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鐵聯(lián)合企業(yè)中燒結(jié)生產(chǎn)的特點(diǎn)是物流量大、能耗高、污染嚴(yán)重,所產(chǎn)生的固體廢棄物、煙氣、噪音等對(duì)環(huán)境的破壞已引起社會(huì)的廣泛關(guān)注。多年來(lái),我國(guó)燒結(jié)廠(chǎng)在煙氣除塵方面做了大量的工作,成果顯著。但是對(duì)于煙氣中的有害組分,如SO2、NOx、二英等的脫除有些尚處于起步階段,而有的至今沒(méi)有采取任何措施而直接排放。分析結(jié)果顯示,在鋼鐵冶煉過(guò)程中約有48%的NOx,及51%～62%的SOx來(lái)自鐵礦燒結(jié)工藝,可見(jiàn)燒結(jié)廠(chǎng)已是SO2和NOx的最大產(chǎn)生源。隨著鋼鐵企業(yè)的快速發(fā)展,燒結(jié)礦產(chǎn)量大幅度增加,SO2和NOx排放量隨之增大,燒結(jié)廠(chǎng)環(huán)境保護(hù)的壓力也隨之增加。

1燒結(jié)煙氣的產(chǎn)生與特點(diǎn)

燒結(jié)過(guò)程是一個(gè)高溫燃燒條件下的復(fù)雜物理化學(xué)過(guò)程,被抽入料層的空氣與混合料中的燃料發(fā)生燃燒反應(yīng),燃燒釋放的熱量保證燒結(jié)物理化學(xué)過(guò)程的進(jìn)行,燃燒的煙氣作為廢氣排放。鐵礦石中通常會(huì)含有以化合物和含氧酸式鹽存在的硫和氮,以硫化物形式存在的礦物有:FeS2、CuFeS2、CuS、ZnS、PbS等,以硫酸鹽形式存在的有BaSO4、CaSO4和MgSO4等;而固體燃料(如焦粉)帶入的硫則以單質(zhì)硫或者有機(jī)硫的形式存在。氮主要以硝酸鹽和有機(jī)氮的形式存在,硝酸鹽主要來(lái)自于鐵礦粉,而有機(jī)氮?jiǎng)t主要來(lái)自于固體燃料。在燒結(jié)過(guò)程中以單質(zhì)或化合物形式存在的硫和氮通常在氧化反應(yīng)中以氣態(tài)氧化物的形式釋放,而以酸式鹽形式存在的硫和氮?jiǎng)t在分解反應(yīng)中以氣態(tài)氧化物的形式釋放燒結(jié)煙氣相比于其他工業(yè)爐窯產(chǎn)生的煙氣有如下特點(diǎn):

1)煙氣量大。每生產(chǎn)1t燒結(jié)礦大約產(chǎn)生1500～3000m3需要脫硫脫硝的煙氣。

2)煙氣溫度較高。隨工藝操作狀況波動(dòng),煙氣溫度一般在120～150℃范圍變化。

3)煙氣攜帶粉塵多。煙氣中粗顆粒粉塵較多,粒徑大于50μm的占30%以上,且琢磨性強(qiáng)。

4)含濕量大,露點(diǎn)較高。按體積比計(jì)算,含濕量在10%左右,露點(diǎn)一般在65～80℃。

5)煙氣中含有腐蝕性和有毒氣體。如HF,HCl,CO氣體等等。

6)SO2和NOx濃度隨鐵礦原料和燃料的差異變化,SO2濃度一般在300～800ppm范圍內(nèi),高的可以達(dá)到2000～4000ppm;NOx濃度一般在150～300ppm范圍內(nèi)變化,最高可以達(dá)到500ppm左右。

2煙氣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)

對(duì)鐵礦石燒結(jié)過(guò)程中SO2和NOx排放的控制主要有三種方法:原料控制,燒結(jié)過(guò)程控制和燒結(jié)煙氣脫硫脫硝。其中,原料控制是基礎(chǔ)條件,燒結(jié)過(guò)程控制是有效手段,燒結(jié)煙氣脫硫脫硝是最終保障。由于燒結(jié)原料往往受到客觀(guān)因素的限制,不可能完全實(shí)現(xiàn)選用低硫原料,而燒結(jié)過(guò)程又要以保證燒結(jié)礦質(zhì)量為第一目標(biāo),所以煙氣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)被認(rèn)為是控制SO2及NOx污染最實(shí)際可行的手段。目前,煙氣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)主要有活性炭法、循環(huán)流化床聯(lián)合脫硫脫硝法、半干噴霧脫硫脫硝法、高能輻射—化學(xué)脫硫脫硝法、奧鋼聯(lián)的MEROS煙氣凈化技術(shù)等。

