技术丨烧结机烟气脱硝脱二恶英技术及应用

北极星环保网讯:随着电力行业烟气脱硫、脱硝、除尘工程的全面实施，燃煤电力行业烟气污染已得到很大程度的控制，钢铁、水泥、工业窑炉等行业烟气污染受到了人们更多的关注。烧结烟气中的SO2、NOx和二恶英(DXN)等污染物是钢铁行业的主要污染源。国内基本实现大部分烧结、球团烟气脱硫任务，但是对于NOx和DXN等，目前均没有采取有效的专有装置进行脱除。GB 28662-2012《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》首次对NOx、DXN等排放浓度予以明确的限制。面对新的排放标准，烧结、球团厂必将迎来新一轮的NOx、DXN等脱除改造。

1  国内外烧结机烟气脱硝脱二恶英技术发展现状

目前，可以工程应用并且有实际业绩的烧结、球团烟气NOx和DXN治理技术只有活性炭吸附和选择性催化还原(S-SCR)两种技术。活性炭吸附技术是在20世纪50年代由德国Bergbau-Forschung公司开发，其主要原理是在活性炭吸收塔中，用活性炭(焦)吸附DXN和SO2，并用NH3还原NOx，可以实现同时脱硫脱硝脱二恶英功能。在日本新日铁住金、JFE、韩国浦项及澳大利亚博思格(BHP)、中国太钢等企业的烧结机烟气净化工程中均有应用案例。

S-SCR技术是在电力行业SCR脱硝技术基础上发展起来的，用于烧结烟气脱硝脱二恶英的工程技术，催化剂经过升级优化，实现了在同一反应器、同一催化剂表面同时脱硝脱二恶英的作用。此技术在中国台湾、韩国浦项及奥地利奥钢联均有建造工程业绩，目前共投运11台套，该工艺可与已建脱硫装置串联形成一体化烟气脱硫、脱硝及脱二恶英技术，但是在中国大陆尚无投用工程应用案例，目前宝钢股份4号烧结机烟气S-SCR脱硝脱二恶英工程项目正在紧张施工过程中，计划2016年9月建成投产。

1.1 活性炭吸附技术

活性炭(焦)脱硫脱硝脱二恶英技术是在活性炭吸收塔中，利用活性炭庞大的孔结构和比表面积，通过物理和化学吸附作用吸附烟气中的SO2、NOx、DXN，并用NH3还原吸附的NOx，实现同时脱硫脱硝脱二恶英。20世纪60年代日本也开始研发，通过合作和技术转移以及自主开发，形成日本住友、日本J-POWER(MET-Mitsui-BF)和德国WKV等几种主流工艺。

1.1.1 脱硝反应原理

1)选择性催化还原反应，改性过的活性炭亦具有一定的催化剂作用，将NO还原为N2，即NO NH3 1/4O2→N2 3/2H2O。

2)非选择性催化还原反应，氨气注入烟气后，会与吸附在活性炭上的SO2发生反应，生成氧化硫氨或硫氨，但是在活性炭再生时会作为-NHn基化合物残存于活性炭细孔之中。这种-NHn基物质被称为碱性化合物或还原性物质。活性炭在再生之后以含有这种碱性化合物的状态循环到吸附反应塔，与烟气中的NOx直接反应还原成为N2。这种反应是活性炭特有的脱硝反应，称为Non-SCR反应。

1.1.2 工艺流程

活性炭脱硝脱二恶英系统主要包括吸附反应系统、解吸系统、活性炭输送系统、活性炭补给系统。吸附系统主要设备由吸附塔、NH3添加系统等组成。在吸附塔内设置了进出口多孔板，使烟气流速均匀，提高净化效率。吸附塔内设置三层活性炭移动层，便于高效脱硫、脱硝。吸附了硫氧化物的活性炭，经过输送机送至解吸塔，在这里活性炭从上往下运行，首先经过加热段，被加热到超过400℃，将活性炭所吸附的物质解吸出来。富二氧化硫气体(SRG)被排至后处理设施，制备硫酸。解吸后的活性炭，在冷却段中冷却到150℃以下，然后经过输送机再次送至吸附塔，循环使用。

1.1.3 存在问题

活性炭吸附净化技术可以在同一套装置内实现同时脱硫、脱硝、脱二恶英效果，装置集中，方便管理，但随着此类工程装置的投入运行，其缺点也得到了进一步的体现：

1)脱硝效率。通过调整活性炭的循环量及新鲜活性炭的补给量，可以有效提高脱硫效率，但其脱硝效率相对较低，中国太钢烧结烟气活性炭吸附净化项目中，脱硝效率只有33%，在烧结烟气污染物排放标准日益严格的条件下，该脱硝性能将无法满足相应的排放要求。

2)烟气停留时间。烟气在吸附塔内的停留时间与烟气速度、活性炭移动速度有关，直接影响到系统的脱硫脱硝效率。烟气速度高，则烟气停留时间短，NOx等与活性炭表面接触不够充分，并且化学反应时间较短，降低系统的脱硫脱硝效率。活性炭移动速度慢，则活性炭再生率低，活性部分少，吸附SO2等污染物的能力也会降低，同时装置体积大，系统压损增加，投资和运行费用变大。

3)吸附温度。活性炭的吸附效率与操作温度密切相关。低温时，吸附塔内主要发生物理吸附，吸附量小，脱硫、脱硝效率较低。高温时，吸附塔内主要发生化学吸附，但活性炭表面不易吸附水分，吸附效率降低，同时由于温度过高，高活性的碳易被氧化，使活性炭损耗增大，系统运行费用增大，因此，最佳的吸附脱硝温度在130-150℃之间，较难适用烧结烟气的所有工况。

4)解吸温度。SO2的解吸需要一定的温度，一般在380-450℃。在此温度下，活性炭容易发生自燃，因此，解吸时需充入N2保护，同时也存在活性炭的自身氧化消耗，运行费用偏高。解吸时对活性炭加热的能耗占据活性炭吸附工艺总能耗的比例相当大，如何降低解吸温度是活性炭吸附工艺当前研究的重点之一。

5)控制系统。活性炭脱硝脱二恶英装置系统复杂，控制和检测参数巨大。据统计，一套活性炭脱硝系统I/O点数近一万，而S-SCR脱硝脱二恶英系统I/O点数不足1000。

6)氨耗和氨逃逸率。脱硝过程中，部分NH3吸附于活性炭表面，在解吸及活性炭运输过程中由于与活性炭表面的氧化性物质反应而被氧化消耗掉，同时解吸的氨气随烟气排放，造成氨逃逸率非常高，逃逸浓度通常在30mg/ Nm3左右，远远高于电力行业SCR脱硝系统氨逃逸不大于2.5mg/Nm3的要求。

7)二恶英的彻底净化。活性炭吸附下来的二恶英进行填埋处理，二恶英物理转移至土壤中，存在二次污染;进行解吸后深度氧化分解，需要配置焚烧炉等系统，投资和运行费用继续增大。因此，活性炭吸附技术不能完全满足绿色环保技术要求。