球團煙氣超低排放脫硝技術的研究

　　1 球團煙氣凈化概述

　　在當前的燒結球團煙氣凈化過程中，主要是對其的二氧化硫含量以及煙塵等有效降低，防止排放到大氣中的煙氣內二氧化硫濃度超標。早期，在對燒結球團進行煙氣凈化時，主要采用的是石灰石膏濕法脫硫技術。這種技術能夠有效地進行脫硫。但對煙氣中的氮氧化物的去除基本沒有效果。隨著鋼鐵行業大氣污染物排放標準的不斷提高，球團排放煙氣中的二氧化硫、氮氧化物、粉塵的排放濃度都要達到超低排放的要求。超低排放要求二氧化硫35mg/m3、氮氧化物50mg/m3、粉塵10mg/m3。現有的球團生產條件下，鏈篦機回轉窯系統產生的煙氣中含有的氮氧化物含量一般在160~400mg/m3之間，遠高于超低排放的要求，因此，有必要對球團煙氣進行超低排放技術研究，提高脫硝效率，保證凈化后的煙氣符合超低排放的要求。

　　2 球團煙氣超低排放技術

　　2.1 對源頭氮氧化物（NOx）的控制技術

　　煙氣脫硝技術主要有有催化還原法（選擇性催化還原和非選擇性催化還原）、物理吸附法、氧化吸收法、循環流化床法、高能電子氧化法等，球團煙氣具有流量大、成分復雜、溫度低、煙氣成分波動大的明顯特征，各種脫硝技術在球團領域的應用還不太成熟，活性碳脫銷和選擇性催化還原脫銷工藝脫硝效率高，但存在前期投資和運行成本費用太高，企業很少采用末端治理的技術進行煙氣脫硝。企業必須加強生產過程控制，從源頭上降低氮氧化物含量。

　　熱力條件和生成途徑的差異可能會導致燒結煙氣內的氮氧化物類型不同，一般可以分為熱力型、燃料型、瞬時型。在球團生產工藝過程中，燃料型以及瞬時型的氮氧化物生成量比較少，主要是熱力型的氮氧化物，一般受生產過程中溫度的影響，其排放量與球團燒結的溫度相關。根據一些研究發現，鐵礦球團內部的含氮量很少，在球團燒結過程中，用等離子點火噴煤燃燒供熱的，每天的用煤量很少。球團燒結過程中，鏈篦機回轉窯溫度達到800℃~1600℃時氮氧化物生成比較多，通過優化燃料配比、優化燃燒過程控制，在滿足球團回轉窯供熱的同時，避免燃燒火焰局部高溫產生較多的熱力型氮氧化物。特別是固體燃料中揮發性氮含量較多時，燒結球團煙氣內的氮氧化物含量也比較高。如果選擇使用100%焦粉代替50%無煙煤+50%焦粉，能夠在很大程度上降低氮氧化物的排放濃度，其降低程度能達到40%左右。而在運行投資方面可以，以球團運行過程為研究對象發現，一噸成品球團礦需要消耗的焦粉為26.5kg，無煙煤消耗量為26.5kg，對運行費用進行折合計算，可以得出每噸球團礦大約為40.5元。而完全使用焦粉作為固體燃料，充分考慮焦粉熱值，其折算下來的運行費用為每噸球團礦費用大約為42 元，每一噸球團僅會增加1.5元。但是球團煙氣的處理成本遠遠低于新增脫硝設備的運行費用。因此，在選擇球團固體燃料時，可以考慮全部采用焦粉作為固體燃料。而使用無煙煤可以選擇揮發性氮含量比較低的無煙煤，這樣可以降低燒結煙氣內氮氧化物排放量濃度。除此之外，在燃燒過程中要嚴格控制固體燃料的用量，可以使用厚料層燒結或者煙氣循環技術，能夠有效降低固體燃料用量，從而降低燒結煙氣內氮氧化物排放濃度。從源頭上對氮氧化物含量進行控制，能夠極大提高脫銷效率[2]。

