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    山東脫硫脫硝工藝流程的技術介紹
    作者:  發布于:2021-06-24 09:17:24  

          隨著鋼鐵行業明確超低排放要求,燒結工序作為鋼鐵行業污染物排放的重要源頭之一,其所產生的二氧化硫、氮氧化物分別占鋼鐵行業污染物總排放量的70%和50%左右,燒結工序已成為我國鋼鐵行業節能減排的重要領域。我國自2018 年開展的鋼鐵行業超低排放改造,已明確燒結機頭煙氣、球團焙燒煙氣顆粒物、二氧化硫、氮氧化物小時均值排放濃度分別不高于5mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3。


          目前,鋼鐵行業脫硫脫硝、除塵的工藝已經十分成熟,能夠實現超低排放相應的指標,在技術路線上有很多選擇。由于燒結煙氣溫度、濕度和煙氣的組成比較復雜,煙氣脫硝技術不夠成熟。因此,針對燒結煙氣中氮氧化物減排技術的開發是未來幾年鋼鐵行業污染物控制的主要工作之一。


    燒結煙氣脫硝工藝技術


          工業煙氣NOx排放控制技術主要有選擇性催化還原技術(SCR)、選擇性非催化還原技術(SNCR)、活性炭吸附技術、氧化脫硝技術等。


          SCR 技術在燃煤鍋爐煙氣脫硝中具有廣泛應用,該技術是在350~400 ℃溫度范圍內,在催化劑的作用下,噴入氣態NH3將煙氣中的NOx還原成N2,脫硝效率一般在85% 左右。SNCR技術是在煙溫850~1050℃時,將氨、尿素等還原劑噴入煙氣中與NOx發生反應生成氮氣和水,但脫硝效率只能達到50%左右,脫硝率低;钚蕴课郊夹g利用活性炭的吸附性能將NOx吸附脫除,同時通入NH3可使NOx在活性炭表面發生催化還原反應生成N2。


          由于我國燒結煙氣溫度較低,達不到SCR的操作溫度,且上述三種工藝脫硝過程中需噴入氨氣作為還原劑,尤其是在入口氮氧化物高的情況下需要噴入過量的氨氣導致存在氨逃逸等諸多問題,故該類技術在燒結煙氣脫硝應用中存在較大弊端。


          氧化脫硝技術是采用強氧化劑將不易被吸收的NO氧化為可溶可吸收的高價氮氧化物,再通過濕法、干法/半干法吸收工藝進一步吸收反應去除高價氮氧化物。氧化法具有對煙溫要求低、占地面積小、脫硝效率高等優勢,越來越多的應用在燒結煙氣脫硝上。目前較為成熟應用的氧化方式主要包括亞氯酸鈉溶液法、二氧化氯法、臭氧法等。


    氧化脫硝技術原理


          氧化脫硝技術是將難溶于水的NO氧化為高價態的NOx,其中NO2在水中溶解度分別為213g/dm3,利用高價態NOx易溶易吸收的特性,借助原有的脫硫脫硝工藝完成脫硝,實現超低排放。


    1、氧化原理


          就當前綜合使用情況來看,非臭氧法氧化工藝,如亞氯酸鈉溶液法、二氧化氯法具有低溫條件下氧化效率高、氧化選擇性強、只氧化到NO2,無更高價氮氧化物。


          亞氯酸鈉溶液/二氧化氯氣體具備強氧化性,在低溫(80~150℃)下,接觸時間0.3~1s內實現快速地將NO氧化為NO2,且對NO具有良好的氧化選擇性[2]。


    2、吸收原理


          實現NO的高效氧化后,主要氧化產物NO2和SO2的協同吸收是脫除系統的重要環節。氧化法可以配合多種脫硫脫硝工藝實現同步脫硫脫硝。在此,以目前使用范圍廣、運行穩定的半干法循環流化床(CFB)工藝為例,分析NO2的吸收原理。


