烟气脱硝装置(低温烟气脱硝技术)

大气:摘要:随着生态环境部对钢铁行业大气污染物排放浓度要求的日益严格,2020年球团烟气将达到《钢铁行业超低排放意见》的超低排放要求。现有的球团环保设施无法满足超低排放的要求。综合分析现有条件下的脱硝技术,提高颗粒烟气脱硝效率,确保颗粒烟气达标排放,改善环境空气体质量。

1颗粒烟气净化概述

目前烧结球团烟气净化过程中,主要是有效降低二氧化硫含量和烟尘,防止排入大气的烟气中二氧化硫浓度超标。早期,石灰-石膏湿法脱硫技术主要用于烧结球团的烟气净化。这项技术可以有效地进行脱硫。但对烟气中氮氧化物的去除没有影响。随着钢铁工业大气污染物排放标准的不断提高,球团排放烟气中二氧化硫、氮氧化物和粉尘的排放浓度必须满足超低排放的要求。超低排放要求是二氧化硫35毫克/立方米,氮氧化物50毫克/立方米,粉尘10毫克/立方米。在现有球团生产条件下,链篦机窑系统产生的烟气中氮氧化物含量一般在160 ~ 400mg/m3之间,远高于超低排放要求。因此,有必要研究球团烟气超低排放技术,提高脱硝效率,确保净化后的烟气满足超低排放要求。

球团烟气超低排放技术

2.1源氮氧化物(NOx)控制技术

烟气脱硝技术主要有催化还原(选择性催化还原和非选择性催化还原)、物理吸附、氧化吸收、循环流化床、高能电子氧化等。球团烟气具有流量大、成分复杂、温度低、烟气成分波动大的明显特点。各种脱硝技术在球团领域的应用尚不成熟。活性炭脱销和选择性催化还原脱销工艺脱硝效率高,但前期投资和运行成本太高,企业很少采用。企业必须加强生产过程的控制,从源头上降低氮氧化物的含量。

热力条件和生成方式的不同可能导致烧结烟气中氮氧化物的类型不同,一般可分为热力型、燃料型和瞬时型。球团生产过程中,燃料型和瞬时型氮氧化物的量相对较少,主要是热型氮氧化物,一般受生产过程中温度的影响,其排放量与球团烧结温度有关。根据一些研究发现,铁矿球团中的氮含量很少。在球团烧结过程中,采用等离子点火和喷煤加热时,日耗煤量很小。在烧结过程中,当链篦机窑温度达到800℃~1600℃时,会产生更多的氮氧化物。通过优化燃料配比和燃烧过程控制,在满足回转窑加热的同时,防止燃烧火焰的局部高温产生更多的热氮氧化物。特别是当固体燃料中的挥发性氮含量高时,烧结球团烟气中的氮氧化物含量也高。如果用100%焦粉代替50%无烟煤+50%焦粉,可以大幅度降低氮氧化物的排放浓度,降低程度可以达到40%左右。在运营投资方面,以球团矿运营过程为研究对象,发现每吨成品球团矿消耗焦粉和无烟煤分别为26.5kg和26.5kg,通过换算计算运营成本,可以得出每吨球团矿约40.5元。而完全使用焦粉作为固体燃料,充分考虑焦粉的热值,折算下来每吨球团矿的运行成本约为42元,每吨球团矿只会增加1.5元。但球团烟气的处理成本远低于新建脱硝设备的运行成本。因此,在选择球团固体燃料时,可以考虑采用焦粉作为固体燃料。使用无烟煤可以选择挥发氮含量低的无烟煤,可以降低烧结烟气中氮氧化物的排放浓度。此外,在燃烧过程中应严格控制固体燃料的用量,可采用厚料层烧结或烟气循环技术,可有效降低固体燃料的用量,从而降低烧结烟气中氮氧化物的排放浓度。从源头控制氮氧化物的含量,可以大大提高出库效率[2]。

2.2低温SCR脱硝技术

通常情况下,球团烟气排放温度应控制在100 ~ 180℃之间,而烧结烟气净化过程中使用的钒钛催化剂的最低温度为280℃。如果采用脱硫+停售或停售+脱硫的联合净化技术,烧结烟气需要加热后才能使用催化剂。然而,加热烧结烟气的成本相对较高。为了解决低温脱硝问题,采用低温SCR催化剂对其进行处理。所开发的低温催化剂能适应130℃~260℃的温度。但进入SCR反应器的烧结烟气成分要求严格。比如要保证二氧化硫浓度低于10ppm,进入SCR反应器的烟气水分含量相对较低。在目前的脱硫工艺中,进入SCR反应器的烟气中的二氧化硫已经基本脱除,可以满足二氧化硫浓度低于10ppm的要求。但是脱硫后的烟气水分含量比较高,对低温催化剂的效果也会有一定的影响。在烟气脱硝过程中,需要加入NH3,NH3会与进入SCR反应器的二氧化硫反应生成硫酸铵。因此,采用SCR处理技术时,低温SCR脱硝放在石灰石膏湿法脱硫之前,烟气温度和湿度能够满足低温SCR脱销的技术要求。湿法脱硫对球团烟气中氮氧化物的浓度影响不大。烟气经过脱硫吸收塔处理后,基本可以脱除95%以上的二氧化硫。湿法脱硫后,烟气湿度高。然后通过加湿和电除尘去除烟气中的水分和粉尘,使烟气达标排放。

2.3碳材料改性技术

一般来说,活性炭是许多污染物净化过程中的吸附剂和催化剂。活性炭的质量将直接影响烧结球团烟气脱硫脱硝除尘的技术质量,同时也会对工程设计和投资运营的成本产生一定的影响。在选择活性炭时,必须对活性炭的抗压强度、耐磨性、硫容、缺货值等参数进行检查。正常情况下,在保证活性炭脱硝效率的基础上,可以减少活性炭的循环下料量,从而有效降低投资和运行成本。目前,在一些工程实践中,对活性炭的脱硝能力进行了较多的研究和试验。同时还研究了活性炭表面的改性和金属离子的附着,可以有效改变活性炭的化学吸附特性和表面官能团的类型,从而增强活性炭的有效性。需要注意的是,在对活性炭材料进行改性时,必须保证其能够满足脱硫脱硝能力。在此基础上,尽可能提高活性炭的耐磨性和抗压强度,提高球团烟气净化效率[3]。

3结论

随着我国钢铁烧结球团工业大气污染物排放标准的提高,氮氧化物的排放更加明确和具体,有些地方的氮氧化物排放标准更加严格。目前净化球团烟气时,主要完成脱硫设备。在球团超低烟气排放中,提高脱硝技术水平是当前球团烟气净化技术面临的难题。其中,控制氮氧化物的来源是较好的控制方法。采用氮氧化物的源头控制方法,可以保证球团烟气排放达到排放标准。而源头控制法对氮氧化物的生成能力控制有限,无法满足日益严格的环保要求。因此,需要辅助其他NOx末端处理技术来保证烧结球团烟气的超低排放标准。采用活性炭脱硝和低温SCR脱硝技术处理烧结烟气中的氮氧化物。在改造烧结烟气净化技术时,可采用烟气循环和特种烟气脱除的综合技术,可有效降低烟气系统的投资和运行成本。总之,根据球团烟气的具体情况,选择最佳的烟气净化技术,确保球团烟气净化能够达到国家排放标准。只有这样,才能有效降低有害气体排放对空气体质量的不利影响。