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[摘 要]现今，随着我国钢铁行业的快速发展，它在为我国经济发展做出重要贡献的同时，也产生了严重的大气污染问题。氮氧化物（NOx）是钢铁企业所排放的主要大气污染物之一，其中钢铁烧结工序所产生的NOx约占整个钢铁冶炼主工序的48%左右，是钢铁企业NOx排放控制的重点。这主要是因为我国目前大部分钢铁企业烧结生产线缺少脱硝设备，造成的NOx污染问题日趋严重。基于此，本文就钢铁企业开展烧结烟气氧化脱硝技术进行研究，旨在达到NOx减排的目的。
[关键词]钢铁企业；烧结烟气；脱销技术
中图分类号：TU363 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）14-0153-01
1 钢铁烧结烟气的特点
烧结是将铁矿粉、煤粉（无烟煤）和石灰、高炉炉尘、轧钢皮、钢渣等按一定配比混匀，经烧结而成的有一定强度和粒度的烧结矿可作为炼铁的熟料。烧结烟气与燃煤锅炉烟气相比，具有以下特点：
（1）烟气量大。在较高的漏风率（40%～50%）和较高固体循环率的影响下，有相当一部分空气没有通过烧结料层，导致烧结烟气量激增，每生产1t的烧结矿可产生4000～6000m3的烟气。
（2）烟气成分复杂。含有多种腐蚀性气体如HCl、SOx、NOx、HF等，含有重金属物质如铅、汞、锌等以及含有有毒气体二恶英。同时烟气中还夹带大量粉尘，粉尘主要以铁及其化合物为主，浓度可达10g/m3。
（3）二氧化硫浓度变化较大。受原料中硫含量的影响，烟气中SO2浓度一般为1000～1500mg/m3，有的也可达3000～5000mg/m3。
（4）烟气温度波动范围大。受操作条件的影响，烧结烟气温度一般在120～180℃，采用低温烧结技术时也可达到80℃。
（5）含湿量高和含氧量高。由于混合料在烧结前必须加适量的水以提高烧结混合料的透气性，因此烧结烟气中的含湿量比较大，可达到7%～13%；含氧量一般可达到15%～18%。
2 氧化脱硝的原理
烧结烟气中的氮氧化物（NOx）主要以一氧化氮（NO）的形式存在，其含量占到烧结烟气NOx含量的90%以上，由于NO很难溶于水，标准状况下的溶解度大概在4.7%左右，而且NO的化学性质稳定，虽然是酸性气体，但是不与一般的碱溶液反应，所以很难用液相吸收的方法直接从烟气中脱除NO，而同为酸性气体的NO2会和水或者碱性溶液剧烈反应，溶解度是100%，其在水中会发生如式（1）的反应，所以氧化脱硝的一般思路就是将烟气中的NO通过合适的氧化剂氧化成可溶于水的NO2。
2N02+H2O→HN03+HN02 （1）
要想将NO氧化，需要知道氮的氧化物及其酸根离子的还原电势，只有氧化剂的还原电势大于NO的时候才能将其氧化。
3 烧结烟气脱销主要技术分析
3.1 选择性催化还原脱硝（SCR）
选择性催化还原脱硝技术是目前应用最为成熟的一项脱硝技术，通常与半干法或湿法脱硫结合，其基本工艺流程见图1。
烧结烟气先经过除尘、脱硫設备除去颗粒物和二氧化硫，由于脱硫后的烟气温度较低，而SCR反应所需烟气温度一般为300～450℃，因此需要先对烟气进行加热升温。液氨储罐中的液氨通过蒸发器气化进入缓冲罐，再在混合器中与空气混合、稀释，通过氨喷射栅格，在烟气入口处喷入SCR反应装置。SCR反应装置中通常填充有多层催化剂（如V2O5-TiO2），烟气和氨在催化剂作用下发生反应，最终达到脱硝目的。其反应方程式如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O （2）
4NO2+2NH3+O2→3N2+6H2O （3）
3.2 等离子法脱硝
3.2.1 电子束法
