王瑞良 鐘強 安紅亮
（河鋼集團邯鋼公司環保能源部，河北省邯鄲市 056015）
摘要：煙氣脫硫脫硝、除塵工藝是工業生產中重點工作內容之一，對降低氮氧化物以及二氧化硫排放量具有重要意義。本文在簡要分析工業生產燒結煙氣排放危害的基礎上，對去除SO2、NOx、二噁英的技術進行探究，并對綜合脫硫脫硝技術進行深入探析，以期進一步提高燒結煙氣脫硫脫硝效果，對滿足超低排放要求具有重要意義。
關鍵詞：燒結煙氣；脫硫脫硝；超低排放；除塵工藝
0 前言
在經濟社會快速發展的背景下，工業生產產生的帶有危害物質的煙氣已經嚴重影響大氣環境，特別是氮化物、硫化物以及一些重金屬污染物質，會對人們的身體健康造成極大的影響。因此，有必要進一步探討脫硫脫硝技術在實際工業生產中的應用，只有這樣才能從根本上改善人們的生活環境，對經濟社會未來發展具有重要意義。
1 燒結煙氣排放危害
燒結過程作為我國鋼鐵冶金生產流程中的重要組成部分，能夠為社會提供穩定且優質的燒結礦，但是會對生態環境造成極大的影響。隨著可持續發展以及綠色節能環保理念的逐漸深入，我國大多數企業已經擁有較為完善的粉塵治理設施設備，但是在脫硫脫硝技術運用上存在許多問題，其中危害較大的氣體污染物包括二氧化硫、氮氧化物以及二噁英。二氧化硫是形成酸雨的主要成分，主要來源于燒結環節中使用的鐵精粉以及一系列的固體燃料，大量的二氧化硫排放到空氣中會嚴重危害人體健康。氮氧化物主要來源于燒結過程中的碳氫化合物，或是充分分解的氮化合物，一定量的氮氧化物排放到空氣中會形成光化學煙霧，還會與平流層的臭氧發生反應，導致地面上生物受到紫外線的危害，嚴重會造成細胞分裂。二噁英是一種很難降解的物質，鋼鐵行業的冶煉過程會產生大量的二噁英，會對人身體的肝臟、內分泌系統造成嚴重的危害，一般會使用前驅物反應來消除該種物質。因此，為保證脫硫脫硝技術運用效果，主要是對以上三種燒結煙氣中的有害污染物質進行去除工作，以此保證工業生產的生態效益。
2 燒結煙氣脫硫脫硝技術
2.1 SO2的去除
2.1.1 濕法-石灰-石膏法
濕法石灰石膏法脫硫工藝是目前工業生產中最常應用的方法，產生的脫硫效果較為顯著。在運用該種方法的過程中，主要是將石灰石作為脫硫吸收劑，然后向脫硫吸收塔中加入石灰石吸收漿液。水與磨細的石灰石能夠形成吸收漿液，從而在脫硫吸收塔中與燒結煙氣充分反應，然后向其中一定量的空氣，以此保證二氧化硫能夠被充分氧化，最終形成容易脫出的石膏漿液，脫出石膏漿液使用到的機械設備為真空帶脫水機[1]。石灰-石膏濕法脫硫工藝具有操作成本低、投資合理、脫硫效果顯著等特點，最終產生的石膏也可被回收利用，但是在此過程中應注意廢水處理。許多工業企業為進一步提高該種脫硫技術的運行效果，通過大量研究，可在去除二氧化硫的工藝中加入1：1的天然沸石與硅酸鹽，以此提升石灰石漿液的應用效果。優化后的脫硫工藝，需要配合使用煙道除霧器，并控制燒結煙氣脫硫后二氧化硫的濃度在40mg/Nm3以下。此外，還可通過增大脫硫塔中燒結煙氣的流速來提升技術應用效果，主要是增加了液與氣之間的接觸面積，最終的脫硫效率高達90%以上。
2.1.2 半干法-SDA旋轉噴霧法
半干法-SDA旋轉噴霧法與濕法-石灰-石膏法相比，具有較高的脫硫效率與速度，兩種脫硫技術最大的不同在于，半干法脫硫工藝是在干態下完成的，并且最終去除二氧化硫的產物無廢水排出、沒有危害環境的酸性物質。半干法脫硫工藝中應用到的SDA旋轉噴霧法，是一種典型的處理燒結煙氣硫化物質的干態處理技術，工藝運行流程為：在電除塵裝置中進行燒結機頭煙氣的除塵處理，經過除塵處理的燒結煙氣進入到主抽風機，然后進入到SDA旋轉噴霧吸收塔中，使得經過霧化之后的煙氣能夠與石灰漿液充分接觸、反應。在該種脫硫工藝運行過程中，生石灰與水混合而成的石灰漿液是旋轉噴霧經常使用脫硫物質，在此過程中，石灰漿液霧滴能夠與煙氣快速發生物理反應，經過一系列凈化裝置凈化后，從煙囪排放。經過大量工廠實踐表明，半干法脫硫工藝具有適應性強、占地面積小、流程簡短等特點，并且不會侵蝕脫硫設備，若在原有的工藝基礎上增設供給石灰漿液的循環系統，能夠進一步提高燒結煙氣中含硫物質的去除效果，對今后工業生產發展具有十分重要的現實意義。
