烧结过程中氮氧化合物生成及SCR脱除技术分析_氮氧化合物排放标准2018
关键词:烧结氮氧化物SCR
中国图书馆分类法。:TQ51文件识别码:A货号:1672-3791(2012)05(b)-0106-01烧结过程是高温燃烧条件下的一个复杂的物理化学过程。烟气脱硝将是继烟气脱硫之后，国家控制大气污染物排放的又一重点领域。随着我国对环境保护的日益重视，烟气脱硝将在“十二五”期间逐步大力开展。
1烧结过程中氮氧化物的形成
氮氧化物是指在空气中主要以一氧化氮和二氧化氮形式存在的氮氧化物。其中，NO和NO2是主要成分，一般称为氮氧化物和氮氧化合物。
钢铁厂烧结过程中的氮氧化合物主要来源于烧结过程中燃料的燃烧。一般来说，燃烧过程中产生的氮氧化物主要是NO和NO2，统称为氮氧化合物，低温燃烧时会产生一定量的N2O。燃烧过程中产生的氮氧化合物的种类和数量不仅与燃料性质有关，还与燃烧温度、过量空气系数等燃烧条件密切相关。
2减少燃烧过程中氮氧化合物排放的技术
降低燃烧过程中氮氧化合物排放的技术得到了广泛的研究和应用。目前，减少氮氧化合物排放的技术可分为两类:低氮氧化合物燃烧技术和降低氮氧化合物的烟气处理技术。通过氮氧化合物的生成机理可以发现，燃烧条件对氮氧化合物的生成和排放有很大的影响，通过适当调整燃烧条件可以减少氮氧化合物的生成和排放。通过改变燃烧条件来控制氮氧化合物产生的技术被称为低氮氧化合物燃烧技术。
3选择性催化还原烟气脱硝技术
通过改进燃烧技术控制氮氧化合物效果较好，投资费用和运行费用较低，但氮氧化合物降低率不高，一般不超过75%。为了进一步减少氮氧化合物的排放，必须采用烟气脱硝技术。烟气脱硝技术可分为催化分解法、催化还原法、非催化还原法、吸收法、吸附法、电子束法等。根据去除原理，按工作介质可分为干法和湿法。SCR脱硝技术因其效率高、选择性强、经济性好而在工业上得到广泛应用，应用范围包括:电厂锅炉、工业锅炉、化工厂、钢铁厂等。SCR脱硝装置现在应用越来越广泛。
3.1?SCR缺货机制
目前，以NH3为还原剂的SCR法主要用于还原固定源烟气中的NO。在没有催化剂的情况下，NO和NH3的反应温度范围为900℃ ~ 1100℃。通过使用催化剂，反应温度大大降低，上述反应可在300 ~ 450℃之间进行。在过量O2存在下，当NH3/NO摩尔比为1时，脱氮效率可达90%。
3.2?SCR反应机理
现在普遍认为，在SCR反应中，NO通过以下反应生成N2:
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
3.3?SCR催化剂
SCR常用的催化剂有三种:贵金属催化剂、金属氧化物催化剂和沸石催化剂。贵金属催化剂早在20世纪70年代就已经开发出来。这种催化剂在氮氧化合物选择性方面非常有效，但同时也能催化NH3氧化。因此，在SCR工艺中，贵金属催化剂很快被金属氧化物催化剂所取代。目前商业使用的一些贵金属催化剂同时具有氮氧化合物还原催化和一氧化碳氧化催化。
目前，负载在TiO2上的V2O5-WO3或V2O5-MoO3是工业SCR中使用的主要催化剂。
3.4?SCR反应过程的主要步骤
反应物氮氧化合物、NH3和O2从烟道气扩散到催化剂的外表面(外部扩散)。
(2)反应物氮氧化合物、NH3和O2进一步扩散到催化剂中的微孔表面(内部扩散)。
(3)反应物NH3被吸附在催化剂表面上。
(4)反应物在催化剂表面的活性中心反应，NO与NH3反应生成N2和H2O(表面化学反应)。
(5)反应产物N2和H2O从催化剂表面解吸到微孔中(解吸)。
(6)解吸的H2O和N2从微孔向外扩散到催化剂的外表面(内部扩散)。
(7)H2O和N2从催化剂的外表面扩散到主流气体中并被带走(外部扩散)。
研究表明，SCR脱硝反应的控制步骤为(3)和(4)，NH3在催化剂表面的吸附是SCR反应的关键步骤。
3.5?SCR工艺流程
热电厂放入锅炉后，SCR脱硝反应系统布置有三种方式，即高温高尘布置、高温低尘布置和低温低尘布置。大部分行业多采用高温高尘布局；后两种方法现在一般不使用，因为操作困难，可靠性低，能耗增加。
3.6?SCR工艺选择
SCR脱硝工艺中最常见的还原剂是液氨、尿素和氨水。SCR脱硝工艺因还原剂不同而不同。在尿素法中，尿素固体颗粒在容器中完全溶解，然后将溶液泵入水解罐，溶液通过换热器加热到反应温度，与水反应生成氨气。氨法是通过加热装置蒸发25%的含氨溶液，形成氨和水蒸汽；纯氨法是将液氨在蒸发器中加热成氨，然后与稀释风机的空气混合，形成氨体积含量为5%的混合气体，再送入烟气系统。
以液氨为还原剂的SCR脱硝系统由SCR催化反应器、氨储存和供应系统、喷氨系统、气源和相关的测试控制系统组成。
以尿素或氨为还原剂的SCR脱硝工艺与以液氨为还原剂的SCR脱硝工艺相比，仅氨的制备方法不同，其余部分相同。
当用氨水作还原剂时，安全性比无水液氨可大大提高。氨储罐可以设计成不耐压的锥形顶储罐，与无水液氨耐压储罐相比，可以节省大量资金。同时，由于氨水上方NH3的蒸气压远低于无水液氨，氨水输送过程的安全性大大增加。
3.7?SCR脱硝效率的主要影响因素
在SCR脱硝过程中，影响氮氧化合物脱除效率的主要因素有SV值、反应温度、反应时间、催化剂性能、NH3/氮氧化合物摩尔比等。
4结论
钢铁工业烧结工段是重要的大气污染源，其烟气和粉尘治理必须贯彻综合治理的原则。改造技术，采用先进的工艺和设备，努力降低能源消耗和原材料消耗，以减少生产过程中废气的排放，是减少废气排放的根本途径之一。同时，要积极采用高效节能的处理方法和设备，加强废气的处理和回收，大力开展综合利用。烧结烟气粉尘的控制必须在充分了解粉尘颗粒和烟气特性的基础上，充分考虑相关因素，通过技术经济指标的分析做出合理选择。
参考
【1】杨奔。氮氧化合物减排技术及烟气脱硝项目[M].北京:冶金工业出版社，2007。
钟琴。燃煤烟气脱硫脱硝技术及其工程实例[M].北京:化学工业出版社，2002。