电子束法是通过电子加速器，产生高速运动的电子，撞击烟气中的NOx、N2、O2等分子，产生大量O、N、OH、HO2等自由基和活性粒子，这些自由基和活性粒子与NOx发生氧化反应，同时反应器中加入氨，最终与氧化产物反应生成硝酸盐。该技术产生于20世纪70年代，工艺设备包括冷却塔、反应器、电子加速器、电除尘设备以及供氨设备。此工艺最大的优点是不产生工业废水，缺点是电子发射装置容易产生故障，运行周期较短。
3.2.2 脉冲电晕法
脉冲电晕法和电子束法在原理上类似，高压脉冲电源作用于电晕上，在电极之间产生高能电子（5～20eV），高能电子与烟气中NOx、N2、O2等分子发生碰撞，产生大量自由基和活性粒子，进而氧化NOx，再与NH3发应生成硝酸盐。相比电子束法，脉冲电晕法取消了电子加速装置，节约了设备投资。由于脉冲电压脉宽较窄，使得放电过程中的能量主要传递给了电子，气体分子并没有被加热，因此装置温度相对较低，反应能耗较少。
3.3 微生物法脱硝
微生物法脱硝是利用微生物自身的生理作用，将烟气中的NOx代谢吸收或转化为无机物的过程。净化原理通常可以分为硝化作用和反硝化作用。硝化作用是指好氧型硝化细菌在有氧条件下，将NO氧化为NO，进而再氧化为NO，氮源实质上充当了硝化细菌的营养来源，硝酸盐和亚硝酸盐是硝化细菌的代谢产物。反硝化作用是指在厌氧环境下，微生物将氮氧化物通过合成代谢，变成自身繁殖生长所需能源，再通过分解代谢将NOx还原成氮气。目前微生物法脱硝还处于实验室研究阶段，具有很大的研究价值和市场潜力，与其他脱硝手段相比，微生物法脱硝基本不需要高温、高压、催化剂等条件，同时装置占地面积小，工艺流程相对简单，经济性较好，更为重要的是环保性好，这在当前我国面临的环境压力下显得格外有意义。
3.4 络合吸收法脱硝
络合吸收法起源于20世纪80年代，由于烟气中的NO很难溶于水，这就限制了湿法除氮的效率。络合吸收法利用络合剂与烟气中NO发生反应，生成络合物，从而增加NO在水中的溶解能力，进而提高脱硝效率。目前常用的络合剂有亚铁络合物和钴络合剂。亚铁络合物是使用最早也是范围最广的一类络合剂，由于亚铁的不稳定性，很容易被氧化成高价铁元素，降低络合能力，因此络合剂的还原再生也是研究的重点。
参考文献
[1] 周益辉，曾毅夫.钢铁行业烧结烟气脱硫脱硝联合治理技术[J].中国环保产业，2013，12：38-40.
[2] 李颖.钢铁烧结工艺氧化脱硝的模拟试验及工程试验[D].东南大学，2015.
[关键词]钢铁企业；烧结烟气；脱销技术
中图分类号：TU363 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）14-0153-01
1 钢铁烧结烟气的特点
烧结是将铁矿粉、煤粉（无烟煤）和石灰、高炉炉尘、轧钢皮、钢渣等按一定配比混匀，经烧结而成的有一定强度和粒度的烧结矿可作为炼铁的熟料。烧结烟气与燃煤锅炉烟气相比，具有以下特点：
（1）烟气量大。在较高的漏风率（40%～50%）和较高固体循环率的影响下，有相当一部分空气没有通过烧结料层，导致烧结烟气量激增，每生产1t的烧结矿可产生4000～6000m3的烟气。
（2）烟气成分复杂。含有多种腐蚀性气体如HCl、SOx、NOx、HF等，含有重金属物质如铅、汞、锌等以及含有有毒气体二恶英。同时烟气中还夹带大量粉尘，粉尘主要以铁及其化合物为主，浓度可达10g/m3。
（3）二氧化硫浓度变化较大。受原料中硫含量的影响，烟气中SO2浓度一般为1000～1500mg/m3，有的也可达3000～5000mg/m3。
（4）烟气温度波动范围大。受操作条件的影响，烧结烟气温度一般在120～180℃，采用低温烧结技术时也可达到80℃。
（5）含湿量高和含氧量高。由于混合料在烧结前必须加适量的水以提高烧结混合料的透气性，因此烧结烟气中的含湿量比较大，可达到7%～13%；含氧量一般可达到15%～18%。
2 氧化脱硝的原理