2.1活性炭法

該方法由德國(guó)Bergbau2Forschung公司開(kāi)發(fā),主要原理為在一個(gè)活性炭吸附器中,用活性炭吸附SO2,并在氨還原NOx過(guò)程中起催化作用,實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫硫脫氮,消耗的吸附劑可在高溫下再生。德國(guó)和日本一些公司已將該技術(shù)投入到工業(yè)應(yīng)用中。據(jù)報(bào)道,脫硫率可達(dá)98%,脫氮率達(dá)80%,并且能除去廢氣中的HCl、HF、砷、硒、汞等有害物質(zhì)。但因SO2的脫除反應(yīng)優(yōu)先于NOx的脫除反應(yīng),所以大多數(shù)工藝須采取二級(jí)吸收塔。如果煙氣中SO2濃度較高,則活性炭消耗大,投資將增加。為降低成本,日本電力能源公司(EPDC)利用空氣流化床燃燒鍋爐的SO2排放量低的特點(diǎn),于1995年在350MW的AFBC鍋爐中安裝了單一移動(dòng)床活性炭脫硫脫硝設(shè)備,用于SO2和NOx的脫除,脫除率分別可達(dá)98%和80%。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)活性炭綜合強(qiáng)度低,用于移動(dòng)床,因吸附、再生往返使用損耗大,于是EkehardRichter等用強(qiáng)度較高的活性焦炭,經(jīng)活化、浸漬Na2CO3處理后用于煙氣的脫硫脫氮,SO2與Na2CO3反應(yīng)生成Na2SO4,從而降低了吸附劑的消耗,進(jìn)而降低了投資成本。

新日鐵于1987年在名古屋第三燒結(jié)廠(chǎng)的3號(hào)燒結(jié)機(jī)中設(shè)置了利用活性炭的燒結(jié)排煙脫硫、脫硝設(shè)備,處理能力90萬(wàn)Nm3/h,這是一種干法排煙脫硫脫硝裝置,將燒結(jié)機(jī)排煙的除塵、脫硫、脫硝三種功能集于一身,使燒結(jié)排煙脫硫技術(shù)提高到新的階段。

2.2循環(huán)流化床聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)

循環(huán)流化床傳熱效率高,溫度分布均勻,氣固相有很大的接觸面積,因此人們將其應(yīng)用到煙氣的凈化處理中。在循環(huán)流化床內(nèi)循環(huán)流化狀態(tài)(氣速4～6m/s)下可獲得相當(dāng)于單顆?；渌俣葦?shù)十至上百倍的氣固滑落速度。由于SO2與氫氧化鈣的顆粒在循環(huán)流化床中的反應(yīng)過(guò)程,是一個(gè)外擴(kuò)散控制的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,通過(guò)氣固間大的滑落速度,強(qiáng)化了氣固間的傳質(zhì)、傳熱速率和氣固混合,從而滿(mǎn)足了二氧化硫與氫氧化鈣高效反應(yīng)的條件要求。流化床中巨大表面積的、激烈湍動(dòng)的顆粒,為水的快速汽化和快速可控的降溫提供了根本保證,從而創(chuàng)造了良好的化學(xué)反應(yīng)溫度條件(露點(diǎn)以上20～30℃),使酸性氧化物與氫氧化鈣的反應(yīng)轉(zhuǎn)化為瞬間完成的離子型反應(yīng)。德國(guó)Lurgi公司研究開(kāi)發(fā)了煙氣循環(huán)流化床(CFB)脫硫脫氮技術(shù),該方法用消石灰作為脫硫的吸收劑,氨作為脫氮的還原劑,FeSO4?9?97H2O作為脫氮的催化劑,該系統(tǒng)已在德國(guó)投入運(yùn)行。結(jié)果表明,在Ca/S比為112～115、NH3/NOx比為017～1103時(shí),脫硫率為85%左右,脫氮率為60%左右。

