论文部分内容阅读
摘要：介绍了钢铁行业工业废气中氮氧化物排放来源，对现有烟气脱硝技术进行了综述，并对适合钢铁行业工业废气的脱硝技术进行了探讨。
关键词：钢铁工业废气；脱硝技术
引 言：本溪市是一座以钢铁加工工业为主的城市，钢铁厂的烧结、球团、炼焦、化学副产品、炼铁、炼钢、轧钢、锻压、金属制品与铁合金、耐火材料、炭制品以及动力等生产环节，拥有排放大量烟气的各种窑炉[1]。大多数的工业炉窑产生的工业烟气中含有氮氧化物，它们大量排放到大气中，不仅形成酸雨，破坏臭氧层，并造成温室效应导致全球变暖。为减少氮氧化物的排放，2012年开始实施的《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》、《炼焦化学工业污染物排放标准》、《炼铁工业大气污染物排放标准》等均对废气中氮氧化物排放提出了严格的控制标准，钢铁工业废气中脱硫已经广泛开展，烟气脱硝将是“十二五”期间减排工作的重点。
本文着重介绍了选择性催化还原（SCR）脱硝技术、选择性非催化还原（SNCR）脱硝技术、活性炭法同时脱硫脱硝技术等，以期能为钢铁行业烟气脱硝技术的深入研究和推广提供一定的技术参考。
1 选择性催化还原（SCR）脱硝技术
SCR技术是还原剂（NH3、尿素、HC等）在催化剂（V2O5、TiO2、WO3等）的作用下，选择性地与烟气中NOx反应生成N2和H2O，反应温度为300～450℃。以NH3为还原剂的主要反应式为[2]：
SCR脱硝技术可直接从锅炉引入烟气，即脱硝反应器布置在锅炉省煤器后，空气预热器之前，称为高含尘工艺；也可用于引入预先除去烟尘烟气的情况，即脱硝反应塔布置在静电除尘器和脱硫装置之后，称为低含尘工艺。高含尘工艺投资低，但占地面积大，催化剂容易堵塞，同时由于副反应的发生会加剧空气预热器的堵塞和腐蚀。低含尘工艺有利于脱硝反应，催化剂使用寿命相对较长，但需要安装烟气换热器（GGH）并设置燃油或燃气装置加热烟气，投资和运行费用较高[3]。
SCR脱硝技术是目前国际上应用最多、技术最成熟的一种烟气脱硝技术，对氮氧化物的脱除率可达到70%～90%。该技术具有脱除效率高、无副产物、不形成二次污染，装置结构简单，运行可靠，便于维护等优点。
2 选择性非催化还原（SNCR）脱硝技术
SNCR技术是在没有催化剂的条件下，将还原剂（NH3、氨水、尿素）喷入燃烧室内与烟气中NOx进行反应将其还原为N2和H2O，反应温度为850～1200℃。NH3或尿素还原NOx的主要反应为[4]：
该工艺对于温度控制十分重要，当温度过低时，还原反应不完全，会造成还原剂NH3的逃逸同时脱硝效率降低；若温度过高，NH3容易被氧化为NO导致氮氧化物排放浓度增加。
SNCR技术投资成本低、运行费用低、系统结构简单、占地小、不产生副产物，但是脱硝效率仅为40～50%，目前单独使用SNCR工艺脱硝的較少，大多与其他脱硝技术联合应用[5][6]。
3 活性炭/活性焦同时脱硫脱硝技术
活性炭或活性焦作为吸附剂同时脱硫脱硝原理基本相同，吸附装置都是由吸附塔和再生塔组成，所不同的是活性炭吸附法有两个吸附塔，一个脱硫一个脱硝，而活性焦吸附法只有一个吸附塔，塔分两层，上层脱硝、下层脱硫，活性焦在塔内上下移动，烟气横向流过塔[7]。
烟气中的SO2在有氧和水蒸汽存在时，由于活性炭/活性焦表面的催化作用，SO2被烟气中的O2氧化为SO3，SO3再溶于水蒸汽生成硫酸，其反应如下：
在吸附塔中喷入NH3，烟气中的NO与NH3反应生成N2，其反应如下：
净化后的烟气排放。吸附了硫酸的活性炭在350℃下热解再生，同时释放出高浓度SO2，其反应如下：
再生后的活性炭/活性焦可循环使用。释放出的SO2气体进入副产物回收系统制成单质硫、硫酸或液态SO2回收[8][9]。
活性炭/活性焦同时脱硫脱硝技术在德国、日本和美国一些公司已经投入到工业应用中。该工艺SO2脱除率可达90%以上，NOx脱除率可达80%以上，同时可以去除烟气中的HCl、HF、砷、硒、汞、二噁英等有害物质，还可以进一步除尘。该技术不产生废水，还可出售副产物SO2；操作简单，运行维护方便。
4 其他烟气脱硝技术
随着技术的进步，碱液吸收法、电子束法、脉冲电晕等离子法、微生物法、微波法等烟气脱硝技术以及CuO法、电化学法、液膜法等同时脱硫脱硝技术不断发展，但目前大多处于实验室阶段，实际工程应用较少。
5 钢铁工业废气脱硝技术建议
2010年本溪市主要的8家钢铁行业年排放氮氧化物约19960吨，占全市氮氧化物排放量44%，本溪市钢铁工业废气脱硝迫在眉睫。根据钢铁企业的实际情况选择高效的烟气脱硝技术是完成氮氧化物减排工作的首要任务。结合不同脱硝工艺的特点，对于已建好除尘脱硫设施的企业，烟气中NOx浓度不高、对脱氮效率要求较低的企业可选择SNCR脱硝技术，对脱氮效率要求较高的企业应选择SCR脱硝技术；对于新建的钢铁项目，优先考虑联合脱硫脱硝一体化技术，如活性炭同时脱硫脱硝技术等。
参考文献：
[1]韩剑宏.钢铁工业环保技术手册[M].化学工业出版社，2006，7：153.
