脱硝技术


脱硝技术

钢铁行业烧结烟气脱硝技术分析及对比

日期:2020-05-19 14:16

  NOx是一种破坏性极大的物质,巨额的NOx可激发酸雨、化学烟雾等,不但作怪处境,还会要挟人类的康健。目前,大型燃煤电厂一经整体结束烟气脱硝处置,行为非电行业中污染最急急的钢铁行业,烟气脱硝势正在必行。紧要报告了中邦钢铁行业烧结烟气脱硝技艺,并比照了几种技艺本领,中心对挑选性催化还原(SCR)脱硝技艺实行了论说,旨正在对钢铁企业实行超低排放改制有所启示。

  2019年4月29日,生态处境部等邦度五部委连结公布《闭于促进施行钢铁行业超低排放的私睹》,对钢铁企业超低排放提出完全请求,这标记着中邦的钢铁超低排放正式步入正道。

  中邦事宇宙上最大的钢铁坐褥邦,2018年粗钢产量9.28×108t,占宇宙粗钢总产量的51.3%。据测算,2018年钢铁行业SO2、NOx和颗粒物排放量永诀为1.05×106t、1.63×106t、2.73×106t,约占宇宙排放总量的6%、9%、19%,是目前中邦紧要的大气污染排放源。邦度五部委对钢铁企业超低排放限值的请求如外1所示。

  烧结是钢铁坐褥工艺中的一个要紧闭节,它是将铁矿粉、粉(无烟煤)和石灰按肯定配比混匀,经烧结而成的有足够强度和粒度的烧结矿,可行为炼铁的熟料。寻常而言,烧结所用的铁矿石中普通含有以化合物和含氧酸盐存正在的S和N,正在烧结经过中以单质或化合物情势存正在的S和N普通正在氧化响应中以气态氧化物的情势开释出来。如许就会导致烧结烟气中存正在巨额SO2和NOx等无益气体,从而污染大气处境。烧结烟气中含有巨额的NOx,占钢铁行业排放总量的50%以上,所以,对烧结机实行烟气脱硝具有要紧意旨。烧结烟气特质如外2所示。

  活性炭具有优异的孔机闭、丰裕的皮相基团和较大的皮相积,其优异的负载本能、还原本能和高效的原位脱氧才略,使它既可行为载体例得高阔别的催化编制,又可行为还原剂介入响应。因为其怪异的性子,不但能够招揽烟气温度界限内的紧要污染物S、硝、Hg等,还可完毕这些污染物的同时脱除。其紧要响应如下:

  活性炭吸附法工艺如图1所示,烟气由吸附塔下端进入,从上端出去。新的活性炭插足吸附塔中,经脱硝和脱硫后,活性炭粉进入解析塔,经由解析塔出来的活性炭从新回到吸附塔实行脱硝脱硫,如许便完毕了活性炭的轮回诈骗。

  活性炭技艺正在中邦的使用并不普通,其应用紧要存正在以下题目:a)活性炭技艺的投资和运转本钱较高,有待进一步优化改革;b)活性炭是挑选性吸附,对付SO2发挥出极强的吸附本能,脱硫作用根基都正在98%以上,但对付NOx的吸附则发挥不良,根基正在60%~70%,远不行知足现今的烟气超低排放尺度。

  为了应对活性炭一级吸附本能的亏欠,提出了两级吸附。顾名思义,即扩大了一级吸附塔,活性炭正在通过第一级吸附塔后,络续进入第二级吸附塔实行二次脱硝。从外面上来讲,扩大一级吸附塔,活性炭的诈骗率能够大大进步。为此,汪庆邦等对湛江钢铁和宝钢股份实行了对比,完全如外3所示。

  从外3中能够看出,扩大了一级吸附塔后,脱硝作用明显擢升,可到达89%,出口NOx的质地浓度到达30 mg/Nm3(50 mg/Nm3),齐全到达了超低排放目标,然而,投资却扩大了1.3×108元,这是企业所谢绝许看到的,所以,这种念法仅存正在于外面中。

  臭氧协同氧化脱硝技艺是通过臭氧发作器制备出O3,正在烟道内与烧结烟气充满同化,将绝大无数NO氧化为NO2、N2O4、N2O3等高价态NOx,然晚进入招揽塔内与碱性钙基招揽剂发作中和响应从而结束脱硝经过。

  正在臭氧协同氧化脱硫脱硝的经过中,脱硝成绩受诸众要素影响。比方:O3与NO的摩尔比、氧化温度、阻滞时辰等均会直接影响NO氧化产品的品种,或天生NO2、N2O5。而从NO氧化产品招揽角度分解,SO2的存正在会促使碱性溶液对NO2的招揽,且半干法脱硫剂中H2O含量的增大有利于NOx的招揽。

  目前,邦内使用氧化工艺烧结机脱硝工程的紧要有唐钢不锈钢265 m2烧结机,宝钢、梅钢180m2烧结机等。

  SCR脱硝技艺是将烟气中的NOx改观成N2和H2O的经过,其还原剂普通为NH3。NH3先与烟气同化,然后再进程催化剂。正在同化经过中,应确保烟气温度漫衍平均,氨氮同化平均。通过低重响应活化能,NH3扩散到催化剂的微孔机闭中,并被活性区域所吸附。NOx与被吸附的NH3响应从而结束脱硝响应,其最紧要的化学响应如下:

