對其環保要求也日益嚴格。研究表明，鋼鐵廠中各種設備放出的NOx總量在固定發生源中占第二位，僅次于SO2的排放量。其中，燒結生產過程NOx排放量約占鋼鐵廠NOx排放總量的一半左右。因此，對燒結煙氣NOx排放量的嚴格控制，可有效降低鋼廠的NOx的排放量。 燒結過程中氮氧化物的產生 燒結過程中的NOx主要來源于燒結過程中燃料的燃燒。燒結生產中的燃料分為點火燃料和燒結燃料兩種。一般情況下，燃燒過程中產生的氮氧化物主要是NO和NO2，這二者統稱為NOx，在低溫條件下燃燒還會產生一定量的N2O。燃燒過程中產生的NOx的種類和數量除了與燃料性質相關外，還與燃燒溫度和過量空氣系數等燃燒條件密切相關。在通常的燃燒溫度下，煤燃燒產生的NOx中NO占90%以上，NO2占5%～10%，N2O占1%左右。 目前，根據《鋼鐵工業大氣排放標準》（征求意見稿），鋼鐵企業燒結煙氣NOx的排放標準見下表： 對于工業煙氣中NOx的處理，燃煤電廠最主要的處理工藝有SCR、SNCR以及脫硫脫硝一體化技術等。鋼廠應該了解國內外幾種主流的煙氣脫硝技術，以確定最適合自己的脫硝技術。 主流煙氣脫硝技術的應用 目前，相對較成熟的煙氣脫硝技術主要有選擇性催化還原技術（Selective Catalytic Reduction，簡稱SCR）和選擇性非催化還原技術（Selective Non-Catalytic Reduction，簡稱SNCR）。此外，還有一些濕法脫除氮氧化物的技術。 選擇性非催化還原技術（SNCR）。（楷體）選擇性非催化還原技術是用NH3、氨水、尿素等還原劑噴入燃燒室內與NOx進行選擇性反應，不用催化劑，因此必須在高溫區加入還原劑。還原劑噴入燃燒室溫度為850℃～1100℃的區域，該還原劑（尿素）迅速熱分解成NH3并與煙氣中的NOx進行SNCR反應生成N2，該方法是以燃燒室為反應器。 SNCR煙氣脫硝技術的脫硝效率一般為30%～40%。該技術的工業應用是在20世紀70年代中期日本的一些燃油、燃氣電廠開始的，歐盟國家一些燃煤電廠從80年代末也開始SNCR技術的工業應用。美國的SNCR技術在燃煤電廠的工業應用是在90年代初開始的，目前世界上燃煤電廠SNCR工藝的總裝機容量在5GW以上。 由于SNCR工藝需要的反應溫度太高（850℃～1100℃），因此該技術不適用于鋼廠燒結煙氣脫硝。 選擇性催化還原技術（SCR）。（楷體）SCR工藝是將氨噴入燒結煙氣中，在催化劑的作用下發生反應。噴氨量與NOx入口濃度及NOx的脫除效率有關。設計的技術參數一定要令噴氨量滿足脫除NOx的需要，同時不會產生大量的氨氣泄漏。選擇性催化還原法（SCR）由于具有較高的脫硝效率（最高可達90%），目前在日本、德國、北歐等國家和地區的燃煤電廠得到廣泛應用。在我國，越來越多的燃煤電廠認可并開始使用該技術，效果良好。考慮到鋼廠燒結煙氣的實際狀況（煙氣量波動大、含濕量高、粉塵成分復雜）與燃煤鍋爐煙氣不同，只有在燃煤電廠中使用已經成熟，且結合鋼廠的實際狀況進行優化設計的前提下，該技術在鋼廠燒結煙氣的處理中才有可能使用成功。 脫硝反應的產物是氮氣和水。為了使脫硝反應得以進行，需要持續不斷的氧氣供應，而氧氣可以用來自鋼廠燒結機的燒結煙氣。 SCR技術需要的反應溫度窗口為320℃～450℃。在反應溫度較高時，催化劑會產生燒結或結晶現象；在反應溫度較低時，催化劑的活性會因為硫酸銨在催化劑表面凝結堵塞催化劑的微孔而降低。 SCR的一次性投資較高，根據脫硝效率的不同要求，投資費用存在一定的差別。一般來說，在脫硝效率為75%時，SCR催化劑需要布置兩層；當脫硝效率要求在50%以下時，一層催化劑即可滿足脫硝要求。催化劑占整個SCR脫硝系統的投資比例達到30%～40%。鋼廠可依據燒結煙氣的實際狀況，確定最終的脫硝效率，以便設計和布置相應的催化劑層數，最大地節省投資和運行成本。SCR系統的最大優點是脫硝效率高，系統運行穩定，可以滿足嚴格的環保標準。 此外，煙氣脫硝技術還有臭氧氧化吸收法、高錳酸鉀氧化吸收法、ClO2氧化吸收，電子束法等，但目前還處于試驗室階段，未有成熟的工業應用。 因地制宜選擇合適的脫硝技術 對于已經建好燒結脫硫項目的鋼廠，筆者認為應采取以下措施進行燒結煙氣脫硝： 當鋼廠燒結機采用半干法煙氣脫硫工藝時，如循環流化床脫硫工藝或NID半干法脫硫工藝等，在噴入CaO或熟石灰的同時也噴入相應的活性炭（焦）或褐煤等脫硝劑。該工藝可達到一定的脫硝效率。但脫硝效率較低，對NOx量較高的煙氣處理效果不明顯。目前，國內對燒結煙氣半干法脫硝工藝還處于試驗階段。 當鋼廠燒結機采用濕法煙氣脫硫工藝時，如石灰（石）-石膏法脫硫工藝或氨法脫硫工藝等，應于燒結機機頭主抽風機后對煙氣升溫（350℃左右），接著采用SCR工藝對煙氣進行脫硝，脫硝后的煙氣采用換熱利用技術降溫后，進行濕法煙氣脫硫。該方案一次性投資較大，運行成本高，但是由于其單個工藝成熟、脫硫脫硝效率明顯。工藝路線有兩種：一種是將煙氣脫硝工藝置于脫硫工藝之前，燒結煙氣經加熱裝置升溫，先進行SCR技術脫硝，然后用換熱裝置（可用余熱鍋爐回收用于發電，也可采用其他換熱裝置）進行降溫處理，出來的煙氣經脫硫裝置凈化后，從煙囪排出。另一種是將煙氣脫硝工藝置于脫硫工藝之后，燒結煙氣先經過脫硫后，通過加熱裝置升溫到350℃左右進行脫硝，然后用換熱裝置（可用余熱鍋爐回收用于發電，也可采用其他換熱裝置）進行降溫處理，凈化后煙氣經煙囪排出。 通過對以上工藝線路的比較，筆者認為第一種工藝線路的布置方式更為合理。因為，該線路經脫硝處理后的煙氣對后續的脫硫工藝沒有任何影響。而第二種工藝線路由于先進行脫硫，煙氣溫度大幅度降低，經加熱裝置升溫達350℃左右后，方能進行脫硝處理，能源消耗較大，增加了運行成本。 對于新上燒結項目的鋼廠，鋼廠應優先考慮聯合脫硫脫硝一體化技術。如活性炭吸附法、CuO吸附法、電子束法、NOXSO技術、絡合吸收法等。無論選擇何種工藝技術，都應該從技術的成熟可靠性、一次性投資、副產物處理、運行成本及現場占地等方面進行比較和分析，選擇與自身條件相適宜的工藝和技術，以保證鋼廠在滿足環保要求的基礎上降低投資，節省占地面積，且無二次污染。 |
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