低温脱硝技术在烧结的应用初探

2019-02-25 11:23:24 冶金设备: 于树斌 51

烧结烟气成分复杂,烟气温度低,处理难度大。分析了烧结烟气的组成及特点,概述了烟气SCR脱硝的应用现状。针对不同工艺存在的问题,对几种烧结烟气脱硝技术的可行性,进行了比较,展望了这些工艺的工程应用前景。

1前言

众所周知,氮氧化物是重要的大气污染物之一,对环境会产生严重的危害。冶金行业,烧结生产过程NOX排放量约占钢铁厂NOX排放总量的一半左右,因此,对烧结烟气NOX排放量的严格控制,可有效降低钢厂的NOX的排放量。并且国家也针对性地提高了烧结烟气排放标准,随着排放标准的进一步严格,大多数的烧结机都将需要安装脱硝设备。

2脱硝技术

2.1电厂脱硝技术

选择性催化还原(SCR)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,在电力行业广泛应用。SCR法的优点是脱硝效率高,可达90%以上;工艺设备紧凑,运行可靠;还原后的氮气放空,无二次污染。图1为与半干法脱硫结合的脱硝基本工艺流程。

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图1 SCR脱硝工艺基本流程

2.2焦化烟气脱硝技术

借鉴电厂脱硝的经验衍生出了焦化行业低温SCR脱硝技术,低温SCR技术是采用较低温度(小于300℃)的条件下活性较高的催化剂,利用NH3将烟气中的NOX还原为N2和H2O的技术,其与电厂SCR脱硝技术的最大区别在于催化剂的选用不同。目前应用成熟的焦化脱硝技术如表1。

表1应用成熟的焦化脱硝技术

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综上所述,SCR技术是目前最成熟的烟气脱硝技术,其在烧结烟气脱硝领域也必定有很好的应用前景。

3烧结烟气特点及SCR技术难点

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及焦炉烟气相

比,具有以下特点:

(1)由于漏风率高(40%~50%)和固体料循环率高,有相当一部分空气没有通过烧结料层,使烧结烟气量大大增加,每产生1吨烧结矿产生4000~6000m3烟气。

(2)烟气温度随工艺操作状况的变化较大,烟气温度在80℃~185℃,瞬间最高达200℃。

(3)CO含量较高,容易对人体造成伤害。

(4)烧结烟气含氧量高,达14%~18%,大大高于锅炉烟气的含氧量。

由于烧结工艺及原料成分和配比的不稳定性,致使烟气流量大,成分复杂,温度较低而且变化范围大,这些特点在一定程度上增加了烧结烟气的处理难度。

从烧结烟气的特点可以看出,采用SCR脱硝技术处理烧结烟气关注的焦点问题主要有以下几方面:

(1)烧结烟气的温度较低(<200℃),难以达到SCR方法催化剂活性温度,烧结烟气很难直接采用SCR技术,需要对烟气加热,使烟气温度达到催化剂最佳活性温度。

(2)烧结烟气不仅流量大,流量变化范围也大,NOX浓度较低,当采用SCR方法处理时,设计参数的选择一定要满足实际工况要求,同时又要充分考虑投资及运行成本。如果将烟气温度加热到合适的催化剂反应温度,运行费用太高。

(3)脱硝反应的产物是氮气和水。为了使脱硝反应得以进行,需要持续不断地供应氧气,而烧结烟气本身氧含量非常高,这一特点有利于选择性催化还原反应进行。

4烧结烟气脱硝推荐工艺

针对以上焦点问题,结合燃煤锅炉选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术,通过工艺优化和技术创新,设置工艺路线如下:

1)工艺路线1(图2)。将烟气脱硝工艺置于脱硫工艺之前,烧结烟气经加热装置升温,先进行SCR技术脱硝,然后用换热装置(可用余热锅炉回收,用于发电;也可采用其他换热装置)进行降温处理,出来的烟气经脱硫装置净化后,从烟囱排出。

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图 2 烧结烟气SCR脱硝工艺线路1

2)工艺路线2(图3)。烧结烟气进入CO催化氧化系统接触CO氧化剂后,将毒性大的CO氧化为无毒的CO2,高效去除CO,同时利用氧化反应放热特点,提升烟气温度100℃±,同时降低烟气中O2含量。提升温度后的烟气(200~240℃)经中低温SCR技术脱硝,出来的烟气经脱硫装置净化后,从烟囱排出。

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图 3 烧结烟气SCR脱硝工艺线路2

通过以上工艺线路的比较,工艺线路2的布置方式更为合理。因为,工艺线路2,经CO催化氧化后的烟气对后续的中低温SCR脱硝和湿法脱硫工艺没有任何影响,并且能达到以废治废的目的,CO的氧化效率能达到90%以上。而工艺线路1由于需将烟气温度经加热装置升温达350℃左右后,方能进行脱硝处理。因此,工艺线路1能源消耗较大,增加了运行成本。2种工艺路线的比较如表2。

表2工艺路线的比较

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5结语

面对日益严峻的环保要求形势,对NOX污染的控制与排放标准将会日趋严格,钢厂烧结烟气的脱硝处理是我们始终应该面对的问题。从以上分析可以看出,随着我国SCR脱硝技术的日趋完善,针对烧结烟气的特点,经过工艺优化和技术创新,把SCR烟气脱硝技术应用于钢铁厂烧结烟气处理,技术上是完全可行的。

烧结烟气脱硝的发展方向可以围绕中低温SCR技术和CO催化氧化展开,这种工艺路线脱硝效率高,能同时去除CO,以废治废,能前瞻性地解决CO的污染问题,具有广阔的应用前景和研究价值