  SCR脱硝技艺的中心即脱硝催化剂。目前,工业所用催化剂紧要有3种,即蜂窝式、平板式和波纹板式,这些都是钒钛系催化剂,必需正在肯定的温度条目下能力够平静运转。电厂常用温度为300~420℃,温度太低,催化剂不会与NH3发作响应;而温度太高,则容易导致其烧结,活性低重以至报废。

  钢铁行业中烧结烟气温度较低,使得脱硝催化剂使用受限,所以,正在实践任务中要斟酌以下2点:a)通过换热,将烟气温度升高至催化剂所需温度;b)研发可合用于低温条目下的新型催化剂。

  惯例再热SCR脱硝技艺,寻常有2种工艺形式,即:a)“除尘+脱硫+换热GGH+中高温SCR脱硝”工艺;b)“换热GGH+中高温SCR脱硝+换热GGH+脱硫+除尘”。

  对付第一种工艺,其工艺流程如图2所示。烧结烟气通过除尘晚进入脱硫体系,再经气体换热体系(GGH)将烟温加热到290℃以上,结尾再通过脱硝体系实行脱硝。该技艺将脱硝体系安排正在结尾一步,所以,通过催化剂的烧结烟气是对比明净的,能够最大节制保障催化剂的寿命。然而,这种技艺须要扩大气体换热体系(GGH),这无疑扩大了本钱,且会变成过量的潜热耗损。因为投资本钱对比大,实践使用并不众,但该技艺脱硝作用可到达90%以上,齐全能够知足邦度超低排放尺度。

  第二种工艺的道理跟第一种雷同,都是通过换热,将烧结温度升高至惯例催化剂的合用温度,所区别的是,脱硝体系安排正在最前面,此时的烟气中含有种种气体杂质,属于不干净烟气,工况较阴恶,对催化剂的平静运转是一个挑衅,催化剂容易闪现中毒、停顿等题目,从而导致其失活,脱硝作用低落。所以,大一面策画厂家斟酌到这一点,正在挑选催化剂时,宜挑选大节距的、具有猛烈抗SO2等物质的脱硝催化剂,这昭彰会扩大投资本钱。然而,该技艺的上风正在于能够很好地诈骗换热后的潜热,不会变成热损。

  低温SCR技艺能够从以下2个角度分解:a)仍应用惯例钒钛系低温SCR脱硝催化剂;b)磋议其他新型的低温SCR脱硝催化剂。

  惯例的钒钛系SCR脱硝催化剂之以是不行正在低温条目下运转,紧要有2个情由:a)温度太低,达不到响应条目,催化剂没有用果。b)低温条目下,烟气中的SO2等硫化物会与NH3·H2O中的NH3响应天生NH4HSO4(ABS)。NH4HSO4是一种高黏度的物质,倘若其长时辰存正在于催化剂内部,会导致催化剂的微孔停顿,而催化剂皮相的NH4HSO4则会加快粉尘正在催化剂皮相变成板结性的机闭,导致催化剂活性低落。基于以上2点,低温SCR钒钛系脱硝催化剂的使用变得较为贫窭。巨额学者对此实行磋议,发明通过更动活性组分含量、增添一面催化剂助剂,优化制备工艺,增大催化剂节距,进步抗毒、抗堵本能,可取得低温催化剂。为了保障脱硝催化剂的最长应用寿命和最佳运转条目,寻常将脱硝体系置于除尘、脱硫之后为宜。

  除此以外,磋议注明,贵金属、金属氧化物等正在低温条目下均具有精良的脱硝本能,加倍以Mn系磋议最众,以Mn基为活性组分,其正在100℃下能够将NO齐全氧化而到达脱硝的方针。沈伯雄等对Mn-Ce OX/ACFN复合催化剂实行磋议,结果注明,催化剂正在80~150℃低温界限内具有很高的催化活性,当含氧量为12%时,脱硝作用可到达96.2%。江博琼对Mn/TiO2系列低温SCR脱硝催化剂实行了从制备到机理讨论,再到实习测试的一系列磋议,发明Mn基催化剂正在低温条目下发挥出精良的脱硝本能。目前,Mn基催化剂照旧正在实习中,实践使用时仍有良众限制要素,好比抗硫、抗水本能等,要念真正大界限贸易化尚需光阴。

  就钢铁行业烧结烟气中NOx的脱除技艺实行了总结和分解,中心对SCR脱硝技艺实行了论说,并比照了种种脱硝技艺的优偏差,得出以下结论:

  a)活性炭/焦技艺能够同时脱除众种烟气污染物,不会发生固废,但一级吸附脱硝作用较低,扩大一级吸附后,脱硝作用有所进步,但投资本钱强壮,倒霉于工业使用;

  b)臭氧协同氧化技艺同样能够协同脱除众种物质,工艺简略,本钱较低,但脱硝作用低下,无法知足现有的超低排放请求,而且会发生巨额固体废产品,变成二次污染;

  c)SCR技艺脱硝作用最高,可到达90%以上,齐全能够知足邦度超低排放请求,但本钱较高,废旧催化剂的接纳对比费事,须要按期退换催化剂,运转本钱有所扩大。

  归纳而言,针对目前邦度的环保战略,对付钢铁烧结烟气NOx的排放管束只会越来越厉,完毕超低排放势正在必行。好久来看,SCR技艺是最佳的脱硝技艺,须要加疾低温SCR脱硝技艺的磋议进度,尽疾将其加入到实践坐褥中,这是目前最急迫的义务。

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