[2]高洁.国内外目前具有研究价值的烟气脱硝技术[J].科技信息，2010，7：363.
[3]王方群，杜云贵等.国内燃煤电厂烟气脱硝发展现状及建议[J].电力环境保护，2007，23（3）：20-23.
[4]于树斌，崔钧等.烧结烟气脱硝技术的探讨[J].第八届（2011）中国钢铁年会论文集.
[4]顾卫荣，周明吉等.燃煤烟气脱硝技术的研究进展[J].化工进展，2012，9（31）：2084-2092.
[5]陈晓峰，郭道清等.燃煤电厂烟气脱硝技术现状探讨分析[J].工程技术与产业经济，2012，4：31-33.
[6]史少军，叶招莲.钢铁行业烧结烟气同时脱硫脱硝技术探讨[J].电力科技与环保，2010，3（26）：17-18.
[7]王旭伟，鄢晓忠等.国内外电厂燃煤锅炉烟气同时脱硫脱硝技术的研究进展[J].电站系统工程，2007，23（4）：5-7.
[8]谢浩，朴桂林.活性焦烟气脱硫/脱硝工艺在火电及钢铁行业中的应用[J].第十四届二氧化硫、氮氧化物、汞、细颗粒物污染控制技术与管理国际交流会论文集，278-283.
[9]沙乖凤.燃煤烟气脱硫脱硝技术研究进展[J].化学研究，2013，24（3）：315-321.
关键词：钢铁工业废气；脱硝技术
引 言：本溪市是一座以钢铁加工工业为主的城市，钢铁厂的烧结、球团、炼焦、化学副产品、炼铁、炼钢、轧钢、锻压、金属制品与铁合金、耐火材料、炭制品以及动力等生产环节，拥有排放大量烟气的各种窑炉[1]。大多数的工业炉窑产生的工业烟气中含有氮氧化物，它们大量排放到大气中，不仅形成酸雨，破坏臭氧层，并造成温室效应导致全球变暖。为减少氮氧化物的排放，2012年开始实施的《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》、《炼焦化学工业污染物排放标准》、《炼铁工业大气污染物排放标准》等均对废气中氮氧化物排放提出了严格的控制标准，钢铁工业废气中脱硫已经广泛开展，烟气脱硝将是“十二五”期间减排工作的重点。
本文着重介绍了选择性催化还原（SCR）脱硝技术、选择性非催化还原（SNCR）脱硝技术、活性炭法同时脱硫脱硝技术等，以期能为钢铁行业烟气脱硝技术的深入研究和推广提供一定的技术参考。
1 选择性催化还原（SCR）脱硝技术
SCR技术是还原剂（NH3、尿素、HC等）在催化剂（V2O5、TiO2、WO3等）的作用下，选择性地与烟气中NOx反应生成N2和H2O，反应温度为300～450℃。以NH3为还原剂的主要反应式为[2]：
SCR脱硝技术可直接从锅炉引入烟气，即脱硝反应器布置在锅炉省煤器后，空气预热器之前，称为高含尘工艺；也可用于引入预先除去烟尘烟气的情况，即脱硝反应塔布置在静电除尘器和脱硫装置之后，称为低含尘工艺。高含尘工艺投资低，但占地面积大，催化剂容易堵塞，同时由于副反应的发生会加剧空气预热器的堵塞和腐蚀。低含尘工艺有利于脱硝反应，催化剂使用寿命相对较长，但需要安装烟气换热器（GGH）并设置燃油或燃气装置加热烟气，投资和运行费用较高[3]。
SCR脱硝技术是目前国际上应用最多、技术最成熟的一种烟气脱硝技术，对氮氧化物的脱除率可达到70%～90%。该技术具有脱除效率高、无副产物、不形成二次污染，装置结构简单，运行可靠，便于维护等优点。
2 选择性非催化还原（SNCR）脱硝技术
SNCR技术是在没有催化剂的条件下，将还原剂（NH3、氨水、尿素）喷入燃烧室内与烟气中NOx进行反应将其还原为N2和H2O，反应温度为850～1200℃。NH3或尿素还原NOx的主要反应为[4]：