          在氧化法結合半干法脫硫脫硝脫硝工藝中,CFB吸收塔內濕度較低,水在吸收劑顆粒表面形成一層液膜,與氣相中的SO2和NO2發生氣-液-固三相反應[3-4]。


    一方面,部分NO2在吸收劑表面液膜中直接被水和堿性吸收劑吸收,生成硝酸鈣和亞硝酸鈣[2,5]。


          另一方面,SO2對NO2的吸收存在較強的促進作用,在吸收劑表面的液膜中,SO2與H2O快速反應生成SO32-,SO32-具有還原性,可以與NO2發生氧化還原反應。有研究表明,通過增加顆粒表面的相對濕度,增加顆粒表面液膜中SO32-濃度,從而促進NO2的吸收[2,5]。


          在吸收塔內,通過吸收劑酸堿中和、以及SO2促進、NO和NO2協等多因素耦合作用機理,可實現NO2的高效吸收,滿足NOx的排放濃度50mg/Nm3以下。


    氧化脫硝技術發展與應用


          對于與脫硫脫硝工藝配套的氧化法脫硝而言,前期限制其大規模應用的主要一點便在于NO2的吸收。該工藝運用初期,經由NO氧化生成的NO2難以被后續脫硫脫硝工藝充分吸收,吸收率約在60~80%左右,煙囪出口形成黃煙(據相關研究,煙囪排出氣體中NO2濃度大于約10ppm時,可觀測到黃煙現象),煙氣觀感差,難以實現真正意義的超低排放。但隨著技術的機理性深入研究與實踐探索,現有氧化法脫硝已可通過調節NO氧化比例、調控脫硫脫硝工藝系統運行參數、采用復配脫硫脫硝劑等多重方法實現NO2的高效吸收,吸收率可達90%以上,同時控制運行成本在合理范圍之內。一般入口NOx濃度在300mg/Nm3水平情況下,可以滿足NO2濃度長期穩定保持在5ppm左右,NO濃度長期穩定保持在7~10ppm之間波動。這樣即可滿足觀感沒有黃煙現象,又可以保證出口NOx濃度不高于30.8mg/Nm3左右的超低排放水平要求。


          隨著脫硝技術的升級,相關監測設備也在不斷完善。為滿足超低排放監測需要,環保部于2017年發布了新的環保規范(《HJ75-2017固定污染源煙氣(SO2、NOx、顆粒物)排放連續監測技術規范》),明確要求煙氣在線監測系統中氮氧化物測量需對NO和NO2同時進行測量,不允許只監測煙氣中的NO,從而保證測量結果的真實可靠。


          目前市場上可同時直接測量NO和NO2的煙氣在線監測系統分析儀主要有紫外差分吸收分析儀、高溫濾波紅外分析儀以及傅里葉紅外分析儀。該種直接測量NO和NO2含量的煙氣在線監測系統測量準確但成本投入較高,相對應用較少。應用更多的為通過轉化爐將NO2轉化為NO后一并測量。市場中NO2轉換爐通常采用鉬作為催化劑,在高溫環境下將NO2還原為NO,進而測得NOx總量。在前端脫硫脫硝脫硝裝置正常運行情況下,轉化爐的壽命可在兩年左右(以雪迪龍NOX-001轉換器為例,轉換效率≥95%,NO2濃度<200ppm,壽命14個月以上),定時維護,到期更換,可保證高轉換效率運行,確保CEMS出口數據準確。


          技術的升級更新,監測手段的不斷完善,環保大數據的實時監控,保證了氧化法脫硝實現了真正意義上的超低排放。

    隨著國家環保標準的日趨嚴格,氧化法脫硝以其脫硝效率高、煙氣不需要升溫(低碳排)、不產生氨逃逸、改造難度小、對煙氣狀態要求低、易于布置及控制等諸多優勢,得到了逐步推廣,為鋼鐵企業深度治理與綠色發展提供了更為多樣的選擇,已成為燒結煙氣脫硝工藝中的生力軍。


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