明晟環(huán)保氨法脫硫：焦爐煙氣脫硝技術—低氮燃燒技術

氮氧化物是污染大氣的有害物質之一，對環(huán)境和人體健康帶來嚴重影響。工業(yè)化應用的脫硝技術主要分為：低氮燃燒技術、爐膛噴射脫硝技術和煙氣脫硝技術。由于爐膛噴射脫硝僅適用于燃煤或燃油鍋爐，不適用于焦爐，故僅討論低氮燃燒技術和煙氣脫硝技術。

1低氮燃燒技術

低氮燃燒技術是在爐內采用各種燃燒手段來控制燃燒過程中NOx的生成，主要有空氣分級燃燒、再燃燒技術、低NOx燃燒器等，該技術主要適用于燃煤鍋爐和熱風爐。

焦爐中已應用的類似技術有分段燃燒和廢氣循環(huán)，但對于已建成的焦爐，無法進行改造。為控制NOx的生成，可通過控制燃燒溫度、改變燃料結構來減少NOx的生成。

隨開工率上升，直行溫度隨之升高。當開工率為90%時，焦側直行爐溫已達1230℃。正常連續(xù)生產時開工率110%，焦側直行溫度1295℃。根據NO的生成機理，在燃燒溫度超過1227℃時，NO生成急劇增加，且溫度每增加100℃,反應速率增大6～7倍，表明高開工率時NO的生成量要遠大于低開工率時的生成量。

考慮煤氣的燃燒特性，高爐煤氣燃燒速度慢、火焰長、廢氣量大。焦爐煤氣燃燒速度快、火焰短、廢氣量小。使用純高爐煤氣加熱較使用純焦爐煤氣加熱出現局部高溫的可能性要小，熱力型NOx的生成量要少。同時熱力型NOx的生成還與煙氣在高溫區(qū)的停留時間有關。停留時間越長，NOx生成越多。高爐煤氣加熱時煤氣量和煙氣量比焦爐煤氣加熱時大，在燃燒室的停留時間短，故NOx生成量少。中小型焦爐的爐溫比大型焦爐低，可通過改變燃料結構來減少NOx的生成。

2煙氣脫硝技術

煙氣脫硝技術是還原或吸附尾部煙氣中生成的NOx，從而降低NOx排放。煙氣脫硝技術可分為干法脫硝和濕法脫硝兩類。

2.1干法脫硝技術

有工程應用的干法脫硝技術包括選擇性催化脫硝(SCR)、選擇性非催化脫硝(SNCR)和活性炭法。

(1)SCR法。SCR法是采用氨將NOx還原成N2。氨有選擇性，只和NOx發(fā)生作用，不與煙氣中的氧發(fā)生反應。還原反應在低溫下的反應速度很慢，為加快其反應速度，可加入催化劑。根據催化劑適用的煙氣溫度條件，將SCR工藝分為高溫(>450℃)、中溫(320～450℃)和低溫(120～320℃)工藝。目前商業(yè)上應用比較廣泛的是中溫催化劑。該催化劑以TiO2為載體，上面負載釩、鎢和鉬等主催化劑或催化助劑，脫硝效率可達95%以上。

考慮到焦爐煙氣的低溫特性，選用SCR法有兩條途徑：一是對低溫煙氣加熱，使之符合中溫SCR法的溫度條件，以利用成熟的中溫催化劑脫硝，煙氣脫硝后再考慮余熱回收，需耗費額外的熱量;二是使用低溫催化脫硝，但商業(yè)化應用的低溫催化劑不多，研究主要集中在金屬氧化物催化劑和碳基材料催化劑。

(2)SNCR法。SNCR法是采用氨或尿素為還原劑，其原理與SCR法相同，但該法不使用催化劑。由于無催化劑時該反應的佳溫度為900～1000℃，因此必須在煙氣的高溫區(qū)域加入還原劑。該法還原劑使用量大，同時必須控制好反應溫度，并保證還原劑有足夠的停留時間。SNCR法的脫硝效率較低，約為30%～50%，主要用于燃煤鍋爐爐膛噴射脫硝，不適用于焦爐煙氣脫硝。