　　2.2 低溫SCR脫硝技術

　　通常情況下，球團煙氣排放的溫度要控制在100℃~180℃之間，而在燒結煙氣凈化過程中使用的V-Ti 催化劑的使用溫度最低規定為280℃，如果使用脫硫+脫銷或者脫銷+脫硫的聯合凈化技術，就需要對燒結煙氣進行加熱處理，才能夠使用催化劑。但是對燒結煙氣加熱處理的成本比較高。為了解決低溫脫硝的問題，使用低溫SCR催化劑對其進行處理。目前開發出來的低溫催化劑能夠適應130℃~260℃的溫度。但是對進入SCR反應器內的燒結煙氣組成成分要求比較嚴格。例如，必須保證二氧化硫的濃度低于10ppm，并且要確保進入SCR反應器內的煙氣水分含量比較低。而在當前的脫硫工藝使用過程中，因為進入SCR 反應器內的煙氣內二氧化硫已經基本脫除，能夠滿足二氧化硫濃度低于10ppm 的要求，但是脫硫過后的煙氣水分含量比較高，這樣也會對低溫催化劑的效果產生一定影響。而煙氣在進行脫硝過程中，需要加入NH3，其會與進入SCR反應器內二氧化硫反應產生硫酸氨。因此在使用SCR 處理技術時，將低溫SCR脫硝放在石灰石膏濕法脫硫之前，煙氣溫度和濕度都能達到低溫SCR脫銷技術要求。并且濕法脫硫對球團煙氣內的氮氧化物濃度影響比較小。煙氣經過脫硫吸收塔處理后，基本能夠去除95%以上的二氧化硫，經過濕法脫硫后的煙氣濕度較大，后續再加濕電除塵去除煙氣里面的水分、粉塵，煙氣達標排放。

　　2.3 碳材料改性技術

　　一般情況下，活性炭是很多污染物凈化工藝過程中的吸附劑以及催化劑，活性炭的質量好壞會直接影響燒結球團煙氣脫硫脫硝除塵技術質量，同時也會對工程設計的成本和投資運行的成本造成一定影響。在選擇活性炭時，必須對活性炭的耐壓強度、耐磨強度、硫容以及脫銷值等參數進行檢查。通常情況下，在保證活性炭的脫硝效率的基礎上，可以降低活性炭循環的循環下料量，從而有效地降低投資和運行成本，現階段，在一些工程實踐過程中，對活性炭的脫硝能力進行了比較多的研究和試驗。同時也對改變活性炭表面以及附著金屬離子進行了改性研究，能夠對活性炭的化學吸附特性以及表面官能團種類進行有效的改變，這樣可以增強活性炭的效用。需要注意的是在對活性炭材料進行改性時，必須保證其能夠滿足脫硫脫硝能力，在此基礎上可以盡量提高活性炭的耐磨與耐壓強度，提高球團煙氣凈化效益[3]。

　　3 結語

　　隨著我國對鋼鐵燒結球團工業大氣污染物的排放標準的改進，對氮氧化物的排放有了更加明確和具體的限制，在一些地方對氮氧化物的排放標準有更加嚴格的要求。現階段，對球團煙氣進行凈化時，主要以是脫硫設備主完成。球團煙氣超低排放中，提高脫硝技術水平是當前球團煙氣凈化技術面臨的難點問題。其中，對氮氧化物的源頭進行控制是一種比較好的控制方法。采取氮氧化物源頭控制方法，能夠保證球團煙氣排放達到排放標準。但是，源頭控制方法對氮氧化物的生成能力控制比較有限，不能適應越來越嚴格的環保要求。因此，必須輔助以其他的氮氧化物末端治理技術才能夠確保燒結球團煙氣超低排放標準。使用活性炭脫硝和低溫SCR脫硝技術對燒結煙氣氮氧化物進行末端治理。對燒結煙氣凈化技術進行改造時，可以使用煙氣循環以及專用脫硝煙道的綜合技術，這樣能夠有效的降低煙氣系統的投資和運行成本。總之根據球團煙氣的具體情況，選擇最佳的煙氣凈化技術，保證球團煙氣凈化能夠達到國家要求的排放標準。才能夠有效地降低有害氣體的排放對空氣質量的不利影響。