王瑞良 钟强 安红亮
（河钢集团邯钢公司环保能源部，河北省邯郸市 056015）
摘要：烟气脱硫脱硝、除尘工艺是工业生产中重点工作内容之一，对降低氮氧化物以及二氧化硫排放量具有重要意义。本文在简要分析工业生产烧结烟气排放危害的基础上，对去除SO2、NOx、二噁英的技术进行探究，并对综合脱硫脱硝技术进行深入探析，以期进一步提高烧结烟气脱硫脱硝效果，对满足超低排放要求具有重要意义。
关键词：烧结烟气；脱硫脱硝；超低排放；除尘工艺
0 前言
在经济社会快速发展的背景下，工业生产产生的带有危害物质的烟气已经严重影响大气环境，特别是氮化物、硫化物以及一些重金属污染物质，会对人们的身体健康造成极大的影响。因此，有必要进一步探讨脱硫脱硝技术在实际工业生产中的应用，只有这样才能从根本上改善人们的生活环境，对经济社会未来发展具有重要意义。
1 烧结烟气排放危害
烧结过程作为我国钢铁冶金生产流程中的重要组成部分，能够为社会提供稳定且优质的烧结矿，但是会对生态环境造成极大的影响。随着可持续发展以及绿色节能环保理念的逐渐深入，我国大多数企业已经拥有较为完善的粉尘治理设施设备，但是在脱硫脱硝技术运用上存在许多问题，其中危害较大的气体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，主要来源于烧结环节中使用的铁精粉以及一系列的固体燃料，大量的二氧化硫排放到空气中会严重危害人体健康。氮氧化物主要来源于烧结过程中的碳氢化合物，或是充分分解的氮化合物，一定量的氮氧化物排放到空气中会形成光化学烟雾，还会与平流层的臭氧发生反应，导致地面上生物受到紫外线的危害，严重会造成细胞分裂。二噁英是一种很难降解的物质，钢铁行业的冶炼过程会产生大量的二噁英，会对人身体的肝脏、内分泌系统造成严重的危害，一般会使用前驱物反应来消除该种物质。因此，为保证脱硫脱硝技术运用效果，主要是对以上三种烧结烟气中的有害污染物质进行去除工作，以此保证工业生产的生态效益。
2 烧结烟气脱硫脱硝技术
2.1 SO2的去除
2.1.1 湿法-石灰-石膏法
湿法石灰石膏法脱硫工艺是目前工业生产中最常应用的方法，产生的脱硫效果较为显著。在运用该种方法的过程中，主要是将石灰石作为脱硫吸收剂，然后向脱硫吸收塔中加入石灰石吸收浆液。水与磨细的石灰石能够形成吸收浆液，从而在脱硫吸收塔中与烧结烟气充分反应，然后向其中一定量的空气，以此保证二氧化硫能够被充分氧化，最终形成容易脱出的石膏浆液，脱出石膏浆液使用到的机械设备为真空带脱水机[1]。石灰-石膏湿法脱硫工艺具有操作成本低、投资合理、脱硫效果显著等特点，最终产生的石膏也可被回收利用，但是在此过程中应注意废水处理。许多工业企业为进一步提高该种脱硫技术的运行效果，通过大量研究，可在去除二氧化硫的工艺中加入1：1的天然沸石与硅酸盐，以此提升石灰石浆液的应用效果。优化后的脱硫工艺，需要配合使用烟道除雾器，并控制烧结烟气脱硫后二氧化硫的浓度在40mg/Nm3以下。此外，还可通过增大脱硫塔中烧结烟气的流速来提升技术应用效果，主要是增加了液与气之间的接触面积，最终的脱硫效率高达90%以上。
2.1.2 半干法-SDA旋转喷雾法
半干法-SDA旋转喷雾法与湿法-石灰-石膏法相比，具有较高的脱硫效率与速度，两种脱硫技术最大的不同在于，半干法脱硫工艺是在干态下完成的，并且最终去除二氧化硫的产物无废水排出、没有危害环境的酸性物质。半干法脱硫工艺中应用到的SDA旋转喷雾法，是一种典型的处理烧结烟气硫化物质的干态处理技术，工艺运行流程为：在电除尘装置中进行烧结机头烟气的除尘处理，经过除尘处理的烧结烟气进入到主抽风机，然后进入到SDA旋转喷雾吸收塔中，使得经过雾化之后的烟气能够与石灰浆液充分接触、反应。在该种脱硫工艺运行过程中，生石灰与水混合而成的石灰浆液是旋转喷雾经常使用脱硫物质，在此过程中，石灰浆液雾滴能够与烟气快速发生物理反应，经过一系列净化装置净化后，从烟囱排放。经过大量工厂实践表明，半干法脱硫工艺具有适应性强、占地面积小、流程简短等特点，并且不会侵蚀脱硫设备，若在原有的工艺基础上增设供给石灰浆液的循环系统，能够进一步提高烧结烟气中含硫物质的去除效果，对今后工业生产发展具有十分重要的现实意义。
