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摘要：針對(duì)燒結(jié)煙氣的特點(diǎn),分別討論了在CFB脫硫基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)脫硝的三種技術(shù)路線應(yīng)用于燒結(jié)脫硝技術(shù)的可行性。其中吸收劑+催化劑的氮硫聯(lián)合脫除工藝,因脫硝催化劑的活性溫度窗口(300~450℃)較高,難以適用于溫度較低(120~180℃)的燒結(jié)煙氣,開發(fā)出可以抗水抗硫的低溫脫硝催化劑是該技術(shù)路線取得突破的關(guān)鍵;NOXSO/SNAP工藝雖然可以獲得較好的氮硫脫除效果,但其工藝復(fù)雜,系統(tǒng)龐大,吸收劑成本較高,相比于傳統(tǒng)的單一污染物脫除方法并沒有優(yōu)勢(shì),難以在對(duì)生產(chǎn)成本敏感度很高的鋼鐵行業(yè)應(yīng)用;吸收劑+氧化劑的氮硫同時(shí)脫除工藝具有氧化劑成本較低,流化床設(shè)備改造容易,工藝流程簡(jiǎn)單等特點(diǎn),并已具備了初步的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),是目前燒結(jié)煙氣領(lǐng)域可行的CFB同時(shí)脫硫脫硝工藝。

1引言

隨著我國大氣環(huán)境形勢(shì)的Ft益嚴(yán)峻，大氣污染物控制的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)也不斷提高。目前，作為減排重點(diǎn)的煤電行業(yè)的污染物控制標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)與歐美發(fā)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)看齊，減排的焦點(diǎn)開始向其他行業(yè)轉(zhuǎn)移。冶金行業(yè)，尤其是鋼鐵生產(chǎn)過程中排放的燒結(jié)煙氣作為排放總量第二的工業(yè)廢氣，首當(dāng)其沖的成為了下一個(gè)治理重點(diǎn)。按照最新的標(biāo)準(zhǔn)(GB28662—2012)，自2015年1月1日起，我國所有燒結(jié)機(jī)煙氣排放的SO2濃度不得超過200mg／m3；NOx的濃度不得超過300mg／m3。中科院閆曉淼等人對(duì)我國數(shù)十臺(tái)燒結(jié)機(jī)煙氣污染物的排放特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)研究。結(jié)果表明，在現(xiàn)有的排放標(biāo)準(zhǔn)下，幾乎所有的燒結(jié)機(jī)都需要安裝脫硫效率在90％以上的脫硫設(shè)備，大約16％的燒結(jié)機(jī)需要安裝脫硝效率在50％以上的脫硝設(shè)備。燒結(jié)機(jī)NOx的平均排放濃度為224mg／m3，顯然，隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步嚴(yán)格，大多數(shù)的燒結(jié)機(jī)都將需要安裝脫硝設(shè)備。

燃煤煙氣脫硫脫硝已經(jīng)有了多年深入的研究，并總結(jié)出了許多成熟的技術(shù)工藝，尤其是以鈣基吸收劑濕法脫硫加選擇性催化還原脫硝(WFGD+SCR)為主的工藝路線得到了廣泛的商業(yè)應(yīng)用。這些可以為燒結(jié)煙氣脫硫脫硝提供有價(jià)值的借鑒，但是必須認(rèn)識(shí)到燒結(jié)煙氣的產(chǎn)身特點(diǎn)，不能簡(jiǎn)單的將燃煤煙氣的脫硫脫硝技術(shù)應(yīng)用到燒結(jié)煙氣上來。比較而言，燒結(jié)煙氣具有以下特點(diǎn)：1)煙氣量大且不穩(wěn)定，生產(chǎn)每噸燒結(jié)礦可以產(chǎn)生大約1500—3000m的煙氣量。受燒結(jié)料透氣性和鋪料均勻性的影響，煙氣量的波動(dòng)幅度可以達(dá)到40％；2)受燒結(jié)原料的影響，燒結(jié)煙氣的成分復(fù)雜，除了SO2和NOx外，還含有HF、HC1、含鐵粉塵和重金屬等；3)相比燃煤電站，燒結(jié)煙氣中SO2和NOx的濃度相對(duì)較低，且波動(dòng)較大。SO2濃度一般在300—800ppm范圍內(nèi)，高的可達(dá)2000—4000ppm，NOx的濃度一般在150—300ppm范圍內(nèi)變化，最高達(dá)500ppm；4)煙氣含氧量較高，相比于電廠煙氣8％左右的含氧量，燒結(jié)煙氣的含氧量一般可達(dá)15％；5)含濕量大(10％左右)，露點(diǎn)溫度高(65～80oC)；6)煙氣溫度較低，一般溫度范圍為120—180qC，部分鋼廠燒結(jié)機(jī)煙氣可以低至80℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)脫硝催化劑適用的溫度范圍(350—450℃)，脫硝難度大。

