江苏爱尔沃特环保科技有限公司
摘要：在钢铁生产流程中，烧结工序所产生的二氧化硫以及氮氧化物占据整体的一半以上，而在长流程生产中二氧化硫排放量甚至能占近90%，其间还会产生碱重金属等对人体有极大危害的污染物。在环境友好型经济建设目标下，钢铁烧结工序节能减排工作愈发重要，加强对烧结烟气污染物的控制和治理是推进环境保护工作的关键步骤。
关键词：钢铁行业；烧结烟气；脱硫脱硝技术
前言
烧结烟气指的就是点火熔化烧结台车上多种含铁原料及溶剂并将其高温烧结成型时产生的污染性气体，特性显著，与电厂烟气有明显区别。烧结烟气成分复杂的原因主要是原料使用可铁矿石，因此烟气中不仅有烟尘和二氧化硫，所产生的烟尘更是包含多种重金属，还有氟化氢、氮氧化物以及多环芳烃等，均会对环境造成极大污染，另外，烧结同样会产生二噁英，且排放量极高。
1烧结烟气中主要污染物及危害
1.1二氧化硫
烧结所产生的二氧化硫在整个钢铁企业排放量中占据一半以上，二氧化硫对环境破坏极大，二氧化硫浓度过高，则会导致酸雨的出现，进而对生态环境造成严重破坏，阻碍植物生长、致使植物死亡，还会增加水域酸度，对水中生物生长环境造成破坏。
1.2粉尘
粉尘主要来自两个方面，一是烧结原料，二是烧结矿。烧结原料在运输、破碎以及后期筛分过程中均可能造成粉尘的出现，烧结矿同样如此，在烧结各项工序中都可能造成粉尘的出现。粉尘会极大影响人体健康，影响程度受粉尘量、进入方法、粉尘性质以及沉淀部位等影响。就粉尘大小而言，2～10μm是对人体造成最大危害的粉尘粒径。除此之外，荷电粉尘或者粉尘硬度大、形状不规则、溶解度小等也都会在较大程度上影响人体健康。
1.3氮氧化物（NOx）
烧结烟气中含有一氧化氮、二氧化氮等氮氧化物，一氧化氮与机体血红蛋白有较强亲和力，可经呼吸道到达血液，降低血液输氧能力，与一氧化碳相比，其危害性更大、亲和力更强。一氧化氮经氧化后还会生成二氧化氮，具有剧毒，在进入人体后会造成肺水肿的出现，还会对眼黏膜形成刺激，造成嗅觉麻痹等，危害极大。
2脱硫工艺流程和原理简介
当烟气经从进口烟道从底部进入至吸收塔时，从吸收塔进入的高温烟气会与循环脱硫灰和吸收剂进行预混合，这样一来就会完成初步的脱硫反应，具体来说，从该区域内可以完成吸收剂和HCl、HF的反应。在吸收塔底部氧气，可以利用文丘里管完成加速，而后进入循环流化床的床体，利用循环流化床可以使气固两相在气流的作用下，出现混合和湍动反应，使二者可以充分接触，这样一来就可以形成絮状物，通过絮状物的形态向下返回，在絮状物的激烈反应中也可以进行解体，进而重新被气流提升，从而提高气固间的滑落速度，具体来说，单个颗粒的滑落速度可以达到数10倍左右。利用吸收塔顶部结构的惯性分离，可以使絮状物得到进一步强化，这样也可以使塔内颗粒的床层密度和Ca/S得到进一步提升。总的来说，气固两相流机制，可以充分加强器固件的传热与传质，有效的提高脱硫率。在文丘里的出口管段，安装一套喷水装置，而喷射出来的雾化水一方面可以增加颗粒表面的湿度，另一方面也可以达到降低烟气温度的目的，确保SO2与Ca（OH）2的反应转化为可以瞬间完成的离子型反应。在文丘里段上部的塔内，利用循环脱硫灰和吸收剂可以完成第2步反应，从而形成副产物CaSO3·1/2H2O，还与SO3反应生成相应的副产物CaSO4·1/2H2O等。