2.1.3 氨法脱硫技术
氨法脱硫技术是去除烧结烟气中二氧化硫以及一系列含硫中间产物的一种重要方法，主要是运用氨水、液态氨作为含硫物质的吸收剂，使得烧结烟气在强烈的氧化作用下形成硫酸铵，进而达到去除二氧化硫的目的。运用氨法脱硫工艺中较为重要的技术要点包括灰渣护理技术、亚硫酸铵的氧化以及吸收剂的选择、结晶技术的应用等。通过大量实践表明，氨法脱硫技术具有高效简便、适用性强、处理效果明显、无废水等优势，符合当下时代发展的绿色节能环保理念。该种脱硫技术在工业生产中广泛应用之后，能够保证烧结烟气去除含硫物质的效率超过95%，经过净化后的烧结烟气中二氧化硫的含量小于200mg/Nm3，对保护大气环境具有十分重要的现实意义，为今后脱硫技术的发展奠定了坚实基础。
2.2 NOx的去除
根据不完全统计，目前工业生产，每一吨烧结矿就会产生4000-6000m3的有害烧结烟气，并且其中含有大量的氮氧化物、一氧化碳等有害物质，对大气环境造成极为严重的影响。含有大量有害物质的烧结烟气引起复杂的成分，在不同环境温度下会发生不同的反应，进而不利于经济社会可持续发展目标的实现。
一般情况下，会运用催化还原法来处理烧结烟气中的氮氧化物，具有脱硝效果显著、运行稳定等特点。在运用催化还原法的过程中，主要是运用SCR技术，以此充分发挥出氨的氧化作用。与此同时，催化还原工艺中还将钒钨钛体系作为催化剂，并对反应温度进行合理控制，进而促使烧结烟气中的氮氧化物发生充分的还原反应。若脱硝工艺运行中的温度低于350℃，则会导致氨与氧气发生反应形成氨气，若高于350℃，氨则会发生另一个副反应，一旦脱硝工艺中的温度高于450℃，整个过程就会变得剧烈起来[2]。烧结烟气经过氨的处理之后，使用静电除尘器将其引入到脱硝处理系统中，在空气预热器以及烟道燃烧器的作用下，温度便可达到450℃，这样氮氧化物就会发生充分的反应，与一定量的空气混合后通过顶部烟道进入到下一处理环节中，最终通过风门排出。
在国家对工业生产氮氧化物排放标准逐渐严格的背景下，SCR脱硝催化剂因其具有的高效低温效果被广泛应用于脱硝技术中。通常情况下，SCR脱硝催化剂包括分子筛催化剂、碳基催化剂、锰基催化剂等。经过大量研究与实践表明，在不同的脱硝阶段加入一定量的锰基脱硝催化剂能够有效促进氮氧化物与氨的反应，以此充分发挥出氨的还原作用。值得注意的是，锰基脱硝催化剂在温度较低时选择氨气的能力较差。针对这一问题，许多研究人员对锰基脱硝催化剂进行了一系列的改进，进一步提升了SCR脱硝催化剂整体应用效果。例如，脱硝技术运行中开始使用碳基材料来作为脱硝催化剂，碳基材料因其良好的导热性以及优良的比表面积，为吸附剂作用的发挥提供更好的载体，真正实现氮氧化物转化率升高的目标，对今后脱硝技术的发展与进步具有十分重要的现实意义。
2.3 二噁英的去除
二噁英作为烧结烟气中另一种含量较多的有害物质，一般采用以下三种方法进行治理，进而从整体提升脱硫脱硝技术的应用效果。首先，对烧结原料进行合理选择。由于烧结料中各种配加的含铁物料，会在一定程度上促进二噁英的释放。因此，应尽量选择含铜、氯等元素较低的矿石进行生产，或是取消点除灰尘、高炉炉尘的方法来降低二噁英的释放量。其次，对去除工艺进行合理选择。在选择去除二噁英的工艺时，应综合考虑工业生产中脱硫脱硝工艺流程，以此实现整体去除有害物质效果的增强。经过大量试验表明，可运用活性炭流动床或是布袋除尘器来提升捕捉有害物质的效率，证明二噁英的去除效果能够达到90%以上，去除二氧化硫的效率高达95%。最后，对烧结工艺进行有效改进。在传统的烧结工艺中，存在许多二噁英超额排放的环节，通过调整烧结工艺之后，能够形成更多可控制二噁英释放量的途径，并且烧结烟气中二氧化硫与氮氧化物的排放量也有所减少。例如，可以在烧结混合料中加入一定能够破坏金属活化性的物质，不仅能够减少二噁英的生成，而且能够抑制含硫以及氮氧化物的形成，是目前工业生产中较为有效的综合治理技术，对今后脱硫脱硝技术的发展具有重要意义[3]。