針對(duì)燒結(jié)煙氣的這些特點(diǎn)，循環(huán)流化床脫硫工藝表現(xiàn)出了良好的煙氣凈化性能。它具有煙氣適應(yīng)能力強(qiáng)，流程簡(jiǎn)單、投資小、占地少、不需要煙氣再熱系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)；可脫除部分重金屬，尤其是汞；相比于濕法脫硫技術(shù)(WFGD)對(duì)SO有良好的脫除效果。經(jīng)濟(jì)分析表明，CFB—FGD的投資運(yùn)行成本約是WFGD工藝的60％，與旋轉(zhuǎn)噴霧干燥工藝(SDA)相比，運(yùn)行費(fèi)用相近，初期投資約是其80％。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2013年5月，全國鋼鐵工業(yè)共有454臺(tái)燒結(jié)機(jī)配置了372套脫硫系統(tǒng)，其中有32套采用循環(huán)流化床法，180套采用濕法石灰石石膏脫硫技術(shù)，氨法，氧化鎂法和旋轉(zhuǎn)噴霧法分別為31套，20套和26套。CFB—FGD法在燒結(jié)煙氣領(lǐng)域已經(jīng)成為僅次于WFGD的主流技術(shù)，且因其對(duì)燒結(jié)煙氣的良好適應(yīng)性正得到越來越廣泛的應(yīng)用。而在脫硝領(lǐng)域，國內(nèi)目前得到實(shí)際工程應(yīng)用的只有活性焦同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)。2011年太原鋼鐵最早在450m燒結(jié)機(jī)上應(yīng)用了該技術(shù)，2015年聯(lián)豐鋼鐵在400m的燒結(jié)機(jī)上投運(yùn)了相關(guān)設(shè)備，寶鋼湛江及日照鋼鐵等廠家的燒結(jié)機(jī)活性焦同時(shí)脫硫脫硝設(shè)備也即將投運(yùn)，但是該工藝存在投資大、運(yùn)行成本高，大規(guī)模改造應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性較差等問題。因此，可以預(yù)見，在不久的將來已經(jīng)安裝脫硫設(shè)備的燒結(jié)機(jī)都將面臨脫硝改造的壓力。如能在循環(huán)流化床脫硫的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫硝，不僅適應(yīng)了燒結(jié)煙氣NOx含量低，脫除標(biāo)準(zhǔn)低的特點(diǎn)，而且改造簡(jiǎn)單，成本低，必然會(huì)擁有廣闊的應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)值。

2煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝

循環(huán)流化床脫硫工藝在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的主要有四種。分別是德國Lurgi開發(fā)的循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝(Lurgi．CFB)，德國Wulff公司開發(fā)的煙氣回流循環(huán)流化床脫硫工藝(RCFB)，丹麥FLS公司開發(fā)的氣體懸浮吸收脫硫工藝(GSA)和美國ABB公司開發(fā)的增濕灰循環(huán)脫硫技術(shù)(NID)。Lurgi—CFB是最早應(yīng)用于煙氣脫硫的循環(huán)流化床工藝，它主要由吸收劑制備裝置，吸收塔，吸收劑回流系統(tǒng)，除塵器等幾