烧结烟气中的氮氧化物（NOx）主要以一氧化氮（NO）的形式存在，其含量占到烧结烟气NOx含量的90%以上，由于NO很难溶于水，标准状况下的溶解度大概在4.7%左右，而且NO的化学性质稳定，虽然是酸性气体，但是不与一般的碱溶液反应，所以很难用液相吸收的方法直接从烟气中脱除NO，而同为酸性气体的NO2会和水或者碱性溶液剧烈反应，溶解度是100%，其在水中会发生如式（1）的反应，所以氧化脱硝的一般思路就是将烟气中的NO通过合适的氧化剂氧化成可溶于水的NO2。
2N02+H2O→HN03+HN02 （1）
要想将NO氧化，需要知道氮的氧化物及其酸根离子的还原电势，只有氧化剂的还原电势大于NO的时候才能将其氧化。
3 烧结烟气脱销主要技术分析
3.1 选择性催化还原脱硝（SCR）
选择性催化还原脱硝技术是目前应用最为成熟的一项脱硝技术，通常与半干法或湿法脱硫结合，其基本工艺流程见图1。
烧结烟气先经过除尘、脱硫設备除去颗粒物和二氧化硫，由于脱硫后的烟气温度较低，而SCR反应所需烟气温度一般为300～450℃，因此需要先对烟气进行加热升温。液氨储罐中的液氨通过蒸发器气化进入缓冲罐，再在混合器中与空气混合、稀释，通过氨喷射栅格，在烟气入口处喷入SCR反应装置。SCR反应装置中通常填充有多层催化剂（如V2O5-TiO2），烟气和氨在催化剂作用下发生反应，最终达到脱硝目的。其反应方程式如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O （2）
4NO2+2NH3+O2→3N2+6H2O （3）
3.2 等离子法脱硝
3.2.1 电子束法
电子束法是通过电子加速器，产生高速运动的电子，撞击烟气中的NOx、N2、O2等分子，产生大量O、N、OH、HO2等自由基和活性粒子，这些自由基和活性粒子与NOx发生氧化反应，同时反应器中加入氨，最终与氧化产物反应生成硝酸盐。该技术产生于20世纪70年代，工艺设备包括冷却塔、反应器、电子加速器、电除尘设备以及供氨设备。此工艺最大的优点是不产生工业废水，缺点是电子发射装置容易产生故障，运行周期较短。
3.2.2 脉冲电晕法
脉冲电晕法和电子束法在原理上类似，高压脉冲电源作用于电晕上，在电极之间产生高能电子（5～20eV），高能电子与烟气中NOx、N2、O2等分子发生碰撞，产生大量自由基和活性粒子，进而氧化NOx，再与NH3发应生成硝酸盐。相比电子束法，脉冲电晕法取消了电子加速装置，节约了设备投资。由于脉冲电压脉宽较窄，使得放电过程中的能量主要传递给了电子，气体分子并没有被加热，因此装置温度相对较低，反应能耗较少。
3.3 微生物法脱硝
微生物法脱硝是利用微生物自身的生理作用，将烟气中的NOx代谢吸收或转化为无机物的过程。净化原理通常可以分为硝化作用和反硝化作用。硝化作用是指好氧型硝化细菌在有氧条件下，将NO氧化为NO，进而再氧化为NO，氮源实质上充当了硝化细菌的营养来源，硝酸盐和亚硝酸盐是硝化细菌的代谢产物。反硝化作用是指在厌氧环境下，微生物将氮氧化物通过合成代谢，变成自身繁殖生长所需能源，再通过分解代谢将NOx还原成氮气。目前微生物法脱硝还处于实验室研究阶段，具有很大的研究价值和市场潜力，与其他脱硝手段相比，微生物法脱硝基本不需要高温、高压、催化剂等条件，同时装置占地面积小，工艺流程相对简单，经济性较好，更为重要的是环保性好，这在当前我国面临的环境压力下显得格外有意义。
3.4 络合吸收法脱硝
络合吸收法起源于20世纪80年代，由于烟气中的NO很难溶于水，这就限制了湿法除氮的效率。络合吸收法利用络合剂与烟气中NO发生反应，生成络合物，从而增加NO在水中的溶解能力，进而提高脱硝效率。目前常用的络合剂有亚铁络合物和钴络合剂。亚铁络合物是使用最早也是范围最广的一类络合剂，由于亚铁的不稳定性，很容易被氧化成高价铁元素，降低络合能力，因此络合剂的还原再生也是研究的重点。
参考文献
[1] 周益辉，曾毅夫.钢铁行业烧结烟气脱硫脱硝联合治理技术[J].中国环保产业，2013，12：38-40.
[2] 李颖.钢铁烧结工艺氧化脱硝的模拟试验及工程试验[D].东南大学，2015.