2.4 综合脱硫脱硝技术
2.4.1 活性炭脱硫脱硝一体化技术
若能够将活性炭脱硫脱硝一体化技术运用到工业生产中，可在很大程度上去除烧结烟气中的含硫物质与氮氧化物。在实际运用该种一体化技术时，活性焦具有较强的抗冲击能力、抗压性能与抗磨损能力，并且其良好的比表面积特性能够有效提升脱硫脱硝效果。一般情况下，工业生产中经常使用直径为7mm的圆柱型活性焦，并且空气预加热塔的温度应控制120-160℃之间，以此保证综合治理效果。此外，使用到的吸收塔主要分为量大部分，在进入第一部分时，烧结烟气中的二氧化硫进行完全的反应，剩下的烟气就会在引风机的作用下进入吸收塔的第二部分，在这一部分，活性焦会作为SCR工艺中的催化剂，若在100-120℃温度之间向吸收塔中加入一定量的氨气，会将剩余烟气中的全部氮氧化物去除掉。在此之后，剩余烟气会进入到下一再生产阶段，控制此时的温度在400℃左右，能够将气体中浓缩的二氧化硫解吸出来，被运输到反应器之后会进行下一阶段的反应，在循环操作中，进一步提升了资源的利用效率。因此，活性炭脱硫脱硝一体化技术不仅能够有效提升钢铁企业的工作效率，而且不会对工业生产中的加热设备、排水设备、脱硫脱硝设备等造成损害，去除粉尘、一系列有害物的效果也较为显著。
2.4.2 循环流化床脱硫脱硝一体化技术
在钢铁企业生产过程中，循环流化床脱硫脱硝一体化技术是另一种广泛应用的治理手段，能够在很大程度上增强企业生态环保效果。在实际运用该种技术过程中，使用到的关键设备包括水系统、灰渣输送系统、吸收剂储存、循环系统等，使得烧结烟气在风机以及除尘器的作用下，与相应的催化剂进行充分反应，使得烟气中的NO完全转换为NO2，并在脱硫脱硝设备的底部进一步增强烟气的反应速率。与此同时，为保证脱硫脱硝的效果，会使用喷射装置将吸收剂喷入反应底端，促使二氧化硫、氮氧化物以及其他有害物质在强烈的喷射作用下上升到反应塔顶端。如此反复、循环进行，通常是经历150次之后，将处理后的烟气排入袋式除尘器中，其中有少量气体可以回收[4]。此过程产生的少量脱硫脱硝渣会在中间仓的作用下被送到渣仓中，达标的烟气则通过烟道排放。因此，循环流化床脱硫脱硝一体化技术具有较强的烧结烟气处理能力，含硫物质去除效率高达98%，为今后脱硫脱硝技术的发展与进步奠定坚实基础。
2 结论
综上所述，工业生产涉及到许多十分复杂的物理反应与化学反应，会在很大程度上增加环境保护的难度。因此，对去除二氧化硫、氮氧化物以及二噁英的脱硫脱硝技术进行分析，进一步明确使用综合脱硫脱硝技术的重点，不仅能够降低企业的运行成本，而且能进一步增加行业整体的运行效益，对进一步满足烧结烟气达到除尘以及超低排放标准具有重要意义。
参考文献
[1] 苏林琪.高效烟气脱硫脱硝除尘技术在烧结机中的应用分析[J].江西建材,2021(01):216-217.
[2] 刘兰鹏,施哲,黄帮福,等.炭基材料用于烧结烟气协同脱硫脱硝的研究现状[J].环境工程,2019,37(02):99-103+118.
[3] 樊响,邓志鹏.超低排放条件下的烧结烟气脱硫脱硝技术探讨[J].山西冶金,2020,43(04):141-142.
[4] 杨光,张淑会,杨艳双.烧结烟气中气态污染物的减排技术现状及展望[J].矿产综合利用,2021(01):45-56.