國(guó)內(nèi)有一些學(xué)者也研究開(kāi)發(fā)粉煤灰脫硫脫氮技術(shù),該技術(shù)是將熟石灰、活性物質(zhì)和粉煤灰加水在一定條件下消化,制成高活性吸收劑,放入具有獨(dú)特內(nèi)、外循環(huán)結(jié)構(gòu)的煙氣循環(huán)流化床中進(jìn)行脫硫脫氮。實(shí)驗(yàn)證明,該方法可獲得90%左右的脫硫率和63%左右的脫氮率,運(yùn)行溫度和煙氣濕度是影響脫硫脫氮的主要因素。該方法運(yùn)行可靠,工藝簡(jiǎn)單,投資成本和運(yùn)行費(fèi)用低.

2.3半干噴霧脫硫脫硝技術(shù)

噴霧干燥煙氣脫硫技術(shù)是一種比較成熟的脫硫技術(shù),該煙氣脫硫系統(tǒng)一般由石灰漿制備、噴霧干燥塔和布袋除塵器(或靜電除塵器)三部分組成。該系統(tǒng)通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)噴霧頭將石灰漿噴入噴霧干燥塔,與煙氣中酸性物充分接觸并起中和反應(yīng),利用煙氣中的余熱使石灰漿液中的

水分蒸發(fā),脫硫后的煙氣經(jīng)除塵器除塵后排放,但是其脫氮效果有限。但美國(guó)匹茲堡能源技術(shù)中心研究表明,提高噴霧干燥溫度,并在石灰中添加NaOH,可以顯著提高脫氮率。1987年,美國(guó)Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在此研究的基礎(chǔ)上發(fā)展了干法噴霧(干石灰)聯(lián)合脫除SO2和NOx技術(shù)。

Sang2Kwun等發(fā)現(xiàn)亞氯酸鈉是干法石灰噴霧脫硫脫氮工藝中最好的添加劑,在此工藝中亞氯酸鈉可脫除75%NOx。實(shí)驗(yàn)還證明,提高溫度可以促進(jìn)NOx凈化,但會(huì)抑制SO2的捕集,因此,該方法很難實(shí)現(xiàn)SO2和NOx的同時(shí)高度凈化。

2.4高能輻射-化學(xué)脫硫脫氮方法

脈沖電暈等離子體脫硫脫氮技術(shù)是二十世紀(jì)80年代由Masuda等首先提出的。它是用納秒級(jí)高壓脈沖電暈放電產(chǎn)生等離子體,裂解煙氣中的O2、H2O等分子,產(chǎn)生大量的氧化性粒子,氧化SO2和NOx成為SO3和NO2,并注入NH3氣體,產(chǎn)生硫酸銨、硝酸銨及其復(fù)鹽的微粒,再用電除塵器收集。氨的加入可以提高脫硫率,但會(huì)使運(yùn)行費(fèi)用增加,且易造成二次污染[8]。Masuda等在正脈沖電暈放電脫硫脫氮實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)增加煙氣水含量可顯著提高脫除效率。315 奧鋼聯(lián)的MEROS煙氣凈化技術(shù)奧鋼聯(lián)工程技術(shù)公司在煙氣凈化方面的技術(shù)發(fā)展主要經(jīng)歷了AIRFINE、WETFINE、和MEROS三個(gè)發(fā)展階段。20世紀(jì)90年代開(kāi)發(fā)了WETFINE濕法煙氣凈化系統(tǒng),進(jìn)入21世紀(jì),隨著歐洲環(huán)保要求的不斷提高,加之濕式氣體清洗系統(tǒng)的高運(yùn)行成本,奧鋼聯(lián)又從對(duì)濕法除塵的研究轉(zhuǎn)向了干法,開(kāi)發(fā)了MEROS煙氣凈化技術(shù),并于2004年在奧鋼聯(lián)林茨鋼廠(chǎng)實(shí)驗(yàn)廠(chǎng)實(shí)驗(yàn)成功。2006年在林茨鋼廠(chǎng)實(shí)地進(jìn)行建設(shè),系統(tǒng)處理風(fēng)量為620000Nm3/h,于2007年7月份正式投產(chǎn)。Meros(maximizedemissionreductionofsintering)即最大化降低燒結(jié)污染物排放。它是一種干式氣體清洗系統(tǒng),主要由將燒結(jié)煙氣冷卻到低于100℃的工藝溫度氣體調(diào)節(jié)反應(yīng)器、用于粉塵分離的高效脈沖噴射布袋過(guò)濾器、吸附劑計(jì)量和噴吹設(shè)備及粉塵控制回收系統(tǒng)組成?？蓪Y(jié)廢氣中的粉塵、有害金屬和有機(jī)物經(jīng)過(guò)一系列處理步驟降低到較低水平,滿(mǎn)足日益嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)要求。其系統(tǒng)的操作過(guò)程包括:(1)脫硫物、活性炭的逆向噴入;(2)在雙旋流噴嘴處噴入水分以調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度;(3)脈沖布袋除塵器脫去脫硫產(chǎn)物及粉塵顆粒;(4)活性炭及脫硫物的重復(fù)再利用。奧鋼聯(lián)開(kāi)發(fā)的MEROS煙氣凈化技術(shù)確有很好的效果,無(wú)論是在工藝設(shè)備投資、運(yùn)行成本還是在除塵效率、脫硫效率以及廢水、廢棄物的處理方面都具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),在世界鋼鐵廠(chǎng)的燒結(jié)生產(chǎn)中引起了廣泛的關(guān)注和興趣。