(3)活性炭法?；钚蕴糠摮齆Ox的過程類似于SCR反應過程，可認為是吸附與SCR過程相結合的一種方法，或低溫的SCR反應。炭材料既起催化劑的作用，同時還承擔吸附劑的作用。主要的反應是活性炭在90～250℃之間催化還原NOx至氮氣和水，此溫度范圍恰好在工業(yè)鍋爐煙氣排放的窗口溫度內，同時脫硫脫硝后的活性炭能用多種手段再生，重復利用來降低成本，消除了二次污染。商業(yè)化應用的活性炭脫硝工藝包括日本住友、日本J–POWER(MET-Mitsui-BF)和德國WKV等幾種主流工藝。

無論低溫SCR法還是活性炭法脫硝，對煙氣硫含量均有明確要求，一般要求<30mg/m3，甚至更低。主要原因是SO2氧化為SO3，在水和氨存在時生成硫酸銨，該鹽在230℃以下粘附在催化劑表面，吸附粉塵，堵塞孔道，使催化劑逐漸失活，故成熟的工藝煙氣溫度一般為280℃以上。另干法催化劑有毒，需工業(yè)化廢棄處理。

2.2濕法脫硝技術

濕法脫硝是指利用水或者水溶液來吸收廢氣中的NOx，根據吸收劑的不同可分為水吸收、酸吸收、堿吸收、氧化吸收、液相還原吸收、絡合吸收和微生物法等，有工業(yè)應用的主要為酸吸收法和堿吸收法。

(1)酸吸收法。酸吸收法是指以濃硫酸或稀硝酸為吸收劑來處理尾氣中的NOx。用濃硫酸吸收NOx是化學吸收，生成亞硝基硫酸，亞硝基硫酸可用于生產硫酸和濃縮硝酸。在同時生產濃硫酸和濃硝酸的企業(yè)，可用該技術凈化含NOx的尾氣。稀硝酸吸收NOx是利用NOx在稀硝酸中有較高的溶解度而進行的物理吸收，常用來凈化硝酸廠尾氣，凈化率可達90%。影響吸收效率的因素除溫度和壓力外，稀硝酸濃度是重要因素。硝酸濃度為15%～20%時，吸收效率較高。吸收NOx后的硝酸經加熱用二次空氣吹出NOx，吹出的NOx可返回硝酸吸收塔進行吸收，吹除NOx后的硝酸冷卻至20℃，送尾氣吸收塔循環(huán)使用。

(2)堿吸收法。堿吸收法是利用NaOH、Ca(OH)2、氨水和Na2CO3等堿溶液作吸收劑對NOx進行化學吸收。對于含NO較多的廢氣，需先將NO氧化為易溶于水的NO2，再用堿液吸收，常用的氧化劑有臭氧、亞氯酸鹽、*等。氧化劑的使用成本是工藝選擇的主要影響因素。由于氨水吸收時生成極不穩(wěn)定的亞硝酸銨，當濃度較高、溫度較高或溶液pH值不合適時，會發(fā)生劇烈爆炸，因此限制了氨水吸收法的應用。石灰乳作吸收劑價格便宜，但因溶解度小，未溶解的石灰易堵塞設備，故不常用?？紤]到吸收劑的價格、來源、吸收效率等因素，工業(yè)上應用較多的吸收劑是NaOH和Na2CO3，影響吸收的因素主要是廢氣中的氧化度、吸收設備和操作條件。

濕法脫硝技術應用于焦爐煙氣脫硝，面臨以下共性問題需解決：一是煙氣溫降大，需再熱后才能利用原焦爐煙囪外排;二是煙氣含濕高、腐蝕性強，需對原煙囪進行特殊防腐處理;三是酸、堿腐蝕性強導致管道泄漏，成鹽結晶引起管道堵塞，系統(tǒng)維護量大;四是副產回收耗能大，需對廢水、廢渣進行處理。

3結語

焦爐煙氣屬低溫、低NOx濃度、低SO2含量、含氧、微塵煙氣，但由于NOx超標和SO2波動，脫硝脫硫需綜合考慮。各企業(yè)焦爐爐型、爐齡、燃料結構不同，所在地環(huán)保標準也不同，需考慮不同的工藝技術對自身煙氣的適應性，兼顧投資運行成本使煙氣達標排放。

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