该工艺对于温度控制十分重要，当温度过低时，还原反应不完全，会造成还原剂NH3的逃逸同时脱硝效率降低；若温度过高，NH3容易被氧化为NO导致氮氧化物排放浓度增加。
SNCR技术投资成本低、运行费用低、系统结构简单、占地小、不产生副产物，但是脱硝效率仅为40～50%，目前单独使用SNCR工艺脱硝的較少，大多与其他脱硝技术联合应用[5][6]。
3 活性炭/活性焦同时脱硫脱硝技术
活性炭或活性焦作为吸附剂同时脱硫脱硝原理基本相同，吸附装置都是由吸附塔和再生塔组成，所不同的是活性炭吸附法有两个吸附塔，一个脱硫一个脱硝，而活性焦吸附法只有一个吸附塔，塔分两层，上层脱硝、下层脱硫，活性焦在塔内上下移动，烟气横向流过塔[7]。
烟气中的SO2在有氧和水蒸汽存在时，由于活性炭/活性焦表面的催化作用，SO2被烟气中的O2氧化为SO3，SO3再溶于水蒸汽生成硫酸，其反应如下：
在吸附塔中喷入NH3，烟气中的NO与NH3反应生成N2，其反应如下：
净化后的烟气排放。吸附了硫酸的活性炭在350℃下热解再生，同时释放出高浓度SO2，其反应如下：
再生后的活性炭/活性焦可循环使用。释放出的SO2气体进入副产物回收系统制成单质硫、硫酸或液态SO2回收[8][9]。
活性炭/活性焦同时脱硫脱硝技术在德国、日本和美国一些公司已经投入到工业应用中。该工艺SO2脱除率可达90%以上，NOx脱除率可达80%以上，同时可以去除烟气中的HCl、HF、砷、硒、汞、二噁英等有害物质，还可以进一步除尘。该技术不产生废水，还可出售副产物SO2；操作简单，运行维护方便。
4 其他烟气脱硝技术
随着技术的进步，碱液吸收法、电子束法、脉冲电晕等离子法、微生物法、微波法等烟气脱硝技术以及CuO法、电化学法、液膜法等同时脱硫脱硝技术不断发展，但目前大多处于实验室阶段，实际工程应用较少。
5 钢铁工业废气脱硝技术建议
2010年本溪市主要的8家钢铁行业年排放氮氧化物约19960吨，占全市氮氧化物排放量44%，本溪市钢铁工业废气脱硝迫在眉睫。根据钢铁企业的实际情况选择高效的烟气脱硝技术是完成氮氧化物减排工作的首要任务。结合不同脱硝工艺的特点，对于已建好除尘脱硫设施的企业，烟气中NOx浓度不高、对脱氮效率要求较低的企业可选择SNCR脱硝技术，对脱氮效率要求较高的企业应选择SCR脱硝技术；对于新建的钢铁项目，优先考虑联合脱硫脱硝一体化技术，如活性炭同时脱硫脱硝技术等。
参考文献：
[1]韩剑宏.钢铁工业环保技术手册[M].化学工业出版社，2006，7：153.
[2]高洁.国内外目前具有研究价值的烟气脱硝技术[J].科技信息，2010，7：363.
[3]王方群，杜云贵等.国内燃煤电厂烟气脱硝发展现状及建议[J].电力环境保护，2007，23（3）：20-23.
[4]于树斌，崔钧等.烧结烟气脱硝技术的探讨[J].第八届（2011）中国钢铁年会论文集.
[4]顾卫荣，周明吉等.燃煤烟气脱硝技术的研究进展[J].化工进展，2012，9（31）：2084-2092.
[5]陈晓峰，郭道清等.燃煤电厂烟气脱硝技术现状探讨分析[J].工程技术与产业经济，2012，4：31-33.
[6]史少军，叶招莲.钢铁行业烧结烟气同时脱硫脱硝技术探讨[J].电力科技与环保，2010，3（26）：17-18.
[7]王旭伟，鄢晓忠等.国内外电厂燃煤锅炉烟气同时脱硫脱硝技术的研究进展[J].电站系统工程，2007，23（4）：5-7.
[8]谢浩，朴桂林.活性焦烟气脱硫/脱硝工艺在火电及钢铁行业中的应用[J].第十四届二氧化硫、氮氧化物、汞、细颗粒物污染控制技术与管理国际交流会论文集，278-283.
[9]沙乖凤.燃煤烟气脱硫脱硝技术研究进展[J].化学研究，2013，24（3）：315-321.