3煙氣聯(lián)合脫硫脫氮技術(shù)結(jié)語(yǔ)

煙氣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)的研究已成為當(dāng)今煙氣凈化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。然而,現(xiàn)有的聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)存在設(shè)備投資大、運(yùn)行費(fèi)用高、運(yùn)行不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。就我國(guó)而言,SO2、NOx的治理已成為十分迫切的問(wèn)題。然而由于SO2、NOx分段脫除設(shè)備造價(jià)昂貴,運(yùn)行費(fèi)用高,現(xiàn)有技術(shù)的大規(guī)模普及還存在很多問(wèn)題,因此,開(kāi)發(fā)符合我國(guó)國(guó)情的投資較少、運(yùn)行費(fèi)用較低的聯(lián)合脫除技術(shù)將是大氣污染控制領(lǐng)域里的重點(diǎn)課題。針對(duì)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)燒結(jié)煙氣開(kāi)展聯(lián)合脫硫脫硝,我們必須結(jié)合我國(guó)鋼鐵企業(yè)燒結(jié)實(shí)際情況,綜合考慮環(huán)境效益、技術(shù)要求及經(jīng)濟(jì)成本等因素,筆者認(rèn)為以下幾條應(yīng)是我們開(kāi)發(fā)脫硫、脫硝技術(shù)的指導(dǎo)原則:

1)盡量減少投資成本和運(yùn)行費(fèi)用;

2)工藝過(guò)程簡(jiǎn)單,占地面積小,技術(shù)成熟;

3)脫硫脫硝劑來(lái)源方便,價(jià)格低廉,盡量使用鋼鐵生產(chǎn)工序產(chǎn)生的堿性副產(chǎn)物;

4)脫硫脫硝率高,進(jìn)一步削減排放總量;5)副產(chǎn)品能回收利用,對(duì)環(huán)境不造成二次污染,可出售的副產(chǎn)品能被市場(chǎng)接受。

為了我國(guó)鋼鐵事業(yè)可持續(xù)發(fā)展,鋼鐵企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益的獲得再不能以肆意犧牲環(huán)境為代價(jià)。燒結(jié)廢氣脫硫脫硝的應(yīng)用在我國(guó)大部分鋼鐵企業(yè)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,SO2及NOx年排放量呈上升趨勢(shì),環(huán)境污染在加劇,鋼鐵企業(yè)中SO2及NOx的排放很大部分來(lái)自燒結(jié)廢氣,脫除燒結(jié)廢氣中的SO2及NOx是解決酸雨污染的重中之重。從國(guó)內(nèi)外燒結(jié)聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看,有一部分技術(shù)比較成熟,還有一些創(chuàng)新技術(shù)正在發(fā)展之中,具有很好的應(yīng)用前景。我國(guó)鋼鐵企業(yè)應(yīng)根據(jù)本企業(yè)的實(shí)際情況,選擇合理的燒結(jié)廢氣脫硫脫硝技術(shù),以促進(jìn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

以上就是今天煙氣脫硝設(shè)備廠(chǎng)家小編為大家總結(jié)的濕式電除塵發(fā)展與應(yīng)用的相關(guān)內(nèi)容，希望對(duì)大家有所幫助哦！