2.1.3 氨法脫硫技術
氨法脫硫技術是去除燒結煙氣中二氧化硫以及一系列含硫中間產物的一種重要方法，主要是運用氨水、液態氨作為含硫物質的吸收劑，使得燒結煙氣在強烈的氧化作用下形成硫酸銨，進而達到去除二氧化硫的目的。運用氨法脫硫工藝中較為重要的技術要點包括灰渣護理技術、亞硫酸銨的氧化以及吸收劑的選擇、結晶技術的應用等。通過大量實踐表明，氨法脫硫技術具有高效簡便、適用性強、處理效果明顯、無廢水等優勢，符合當下時代發展的綠色節能環保理念。該種脫硫技術在工業生產中廣泛應用之后，能夠保證燒結煙氣去除含硫物質的效率超過95%，經過凈化后的燒結煙氣中二氧化硫的含量小于200mg/Nm3，對保護大氣環境具有十分重要的現實意義，為今后脫硫技術的發展奠定了堅實基礎。
2.2 NOx的去除
根據不完全統計，目前工業生產，每一噸燒結礦就會產生4000-6000m3的有害燒結煙氣，并且其中含有大量的氮氧化物、一氧化碳等有害物質，對大氣環境造成極為嚴重的影響。含有大量有害物質的燒結煙氣引起復雜的成分，在不同環境溫度下會發生不同的反應，進而不利于經濟社會可持續發展目標的實現。
一般情況下，會運用催化還原法來處理燒結煙氣中的氮氧化物，具有脫硝效果顯著、運行穩定等特點。在運用催化還原法的過程中，主要是運用SCR技術，以此充分發揮出氨的氧化作用。與此同時，催化還原工藝中還將釩鎢鈦體系作為催化劑，并對反應溫度進行合理控制，進而促使燒結煙氣中的氮氧化物發生充分的還原反應。若脫硝工藝運行中的溫度低于350℃，則會導致氨與氧氣發生反應形成氨氣，若高于350℃，氨則會發生另一個副反應，一旦脫硝工藝中的溫度高于450℃，整個過程就會變得劇烈起來[2]。燒結煙氣經過氨的處理之后，使用靜電除塵器將其引入到脫硝處理系統中，在空氣預熱器以及煙道燃燒器的作用下，溫度便可達到450℃，這樣氮氧化物就會發生充分的反應，與一定量的空氣混合后通過頂部煙道進入到下一處理環節中，最終通過風門排出。
在國家對工業生產氮氧化物排放標準逐漸嚴格的背景下，SCR脫硝催化劑因其具有的高效低溫效果被廣泛應用于脫硝技術中。通常情況下，SCR脫硝催化劑包括分子篩催化劑、碳基催化劑、錳基催化劑等。經過大量研究與實踐表明，在不同的脫硝階段加入一定量的錳基脫硝催化劑能夠有效促進氮氧化物與氨的反應，以此充分發揮出氨的還原作用。值得注意的是，錳基脫硝催化劑在溫度較低時選擇氨氣的能力較差。針對這一問題，許多研究人員對錳基脫硝催化劑進行了一系列的改進，進一步提升了SCR脫硝催化劑整體應用效果。例如，脫硝技術運行中開始使用碳基材料來作為脫硝催化劑，碳基材料因其良好的導熱性以及優良的比表面積，為吸附劑作用的發揮提供更好的載體，真正實現氮氧化物轉化率升高的目標，對今后脫硝技術的發展與進步具有十分重要的現實意義。
2.3 二噁英的去除
二噁英作為燒結煙氣中另一種含量較多的有害物質，一般采用以下三種方法進行治理，進而從整體提升脫硫脫硝技術的應用效果。首先，對燒結原料進行合理選擇。由于燒結料中各種配加的含鐵物料，會在一定程度上促進二噁英的釋放。因此，應盡量選擇含銅、氯等元素較低的礦石進行生產，或是取消點除灰塵、高爐爐塵的方法來降低二噁英的釋放量。其次，對去除工藝進行合理選擇。在選擇去除二噁英的工藝時，應綜合考慮工業生產中脫硫脫硝工藝流程，以此實現整體去除有害物質效果的增強。經過大量試驗表明，可運用活性炭流動床或是布袋除塵器來提升捕捉有害物質的效率，證明二噁英的去除效果能夠達到90%以上，去除二氧化硫的效率高達95%。最后，對燒結工藝進行有效改進。在傳統的燒結工藝中，存在許多二噁英超額排放的環節，通過調整燒結工藝之后，能夠形成更多可控制二噁英釋放量的途徑，并且燒結煙氣中二氧化硫與氮氧化物的排放量也有所減少。例如，可以在燒結混合料中加入一定能夠破壞金屬活化性的物質，不僅能夠減少二噁英的生成，而且能夠抑制含硫以及氮氧化物的形成，是目前工業生產中較為有效的綜合治理技術，對今后脫硫脫硝技術的發展具有重要意義[3]。
