摘 要 随着钢铁行业超低排放标准的出台，对钢铁行业的污染排放提出了新的和更严格的要求，钢铁企业只有适应这种形势发展的变化，积极对其生产过程中排放的废气进行治理，才能在未来的发展中赢得主动，进而也收获更多的综合效益。本文对钢铁行业工业废气的脱硝技术进行了一些有意义的探讨，希望对推动钢铁行业实施超低排放能够产生一些有意义的参考和借鉴作用。
关键词 钢铁行业，工业废气，脱硝技术，应用建议
1引言
改革开放以来，我国的经济社会取得了快速的发展进步，工业生产水平更是不断提升，这一方面促进社会生产和生活的进步，但同时也带来了一些消极问题。比如工业的快速发展是牺牲环境效益为代价的，伴随着工业生产会排放大量的废气、废水和固体废弃物，进而给自然环境造成严重破坏，这已经对我国经济社会的可持续发展造成了阻碍。以钢铁行业为例，在工业生产中会排放大量的SO2、NOx、颗粒物，这已经成为了破坏大气环境的主要污染源，亟需对这种情况进行治理改善。随着国家五部委在2019年联合发布了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，对钢铁行业的污染排放提出了新的和更严格的要求，钢铁企业只有适应这种形势发展的变化，积极对其生产过程中排放的废气进行治理，才能在未来的发展中赢得主动，进而也收获更多的综合效益。本文正是基于这一考虑，对钢铁行业工业废气的脱硝技术进行了一些有意义的探讨，希望对推动钢铁行业实施超低排放能够产生一些有意义的参考和借鉴作用。当然，因为受限于笔者自身水平和文章篇幅，文中探讨难免会存在一些疏漏之处，这里仅希望能够在业内同仁之间起到抛砖引玉的效果。
2 SCR脱硝技术
SCR脱硝技术是指在NH3等还原剂在催化剂的作用下，将废气中的NOx转化生产具有无害特性的N2和H2O。利用NH3作为还原剂的脱硝反应式如下：
4NO+O2+4NH3→4N2+6H2O
NO+2NH3+NO2→2N2+3H2O
4NH3+6NO→5N2+6H2O
SCR脱硝技术可以说是目前国际上应用最广、发展地最为成熟的烟气脱硝技术，它对NOx的脱除率可以达到70%~90%。SCR脱硝技术具有脱硝效率高、不会造成二次污染以及装置简单、便于运行维护等诸多优点，但它对脱硝催化剂的依赖程度较高。目前生产中主要采用的催化剂都是钒钛系催化剂，这类催化剂在使用时要求必须具有一定的温度条件，温度过高或过低都会影响到最终的脱硝效果。考虑到钢铁行业的烧结烟气温度普遍不高，从而就造成了钒钛系催化剂在实际使用时受限，因此钢铁行业在发展应用SCR脱硝技术时，必须考虑研发适用于低温条件的SCR脱硝技术。
关于低温SCR脱硝技术的研究和应用工作，可以从以下两个方面入手。第一，仍然使用钒钛系催化剂，但必须通过改变活性组分含量、添加催化剂助剂，优化制备工艺、增大催化剂节距等措施手段获得低温催化剂，以实现较好的应用效果。第二，研究适合低温工作条件的新型催化剂，比如以Mn系为代表的贵金属、金属氧化物就表现出了良好的催化活性，在进行实验研究的过程中就体现出了良好的脱硝性能，部分Mn系催化剂的实验脱硝效率甚至达到了96%以上，但这类研究目前大多处于实验层面，因为受到抗硫、抗水性能等实际因素的制约，要想在钢铁行业进行大规模应用还为时过早。
3 SNCR脱硝技术
与SCR脱硝技术不同，SNCR脱硝技术不需要用到催化剂，它是将还原剂直接喷入燃烧室内，并进一步与工业废气中的NOx进行反应，进而将其转化生成具有无害特性的N2和H2O。根据使用还原剂的不同，SNCR脱硝反应的化学方程式也有所差别，采用的还原剂分别为NH3和尿素时的反应式如下：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NO+2CO(NH2)2+O2→4N2+2CO2+4H2O