任由旋转窑负荷发生随意的变化，文丘里上部塔内烟气的流速依然可以保持在4~6m/s之间，而为了能够达到脱硫反应的相关条件和要求，烟气必须要在该区域内停留至少3s以上的时间，一般情况下在设计时，通常将时间定位在8s左右。在烟气上升时，一部分颗粒也会随着烟气被带出吸收塔外，而另外一部分因为自重的影响则会重新回流到流化床中，这样一来，不仅可以提高流化床层颗粒的浓度，而且也会增加吸收剂的反应时间。立足于化学反应工程的角度进行分析，SO2与Ca（OH）2的颗粒在循环流程中的反应过程，也可以将其称作为一个外扩散控制的反应过程。而SO2与Ca（OH）2反应的速度会直接受到SO2在Ca（OH）2颗粒表面的扩散阻力或Ca（OH）2表面气膜厚度的影响。在滑落速度增加的同时，摩擦程度也会有所提升，Ca（OH）2颗粒表面的漆膜厚度也会相应减小，从而降低了SO2进入Ca（OH）2的传质阻力，有效的加快了传质速率，使二者的颗粒反应速度有所提升。只有在循环流化床这种气固两相流动机制下，才可以使气固的滑落速度提升到最大。而脱硫反应塔能否使气固得到最大的滑落速度也是衡量循环流程工艺是否先进的主要指标之一，而且这也是鉴别干法脱硫是否可以达到高脱硫率的关键条件，当滑落速度比较小时或脱硫塔仅在某个局部出现滑落时，则无法达到较高的脱硫率。
3脱硝工艺系统流程
3.1工艺系统流程
经脱硫脱硝除尘后的烟气先经过GGH（烟气再热器），与脱硝后的热烟气进行换热（启炉时需先用加热炉快速加热进入反应器烟气），换热后的原烟气约250℃后，再利用加热炉的热烟气加热至280℃后，进入SCR反应器，同时来自氨水存储区的氨水经输送泵输送至反应区的氨水蒸发器，通过热风蒸发后的氨气混合器经过喷氨格栅喷入SCR反应器进口烟道，在反应器内SCR脱硝催化剂的作用下，氨气将烟气中的NOx选择性催化还原为N2和H2O，完成NOx的脱除，经脱硝处理后的净烟气，再经过GGH二次换热至约120℃，净化后的清洁烟气由脱硫脱硝引风机返回经烟囱排入大气。
3.2GGH换热系统
来自布袋除尘器出口的烟气温度约80~100℃，SCR脱硝系统的最佳反应温度为280℃，因此本项目需设计烟气-烟气换热器GGH，利用SCR脱硝出口热烟气加热布袋出口冷烟气，减少了煤气燃料的消耗量，降低了系统能耗。
3.3烟气加热系统
为了进一步提升烟气温度，补充换热温差及散热损失，系统需设置烟气加热系统，将原烟气温度稳定加热至280℃左右。每套烟气加热系统设置一套加热炉，加热炉可使用高炉煤气作为主燃料，煤气来自原有煤气主管，从加热炉出来的烟气温度为700~900℃，和原有烟气在烟道内进行混合加热，使烟气温度升高至280℃。
3.4催化剂
为了使催化剂得到充分合理利用，根据设计脱硝效率在SCR反应塔中布置3层催化剂。在反应器顶部预留1层备用层空间，即2+1方案。采用SCR反应器预留备用层方案可延长催化剂更换周期。SCR反应器初次安装2层催化剂，一般当催化剂运行3年后，其反应活性将降低，氨逃逸也相应增大，这时需要在备用层空间添加一层新的催化剂；在运行5~6年后开始更换初次安装的第1层；根据运行情况再更换初次安装的第2层催化剂。
结束语
结语烧结烟气脱硫脱硝是实现清洁生产的核心内容，目前已经取得较大技术突破，脱硫脱硝一体化技术应用前景广阔，但是仍存在诸多不足，需要相关工作者针对问题进行进一步研究，最大化降低使用成本、提升使用效率、减少二次污染，最终实现资源节约型、环境友好型生产的目的。
参考文献：
［1］沈淼，苏晖，孙芳婷.探究电厂锅炉脱硫脱硝及烟气除尘技术［J］.节能与环保，2020（04）：42-43.
［2］郑祥林.化工生产中的烟气脱硫技术及脱硫脱硝除尘技术分析［J］.化工设计通讯，2020，46（03）：231-232.