2.4 綜合脫硫脫硝技術
2.4.1 活性炭脫硫脫硝一體化技術
若能夠將活性炭脫硫脫硝一體化技術運用到工業生產中，可在很大程度上去除燒結煙氣中的含硫物質與氮氧化物。在實際運用該種一體化技術時，活性焦具有較強的抗沖擊能力、抗壓性能與抗磨損能力，并且其良好的比表面積特性能夠有效提升脫硫脫硝效果。一般情況下，工業生產中經常使用直徑為7mm的圓柱型活性焦，并且空氣預加熱塔的溫度應控制120-160℃之間，以此保證綜合治理效果。此外，使用到的吸收塔主要分為量大部分，在進入第一部分時，燒結煙氣中的二氧化硫進行完全的反應，剩下的煙氣就會在引風機的作用下進入吸收塔的第二部分，在這一部分，活性焦會作為SCR工藝中的催化劑，若在100-120℃溫度之間向吸收塔中加入一定量的氨氣，會將剩余煙氣中的全部氮氧化物去除掉。在此之后，剩余煙氣會進入到下一再生產階段，控制此時的溫度在400℃左右，能夠將氣體中濃縮的二氧化硫解吸出來，被運輸到反應器之后會進行下一階段的反應，在循環操作中，進一步提升了資源的利用效率。因此，活性炭脫硫脫硝一體化技術不僅能夠有效提升鋼鐵企業的工作效率，而且不會對工業生產中的加熱設備、排水設備、脫硫脫硝設備等造成損害，去除粉塵、一系列有害物的效果也較為顯著。
2.4.2 循環流化床脫硫脫硝一體化技術
在鋼鐵企業生產過程中，循環流化床脫硫脫硝一體化技術是另一種廣泛應用的治理手段，能夠在很大程度上增強企業生態環保效果。在實際運用該種技術過程中，使用到的關鍵設備包括水系統、灰渣輸送系統、吸收劑儲存、循環系統等，使得燒結煙氣在風機以及除塵器的作用下，與相應的催化劑進行充分反應，使得煙氣中的NO完全轉換為NO2，并在脫硫脫硝設備的底部進一步增強煙氣的反應速率。與此同時，為保證脫硫脫硝的效果，會使用噴射裝置將吸收劑噴入反應底端，促使二氧化硫、氮氧化物以及其他有害物質在強烈的噴射作用下上升到反應塔頂端。如此反復、循環進行，通常是經歷150次之后，將處理后的煙氣排入袋式除塵器中，其中有少量氣體可以回收[4]。此過程產生的少量脫硫脫硝渣會在中間倉的作用下被送到渣倉中，達標的煙氣則通過煙道排放。因此，循環流化床脫硫脫硝一體化技術具有較強的燒結煙氣處理能力，含硫物質去除效率高達98%，為今后脫硫脫硝技術的發展與進步奠定堅實基礎。
2 結論
綜上所述，工業生產涉及到許多十分復雜的物理反應與化學反應，會在很大程度上增加環境保護的難度。因此，對去除二氧化硫、氮氧化物以及二噁英的脫硫脫硝技術進行分析，進一步明確使用綜合脫硫脫硝技術的重點，不僅能夠降低企業的運行成本，而且能進一步增加行業整體的運行效益，對進一步滿足燒結煙氣達到除塵以及超低排放標準具有重要意義。
參考文獻
[1] 蘇林琪.高效煙氣脫硫脫硝除塵技術在燒結機中的應用分析[J].江西建材,2021(01):216-217.
[2] 劉蘭鵬,施哲,黃幫福,等.炭基材料用于燒結煙氣協同脫硫脫硝的研究現狀[J].環境工程,2019,37(02):99-103+118.
[3] 樊響,鄧志鵬.超低排放條件下的燒結煙氣脫硫脫硝技術探討[J].山西冶金,2020,43(04):141-142.
[4] 楊光,張淑會,楊艷雙.燒結煙氣中氣態污染物的減排技術現狀及展望[J].礦產綜合利用,2021(01):45-56.