钢铁工业氮氧化物污染防治途径研究

环保网讯:钢铁工业是国家工业发展的基础，同时也是环境污染的大户。近年来，中国环保形势日益严峻，2015年将执行新的环境保护法，且新的钢铁行业污染物排放标准对NOx的排放也提出了愈发严格的要求。虽然钢铁工业在除尘、脱硫等方面取得了长足的进步，但是对于氮氧化物的污染防治尚处于起步阶段，因此对于钢铁工业氮氧化物污染防治技术途径的研究就显得尤为重要。本文在充分收集国内外资料的基础上，详细分析了钢铁工业氮氧化物的产生环节和生成机理，并在此基础上，收集并整理了国内外钢铁工业氮氧化物污染防治技术途径，为钢铁工业环境管理提供技术支撑。

1钢铁工业氮氧化物主要污染源

据国内外研究表明:钢铁工业氮氧化物(NOx)主要污染源见表1。其中烧结和自备电厂NOx排放居整个钢铁企业NOx排放的头两位，而烧结工序约占到整个钢铁工业排放量的一半左右。因此，烧结工序和自备电厂烟气NOx控制是钢铁企业NOx减排的重点。

2钢铁工业氮氧化物生成机理

2.1热力型NOx

热力型NOx的生成是空气中的N2与过剩的O2在高温下反应生成NO。其中，温度是影响NOx生成最重要和最显著的因素，随着温度的升高，NOx达到峰值，然后由于发生高温分解反应而有所降低，并且随着O2浓度和空气预热温度的增高，NOx生成量存在一个最大值。当O2浓度过高时，由于存在过量氧对火焰的冷却作用，NOx值有所降低。因此，尽量避免出现氧浓度、温度峰值是降低热力型NOx的有效措施之一。

2.2燃料型NOx

燃料型NOx的生成过程可分为3个阶段:首先是有机氮化合物随挥发分析出一部分;其次是挥发分中氮化物燃烧;最后是焦炭中有机氮燃烧。挥发有机氮生成NO的转化率随燃烧温度上升而增大，当燃烧温度水平较低时，燃料氮的挥发分份额明显下降。另外，燃料型NOx的生成量与火焰附近氧浓度密切相关，还与燃料品种和燃烧方式有关。

2.3快速型NOx

快速型NOx是由空气总氮和燃料中碳氢离子NOx，来自燃料中含氮有机物转化，以NO形式存在;自备电厂锅炉，也是燃料型NOx为主，占总生成量的60%以上;焦化是一个干馏过程，即隔绝空气加热，煤发生分解产生焦炉煤气，煤中的氮元素在高温作用下发生反应生成NH3或者NOx，因此焦化工序也是燃料型NOx为主;除此之外，钢铁其他工序燃料多以气体燃料为主(含氮量较低)，因此轧钢、炼铁等工序NOx的产生以热力型为主。

3钢铁工业氮氧化物污染防治途径

3.1烧结工序NOx污染防治途径

由于烧结烟气的复杂性，对烧结烟气各类脱硝技术的研究较多，但真正投入工业化运行的相对较少。目前，烧结工序NOx污染防治途径主要有烟气再循环技术和活性炭吸附技术。

3.1.1烟气再循环技术

烟气再循环技术是将一部分热废气被再次引入烧结过程的循环技术。热废气再次通过烧结料层时，一方面，可降低混合气中的氧浓度，起到热量吸收体的作用，不致使燃烧温度变得过高，从而抑制NOx的生成;另一方面，其中的NOx能够通过热分解被部分破坏，废气中的CO在烧结过程中再次参加还原还可降低固体燃料消耗。

典型的废气循环利用工艺有EOS(EmissionOptimizedSinte-ring)和LEEP工艺(LowEmission&EnergyoptimizedsinterProduction)，EOS工艺已在克鲁斯艾莫伊登烧结厂实现工业化应用，LEEP工艺是由德国HKM公司研发的并在烧结机上实现了工业化，宝钢在国内率先掌握烧结废气余热循环利用关键技术，2012年国内首套烧结机废气循环中试装置应用于宝钢不锈钢有限公司2号烧结机，2013年国内首个大型烧结废气余热循环利用项目在宝钢宁波钢铁有限公司建成投运。

废气循环法既可降低污染物的总排放量，又可减少总废气量，投资和运行成本大大降低，但由于烧结过程氧含量的降低，使得烧结生产效率和烧结矿质量受到一定程度的影响。

3.1.2活性炭吸附法

活性炭吸附法是一种将烧结机烟气的除尘、脱硫、脱硝3种功能集于一身的多污染物协同控制技术，同时该方法也兼有去除二噁英、Hg、HCl等效果。该法通常使用高质量的、价格昂贵的活性炭，并且会产生副产品硫酸。活性炭床通过水和蒸汽达到再生的效果。当废气被引导通过活性炭床时，污染物即被活性炭吸收。如果要去除废气中的NOx，需要在废气通过活性炭床之前，向废气中喷洒NH3才能实现。该法视运行温度、添加物NH3以及设计情况不同，脱氮效率可以达80%～90%。日本、澳大利亚、韩国均有烧结机应用了该技术[5]。2010年，中国太钢2台450m2烧结机也使用了活性炭吸附法，NOx净化效果见表2。总体而言活性炭吸附法烟气净化效率高，无二次污染，吸附剂活性炭可循环再生使用，但是该方法投资大、运行成本较高，装备需进口。

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