值得注意的一点是，SNCR脱硝技术在应用时对反应温度的要求较高，需要将反应温度控制在850~1200℃范围内。如果温度过低，可能导致还原反应不够彻底，因为还原剂NH3的逃逸而降低脱硝效率；反之如果温度过高，那么可能造成还原剂NH3被氧化生成NOx，不仅没有达到脱硝的目的，反而增加了工业废气中的NOx含量。
总的来说，SNCR脱硝技术的应用成本不高，使用维护也较为简单，但其脱硝效率较低，仅为40%~50%，所以一般不单独作为脱硝工艺使用，在生产实践中大多和其他脱硝工艺技术进行联合应用。
4活性炭吸附脱硝技术
活性炭具有良好的孔结构、丰富的表面基团和较大的表面积，其良好的负载性能、还原性能以及高效的原位脱氧能力，促使它既可以作为还原剂参与脱硝反应，又可以被当作载体制得高分散的催化体系。因为活性炭的特殊性质，使得它可以对包括NOx在内的烟气中的主要污染物都进行同时脱除。利用活性炭进行一体化脱硫脱硝的反应式如下：
2SO2+O2+2H2O→2H2SO4
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
在利用活性炭吸附法进行一体化脱硫脱硝时，烟气从吸附塔的下端进入并由上端排出。吸附塔内分为上下两段，下端为脱硫段，上端为脱硝段，活性炭则通过在吸附塔内的上下移动完成脱硫脱硝工作。为了提高活性炭的利用效率，一般经过吸附塔的活性炭分会进入解析塔内生成新的活性炭粉，从而实现了活性炭的循环利用。
值得一提的是活性炭脱硝技术在中国钢铁行业内的应用并不是十分广泛。这一方面是因为活性炭吸附脱硝技术的运行成本较高，需要进一步地优化改善；另一方面，活性炭的吸附具有选择性，它对SO2的吸附能力极强，可以保证脱硫效率达到98%以上，但对NOx的吸附能力则相对较差，使得脱硝效率仅能达到60%~70%，这远远无法满足在当前钢铁行业推动实施的超低排放标准。为了解决这一问题，有学者提出了采用两级吸附脱硝技术(如图1所示)，通过增加一级吸附塔来解决活性炭脱硝吸附能力不足的问题。从理论上讲，增加一级吸附塔既可以提升活性炭的利用率，又可以增强对NOx的吸附和脱除作用，具备较大的研究和应用潜力。
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图1 两级活性炭吸附脱硫脱硝一体化工艺示例
5臭氧协同氧化脱硝技术
臭氧协同脱硝技术是先利用专业设备进行臭氧制备，然后用制备出的臭氧和烟气进行充分混合，此过程会将烟气中的绝大多数低价态的NOx转化为高价态的NOx。然后再高价态的NOx导入吸收塔与碱性钙基吸收剂进行中和反应，进而实现脱硝效果。在采用该工艺进行脱硝时，脱硝效果受到诸多因素的影响。比如O3与低价态的NO的摩尔比、氧化温度、停留时间等都会影响到高价态NOx的生成种类。
6其他烟气脱硝技术和对脱硝技术应用的一些建议
除了上文介绍的几种主流脱硝技术之外，伴随着科技的不断发展，目前烟气脱硝技术也诞生了很多新的工艺举措，比如电子束法、脉冲电晕等离子法、微生物脱硝法、液膜法等等，但这些新的技术手段大多处于实验室研究阶段，实际工程应用还比较少。而作为钢铁行业在面对新的超低排放标准时，有必要对脱硝工艺技术进行深化研究和创新应用工作。一方面，要不断开拓研究新的脱硝技术手段，并加快这些技术手段从实验室向生产现场的转化应用；另一方面要结合不同脱硝工艺技术的特点，在实际生产中做到综合应用，从而达到最佳的脱硝效果。
参考文献
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